Modul dvojkanálového snímača napätia Arduino: 8 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Je to už niekoľko rokov, čo som napísal návod. Myslel som si, že je čas vrátiť sa. Chcel som vytvoriť snímač napätia, aby som sa mohol pripojiť k svojmu stolnému zdroju napájania. Mám dvojkanálový variabilný zdroj napájania, nemá displej, takže na nastavenie napätia musím použiť voltmetr. Nie som elektrotechnik ani programátor, robím to ako koníček. Keďže som povedal, že tu popíšem, čo tu budeme stavať, a nemusí to byť najlepší dizajn alebo najlepšie kódovanie, urobím však maximum.

Krok 1: O projekte

V prvom rade je to len predbežný návrh niečoho stabilnejšieho a spoľahlivejšieho, niektoré súčasti neskončia vo finálnom návrhu. Väčšina komponentov bola vybraná len kvôli dostupnosti (mala som ich doma) a nie kvôli ich spoľahlivosti. Tento dizajn je určený pre napájanie 15 V, ale môžete nahradiť niekoľko pasívnych komponentov a môže fungovať na akékoľvek napätie alebo prúd. Senzory prúdu sú k dispozícii v 5A, 20A a 30A, stačí si vybrať prúd a upraviť kód, to isté čo pri snímači napätia môžete zmeniť hodnotu rezistorov a kód na meranie vyšších napätí.

Doska plošných spojov nemá žiadne nastavené hodnoty, pretože pasívne komponenty môžete nahradiť tak, aby vyhovovali potrebám vášho zdroja napájania. Bol navrhnutý tak, aby bol pridaný do akéhokoľvek napájacieho zdroja.

Krok 2: Senzory napätia

Začnime snímačmi napätia a prúdovými snímačmi. Na testovanie obvodov a kódu používam Arduino Mega, takže niektorí začiatočníci ako ja si môžu vytvoriť a otestovať svoj vlastný za chodu namiesto toho, aby museli celý modul stavať na doske.

0-5 voltov môžeme merať iba pomocou analógových vstupov Arduino. Aby sme mohli merať až 15 voltov, musíme vytvoriť delič napätia, rozdeľovače napätia sú veľmi jednoduché a dajú sa vytvoriť iba pomocou dvoch rezistorov. V tomto prípade používame 30 k a 7,5 k, ktoré by nám dali pomer 5: 1, aby sme mohli namerať hodnoty 0-25 voltov.

Zoznam dielov pre snímač napätia

Rezistory R1, R3 30k

Rezistory R2, R4 7,5k

Krok 3: Senzory prúdu

Pre aktuálne senzory budem používať ACS712 od firmy Allegro. Prvá vec, ktorú musím spomenúť, je, že viem, že tieto senzory nie sú veľmi presné, ale to som mal k dispozícii pri navrhovaní tohto modulu. ACS712 je k dispozícii iba v balení na povrchovú montáž a je jedným z mála komponentov SMD, ktoré sa v tomto module používajú.

Aktuálny zoznam dielov snímača

IC2, IC3 ASC712ELC-05A

Kondenzátor C1, C3 1nF

Kondenzátor C2, C4 0,1 uF

Krok 4: Snímač teploty a ventilátor

Rozhodol som sa do modulu pridať reguláciu teploty, pretože väčšina napájacích zdrojov generuje dobré množstvo tepla a potrebujeme ochranu proti prehriatiu. Pre teplotný snímač používam HDT11 a pre ovládanie ventilátora použijeme 2N7000 N-kanálový MOSFET na pohon 5V ventilátora CPU. Obvod je celkom jednoduchý, musíme použiť napätie na odtok tranzistora a na bránu použijeme kladné napätie, v tomto prípade používame digitálny výstup arduino na zaistenie tohto napätia a tranzistor sa zapne, čo umožní ventilátoru pod napätím.

