„Pasidaryk pats“srovės jutiklis „Arduino“: 6 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Sveiki, tikiuosi, kad jums sekasi, ir šioje pamokoje aš jums parodysiu, kaip aš sukūriau „Arduino“srovės jutiklį, naudodamas labai paprastus elektroninius komponentus ir naminį šuntą. Šis šuntas gali lengvai valdyti didelę srovę, apie 10-15 amperų. Tikslumas taip pat yra gana geras, ir aš galėjau gauti labai padorių rezultatų matuojant mažas sroves apie 100 mA.

Prekės

1. „Arduino Uno“arba lygiavertis ir programavimo laidas
2. OP- stiprintuvas LM358
3. Jumperio laidai
4. 100 KOhm rezistorius
5. 220 KOhm rezistorius
6. 10 Kohm rezistorius
7. „Veroboard“arba „Zero PCB“plokštė
8. Šuntas (nuo 8 iki 10 miliohmų)

1 žingsnis: Surinkite reikiamas dalis

Pagrindinės dalys, kurių jums reikės šiai konstrukcijai, yra šuntas kartu su operaciniu stiprintuvu IC. Savo programai naudoju IC LM358, kuris yra dvigubas OP-AMP 8 kontaktų DIP IC, iš kurio naudoju tik vieną operacinį stiprintuvą. Jums taip pat reikės neinvertuojančio stiprintuvo grandinės rezistorių. Savo pasipriešinimais pasirinkau 320K ir 10K. Jūsų pasipriešinimo pasirinkimas visiškai priklauso nuo norimo pelno. Dabar OP-AMP maitina 5 voltų „Arduino“. Taigi turime įsitikinti, kad išėjimo įtampa iš OP-AMP, kai visa srovė eina per šuntą, turi būti mažesnė nei 5 voltai, pageidautina 4 voltai, kad būtų išlaikyta tam tikra paklaida. Jei pasirinksime pakankamai didelį stiprinimą, esant žemesnei srovės vertei, OP-AMP pateks į soties sritį ir suteiks tik 5 voltų didesnę nei bet kokia dabartinė vertė. Taigi būtinai tinkamai pasirinkite stiprintuvo stiprinimo vertę. Norėdami išbandyti šią grandinę, jums taip pat reikės prototipo PCB arba duonos plokštės. Mikrovaldikliui aš naudoju „Arduino UNO“, kad gaučiau įvestį iš stiprintuvo išvesties. Galite pasirinkti bet kurią lygiavertę „Arduino“plokštę.

2 žingsnis: pasidarykite savo šunto rezistorių

Pagrindinė projekto esmė yra šunto rezistorius, naudojamas mažam įtampos kritimui užtikrinti. Šį šuntą galite lengvai padaryti be didelių rūpesčių. Jei turite storą tvirtą plieninę vielą, tuomet galite nupjauti pagrįstą tos vielos ilgį ir naudoti kaip šuntą. Kita alternatyva yra šuntavimo rezistorių išgelbėjimas iš senų ar sugadintų daugiametrių skaitiklių, kaip parodyta čia. Dabartinis diapazonas, kurį norite išmatuoti, labai priklauso nuo šunto rezistoriaus vertės. Paprastai šuntus galite naudoti nuo 8 iki 10 miliohmų.

3 žingsnis: projekto schema

Čia pateikiama visa vasariška teorija, taip pat dabartinio jutiklio modulio grandinės schema, rodanti nekeičiamos OP-AMP konfigūracijos įgyvendinimą, užtikrinantį reikiamą pelną. Aš taip pat prijungiau 0,1uF kondensatorių prie OP-AMP išėjimo, kad išlygintų išėjimo įtampą ir sumažintų aukšto dažnio triukšmą, jei jis gali atsirasti.

