DIY nåværende sensor for Arduino: 6 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Hei, håper du har det bra, og i denne opplæringen vil jeg vise deg hvordan jeg lagde en nåværende sensor for Arduino ved å bruke noen helt grunnleggende elektroniske komponenter og en hjemmelaget shunt. Denne shunten kan lett håndtere stor strømstyrke, rundt 10-15 ampere. Nøyaktigheten er også ganske god, og jeg klarte å få veldig greie resultater mens jeg målte lave strømmer rundt 100mA.

Rekvisita

1. Arduino Uno eller tilsvarende og programmeringstråd
2. OP- Forsterker LM358
3. Jumper ledninger
4. 100 KOhm motstand
5. 220 KOhm motstand
6. 10 Kohm motstand
7. Veroboard eller Zero PCB -kort
8. Shunt (8 til 10 milliohms)

Trinn 1: Samle de nødvendige delene

Hoveddelene du trenger for denne bygningen er en Shunt sammen med den operative forsterkeren IC. For søknaden min bruker jeg IC LM358, som er en dobbel OP-AMP 8-pins DIP IC, som jeg bare bruker en av operasjonsforsterkerne. Du trenger også motstander for den ikke-inverterende forsterkerkretsen. Jeg har valgt 320K og 10K som mine motstander. Valget av motstand avhenger helt av hvor mye gevinst du vil ha. Nå drives OP-AMP av 5 volt på Arduino. Så vi må sørge for at utgangsspenningen fra OP-AMP når hele strømmen passerer gjennom shunten skal være mindre enn 5 volt, fortrinnsvis 4 volt for å beholde en feilmargin. Hvis vi velger en forsterkning som er veldig høy nok, så for en lavere verdi av strøm, vil OP-AMP gå inn i metningsområdet og bare gi 5 volt utover enhver nåværende verdi. Så sørg for å velge verdien på forsterkerforsterkningen på riktig måte. Du vil også kreve en prototypende PCB eller brødbrett for å prøve denne kretsen. For mikrokontrolleren bruker jeg Arduino UNO for å hente inngangen fra forsterkerutgangen. Du kan velge et tilsvarende Arduino -brett du vil ha.

Trinn 2: Lag din egen shuntmotstand

Hovedhjertet i prosjektet er shuntmotstanden som brukes til å gi det lille spenningsfallet. Du kan enkelt lage denne shunten uten mye bry. Hvis du har en tykk solid ståltråd, kan du kutte en rimelig lengde på denne ledningen og kan brukes som en shunt. Et annet alternativ til dette er å berge shuntmotstander fra gamle eller skadede multimetre akkurat som vist her. Det nåværende området du vil måle avhenger i stor grad av verdien til shuntmotstanden. Vanligvis kan du bruke shunts i størrelsesorden 8 til 10 milliohms.

Trinn 3: Kretsdiagram for prosjektet

Her er hele teorien som en sommerlig og også kretsdiagrammet for den nåværende sensormodulen som viser implementeringen av den ikke-inverterende konfigurasjonen av OP-AMP som gir den nødvendige forsterkningen. Jeg har også festet en 0.1uF kondensator ved utgangen til OP-AMP for å jevne ut utgangsspenningen og redusere eventuell høyfrekvent støy hvis det kan oppstå.

Trinn 4: Ta alt sammen …

Nå er det endelig tid for å lage den nåværende sensormodulen ut av disse komponentene. Til dette skjærte jeg ut et lite stykke veroboard og ordnet komponentene mine på en slik måte at jeg kunne unngå bruk av alle ledninger eller kontakter, og hele kretsen kunne kobles til ved hjelp av direkte loddetinn. For tilkobling av lasten gjennom shunten brukte jeg skrueterminaler, noe som gjør tilkoblingene mye mer ryddig og samtidig gjør det mye lettere å bytte/bytte ut forskjellige laster som jeg vil måle strøm for. Sørg for at du velger skrueklemmer av god kvalitet som er i stand til å håndtere store strømmer. Jeg har lagt ved noen bilder av loddeprosessen, og som du kan se kom loddetrinnene ganske bra ut uten bruk av en jumper eller ledningskontakt. Dette gjorde modulen min enda mer holdbar. For å gi deg et perspektiv på hvor liten denne modulen er, beholdt jeg den sammen med en indisk 2 rupi -mynt, og størrelsen er nesten sammenlignbar. Denne lille størrelsen lar deg enkelt passe denne modulen i prosjektene dine. Hvis du kan bruke SMD -komponenter, kan størrelsen til og med reduseres.

Trinn 5: Kalibrere sensoren for å gi riktige avlesninger

Etter konstruksjonen av hele modulen kommer det en litt vanskelig del, som kalibrerer eller rettere sagt kommer med den nødvendige koden for å måle riktig verdi av strømmen. Nå multipliserer vi hovedsakelig spenningsfallet til shunten for å gi oss en forsterket spenning, høy nok til at Arduino analogRead () -funksjonen kan registreres. Nå som motstanden er konstant, er utgangsspenningen lineær med hensyn til størrelsen på strømmen som passerer gjennom shunten. Den enkle måten å kalibrere denne modulen på er å bruke et faktisk multimeter for å beregne verdien av strøm som går gjennom en gitt krets. Merk deg denne verdien av strøm ved hjelp av arduino og seriell monitorfunksjon, se hva som er den analoge verdien som kommer (fra 0 til 1023. Bruk variabelen som flytedatatype for å få bedre verdier). Nå kan vi multiplisere denne analoge verdien med en konstant for å få ønsket ønsket verdi, og siden forholdet mellom spenningen og strømmen er lineær, vil denne konstanten være nesten den samme for hele strømområdet, selv om du kanskje må gjøre noen mindre justeringer senere. Du kan prøve med 4-5 kjente nåværende verdier for å få din konstante verdi. Jeg vil nevne koden jeg brukte til denne demonstrasjonen.

Trinn 6: Endelige konklusjoner

Denne nåværende sensoren fungerer ganske bra i de fleste DC -drevne applikasjoner og har en feil på mindre enn 70 mA hvis den er kalibrert riktig. Uansett er det noen begrensninger ved dette designet, ved svært lave eller svært høye strømmer, blir avviket fra den faktiske verdien betydelig. Så noen endringer av koden er nødvendig for grensetilfellene. Et alternativ er å bruke en instrumenteringsforsterker, som har presise kretser for å forsterke svært små spenninger og også kan brukes på høysiden av kretsen. Kretsen kan også forbedres ved å bruke en bedre, lav støy OP-AMP. For min applikasjon fungerer den bra og gir repeterbar utgang. Jeg planlegger å lage en wattmåler, der jeg skal bruke dette shuntstrømmålingssystemet. Håper dere likte dette bygget.