Kód je veľmi jednoduchý. Odčítame teplotu zo snímača DHT11, ak je teplota väčšia ako nastavená hodnota, nastaví výstupný kolík HIGH a ventilátor sa zapne. Akonáhle teplota klesne pod nastavenú teplotu, ventilátor sa vypne. Zostavil som obvod na svojej doske, aby som otestoval svoj kód, nasnímal som niekoľko rýchlych fotografií s mojou bunkou, nie veľmi dobre, ale schéma je ľahko zrozumiteľná.

Zoznam častí snímača teploty a ventilátora

Senzor teploty J2 DHT11

Rezistor R8 10K

J1 5V VENTILÁTOR

MOSFET Q1 2N7000

D1 1N4004 dióda

Rezistor R6 10K

Rezistor R7 47K

Krok 5: Napájací obvod

Modul beží na 5V, takže potrebujeme stabilný zdroj energie. Používam regulátor napätia L7805 na zabezpečenie konštantného napájania 5 V, o tomto obvode nie je veľa čo povedať.

Zoznam častí napájacieho obvodu

1 Regulátor napätia L7805

Kondenzátor C8 0,33 uF

Kondenzátor C9 0,1 uF

Krok 6: LCD a sériové výstupy

Modul som navrhol na použitie s ohľadom na LCD, ale potom som sa rozhodol pridať sériový výstup na účely ladenia. Nebudem sa zaoberať podrobnosťami o tom, ako nastaviť I2C LCD, pretože som ho už pokryl v predchádzajúcom inštrukčnom I2C LCD jednoduchom spôsobe, akým som do riadkov Tx & Rx pridal LED diódy na zobrazenie aktivity. Používam adaptér USB na sériový, ktorý pripojím k modulu, potom otvorím sériový monitor v Arduino IDE a vidím všetky hodnoty, uistím sa, že všetko funguje tak, ako by malo.

Zoznam dielov pre LCD a sériový výstup

I2C 16x2 I2C LCD (20x4 voliteľné)

LED7, LED8 0603 SMD LED

Rezistor R12, R21 1K R0603 SMD

Krok 7: Programovanie ISP a ATMega328P

Ako som už spomenul na začiatku, tento modul je navrhnutý tak, aby bol zostavený pre rôzne konfigurácie, musíme pridať spôsob, ako naprogramovať ATMega328 a nahrať naše náčrty. Existuje niekoľko spôsobov, ako postupovať pri programovaní modulu, jedným z nich je použiť Arduino ako programátora ISP ako v jednom z mojich predchádzajúcich Instructable Bootloading ATMega s Arduino mega.

Poznámky:

- Na načítanie náčrtu ISP na Arduino nepotrebujete kondenzátor, potrebujete ho na napaľovanie bootloadera a nahranie skici napäťového senzora.

-Na novších verziách Arduino IDE musíte pripojiť pin 10 na pin 1 RESET ATMega328.

Zoznam dielov obvodov ISP a ATMega328P

U1 ATMega328P

XTAL1 16 MHz HC-49S Crsytal

Kondenzátory C5, C6 22pf

Hlavička ISP1 6 pinov

Rezistor R5 10K

Resetovať spínač SMD 3x4x2 Tact

Krok 8: Poznámky a súbory

Toto bol pre mňa spôsob, ako vložiť niekoľko myšlienok do pracovného zariadenia, ako som už spomenul, je len malým doplnkom môjho dvojkanálového stolného napájania. Zahrnul som všetko, čo potrebujete na zostavenie vlastného modulu, všetky CAD súbory a schémy Eagle. Zahrnul som skicu Arduino, je veľmi jednoduchá a snažil som sa, aby bola ľahko zrozumiteľná a upraviteľná. Ak máte nejaké otázky, kľudne sa pýtajte, pokúsim sa ich zodpovedať. Jedná sa o otvorený projekt, návrhy sú vítané. Snažím sa vložiť čo najviac informácií, ale o súťaži Arduino som sa dozvedel neskoro a chcel som to odoslať. Ostatné napíšem čoskoro. Tiež som odstránil komponenty SMD (odpory a LED) a nahradil ich komponentmi TH, jediným komponentom SMD je aktuálny snímač, pretože je k dispozícii iba v balíku SOIC, súbor ZIP obsahuje súbory s komponentmi TH.