4 žingsnis: viską sujunkite…

Dabar pagaliau atėjo laikas sukurti dabartinį jutiklio modulį iš šių komponentų. Norėdami tai padaryti, aš iškirpiau nedidelį „Veroboard“gabalą ir sudėjau savo komponentus taip, kad išvengčiau jungiamųjų laidų ar jungčių naudojimo, o visą grandinę būtų galima sujungti naudojant tiesiogines litavimo jungtis. Norėdami prijungti apkrovą per šuntą, naudoju varžtus, kurie daro jungtis daug tvarkingesnes ir tuo pat metu daug lengviau perjungti/pakeisti įvairias apkrovas, kurioms noriu išmatuoti srovę. Įsitikinkite, kad pasirinkote geros kokybės varžtus, galinčius valdyti dideles sroves. Pridėjau keletą litavimo proceso nuotraukų ir, kaip matote, lydmetalio pėdsakai pasirodė gana gerai, nenaudojant jokių trumpiklių ar laidų jungčių. Tai padarė mano modulį dar patvaresnį. Norėdamas parodyti, koks mažas šis modulis, aš jį laikiau kartu su 2 Indijos rupijos moneta, o dydis yra beveik panašus. Šis mažas dydis leidžia lengvai pritaikyti šį modulį savo projektams. Jei galite naudoti SMD komponentus, jų dydis gali būti netgi sumažintas.

5 veiksmas: jutiklio kalibravimas, kad būtų gauti teisingi rodmenys

Sukūrus visą modulį, čia ateina šiek tiek sudėtinga dalis, kalibruojama arba, tiksliau, pateikiamas kodas, reikalingas teisingai srovės vertei išmatuoti. Dabar iš esmės mes dauginame šunto įtampos kritimą, kad gautume sustiprintą įtampą, pakankamai aukštą, kad Arduino analogRead () funkcija galėtų registruotis. Dabar pasipriešinimas yra pastovus, išėjimo įtampa yra tiesinė, atsižvelgiant į srovės, einančios per šuntą, dydį. Lengvas būdas sukalibruoti šį modulį yra naudoti faktinį multimetrą, kad būtų galima apskaičiuoti srovės, einančios per tam tikrą grandinę, vertę. Atkreipkite dėmesį į šią srovės vertę, naudodami arduino ir serijinio monitoriaus funkciją, kad sužinotumėte, kokia yra artimiausia analoginė vertė (svyruoja nuo 0 iki 1023. Norėdami gauti geresnių verčių, naudokite kintamąjį kaip plūdės duomenų tipą). Dabar mes galime padauginti šią analoginę vertę su konstanta, kad gautume norimą srovės vertę, ir kadangi santykis tarp įtampos ir srovės yra tiesinis, ši konstanta bus beveik vienoda visam srovės diapazonui, nors gali tekti atlikti nedidelę koregavimai vėliau. Galite pabandyti su 4-5 žinomomis dabartinėmis reikšmėmis, kad gautumėte pastovią vertę. Aš paminėsiu kodą, kurį naudoju šiai demonstracijai.

6 žingsnis: Galutinės išvados

Šis srovės jutiklis veikia gana gerai daugelyje nuolatinės srovės maitinimo šaltinių, o tinkamai sukalibravus jo klaida yra mažesnė nei 70 mA. Nors ir yra tam tikrų šio dizaino apribojimų, esant labai mažoms ar labai didelėms srovėms, nukrypimas nuo tikrosios vertės tampa reikšmingas. Taigi ribiniai atvejai yra reikalingi tam tikram kodo pakeitimui. Viena alternatyva yra naudoti instrumentų stiprintuvą, kuris turi tikslią grandinę labai mažoms įtampoms stiprinti ir taip pat gali būti naudojamas aukštoje grandinės pusėje. Be to, grandinę galima pagerinti naudojant geresnį, mažo triukšmo OP-AMP. Mano nuomone, jis veikia gerai ir duoda pakartotiną išvestį. Aš planuoju pagaminti vatmetrą, kuriame naudočiau šią šunto srovės matavimo sistemą. Tikimės, kad jums patiko šis statymas.