Направи си сам токов сензор за Arduino: 6 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Здравейте, надявам се, че се справяте добре и в този урок ще ви покажа как направих токов сензор за Arduino, използвайки някои много основни електронни компоненти и домашно направен шунт. Този шунт може лесно да се справи с голям ток, около 10-15 ампера. Точността също е доста добра и успях да получа много прилични резултати, докато измервам ниски токове около 100mA.

Консумативи

1. Arduino Uno или еквивалентен проводник за програмиране
2. OP- усилвател LM358
3. Кабелни проводници
4. Резистор 100 KOhm
5. Резистор 220 KOhm
6. Резистор от 10 Кома
7. Veroboard или нулева печатна платка
8. Шунт (8 до 10 милиома)

Стъпка 1: Събиране на необходимите части

Основните части, които ще ви трябват за това изграждане, са шунт заедно с операционния усилвател IC. За моето приложение използвам IC LM358, който е двоен OP-AMP 8-пинов DIP IC, от който използвам само един от операционния усилвател. Ще ви трябват и резистори за схемата на неинвертиращия усилвател. Избрах 320K и 10K като мои съпротивления. Изборът на вашата съпротива зависи изцяло от размера на печалбата, която искате да имате. Сега OP-AMP се захранва от 5 волта на Arduino. Така че трябва да се уверим, че изходното напрежение от OP-AMP, когато пълният ток преминава през шунта, трябва да бъде по-малко от 5 волта, за предпочитане 4 волта, за да се запази известна грешка. Ако изберем усилване, което е достатъчно високо, за по-ниска стойност на тока, OP-AMP ще премине в областта на насищане и ще даде само 5 волта извън всяка текуща стойност. Затова не забравяйте да изберете подходящо стойността на усилването на усилвателя. Вие също ще се нуждаете от прототипиране на печатна платка или макет, за да опитате тази схема. За микроконтролера използвам Arduino UNO за получаване на входа от изхода на усилвателя. Можете да изберете всякакви еквивалентни дъски на Arduino, които искате.

Стъпка 2: Направете свой собствен шунтиращ резистор

Основното сърце на проекта е шунтиращият резистор, използван за осигуряване на малък спад на напрежението. Можете лесно да направите този шунт без много проблеми. Ако имате дебела плътна стоманена тел, можете да отрежете разумна дължина на тази жица и да я използвате като шунт. Друга алтернатива на това е да спасявате шунтиращи резистори от стари или повредени мултиметри, както е показано тук. Текущият диапазон, който искате да измерите, до голяма степен зависи от стойността на шунтиращия резистор. Обикновено можете да използвате шунти от порядъка на 8 до 10 милиома.

Стъпка 3: Електрическа схема на проекта

Ето цялата теория като лятна, а също и електрическата схема на текущия сензорен модул, показваща изпълнението на неинвертиращата конфигурация на OP-AMP, осигуряваща необходимата печалба. Също така съм прикрепил 0,1uF кондензатор към изхода на OP-AMP, за да изгладя изходното напрежение и да намаля всеки високочестотен шум, ако може да възникне.

Стъпка 4: Обединете всичко…

Сега най -накрая е време да направим текущия сензорен модул от тези компоненти. За целта изрязах малко парче вероборд и подредих компонентите си по такъв начин, че да мога да избегна използването на всякакви джъмперни проводници или конектори и цялата верига може да бъде свързана с помощта на директни спойки. За свързване на товара през шунта използвах винтови клеми, което прави връзките много по -спретнати и в същото време улеснява превключването/подмяната на различни товари, за които искам да измервам тока. Уверете се, че сте избрали винтовите клеми с добро качество, които могат да издържат на големи токове. Прикачих няколко снимки от процеса на запояване и както можете да видите следите на спойката излязоха доста добре без използване на джъмпер или кабелен конектор. Това направи моя модул още по -издръжлив. За да ви дам представа колко малък е този модул, го запазих заедно с индийска монета от 2 рупии и размерът е почти съпоставим. Този малък размер ви позволява лесно да поставите този модул във вашите проекти. Ако можете да използвате SMD компоненти, размерът може дори да бъде намален.

Стъпка 5: Калибриране на сензора за правилни показания

След изграждането на целия модул тук идва лека сложна част, калибрираща или по -скоро измисляща необходимия код за измерване на правилната стойност на тока. Сега по същество ние умножаваме спада на напрежението на шунта, за да ни даде усилено напрежение, достатъчно високо, за да може да се регистрира функцията analogRead () на Arduino. Сега съпротивлението е постоянно, изходното напрежение е линейно по отношение на величината на тока, преминаващ през шунта. Най -лесният начин да калибрирате този модул е да използвате действителен мултицет за изчисляване на стойността на тока, преминаващ през дадена верига. Отбележете тази стойност на тока, като използвате arduino и функцията за сериен монитор, вижте каква е аналоговата стойност, която идва (вариращи от 0 до 1023. Използвайте променливата като тип данни с плаващ знак, за да получите по -добри стойности). Сега можем да умножим тази аналогова стойност с константа, за да получим желаната стойност на тока и тъй като връзката между напрежението и тока е линейна, тази константа ще бъде почти еднаква за целия диапазон на тока, въпреки че може да се наложи да направите някои незначителни корекции по -късно. Можете да опитате с 4-5 известни текущи стойности, за да получите постоянната си стойност. Ще спомена кода, който използвах за тази демонстрация.

Стъпка 6: Окончателни заключения

Този токов сензор работи доста добре в повечето приложения с постоянен ток и има грешка под 70 mA, ако е калибриран правилно. Въпреки това, има някои ограничения на този дизайн, при много ниски или много високи токове, отклонението от действителната стойност става значително. Така че някои промени в кода са необходими за граничните случаи. Една алтернатива е да се използва инструментален усилвател, който има прецизна схема за усилване на много малки напрежения и може да се използва и във високата страна на веригата. Също така веригата може да бъде подобрена чрез използване на по-добър, нискошумен OP-AMP. За моето приложение работи добре и дава повторяема продукция. Планирам да направя ватметър, където бих използвал тази система за измерване на ток на шунт. Надявам се, че ви хареса тази конструкция.