DIY snímač prúdu pre Arduino: 6 krokov

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:05

Dobrý deň, dúfam, že sa vám to darí a v tomto návode vám ukážem, ako som vyrobil prúdový snímač pre Arduino pomocou niektorých veľmi základných elektronických komponentov a domáceho skratu. Tento skrat môže ľahko zvládnuť veľkú veľkosť prúdu, okolo 10-15 ampérov. Presnosť je tiež celkom dobrá a pri meraní nízkych prúdov okolo 100 mA som mohol dosiahnuť veľmi slušné výsledky.

Zásoby

1. Arduino Uno alebo ekvivalentný a programovací drôt
2. OP- zosilňovač LM358
3. Prepojovacie vodiče
4. Rezistor 100 KOhm
5. Rezistor 220 KOhm
6. Rezistor 10 kOhm
7. Doska Veroboard alebo Zero PCB
8. Shunt (8 až 10 miliohmov)

Krok 1: Zhromaždenie požadovaných dielov

Hlavnými časťami, ktoré budete potrebovať pre túto zostavu, je Shunt spolu s integrovaným obvodom operačného zosilňovača. Na svoju aplikáciu používam IC LM358, čo je duálny 8-kolíkový DIP IC OP-AMP, z ktorého používam iba jeden z operačných zosilňovačov. Budete tiež potrebovať odpory pre obvod neinvertujúceho zosilňovača. Ako svoje odpory som vybral 320K a 10K. Voľba vášho odporu úplne závisí od množstva zisku, ktorý chcete dosiahnuť. Teraz je OP-AMP napájaný 5 voltmi Arduina. Musíme sa teda uistiť, že výstupné napätie z OP-AMP, keď plný prúd prechádza cez skrat, by malo byť menšie ako 5 voltov, najlepšie 4 volty, aby sa zachovala určitá odchýlka. Ak zvolíme dostatočne vysoký zisk, potom pre nižšiu hodnotu prúdu, OP-AMP prejde do oblasti nasýtenia a poskytne iba 5 voltov nad akúkoľvek aktuálnu hodnotu. Nezabudnite preto vhodne zvoliť hodnotu zosilnenia zosilňovača. Na vyskúšanie tohto obvodu by ste tiež potrebovali prototypovú DPS alebo dosku. Pre mikrokontrolér používam Arduino UNO na získanie vstupu z výstupu zosilňovača. Môžete si vybrať akúkoľvek ekvivalentnú dosku Arduino, ktorú chcete.

Krok 2: Vytvorenie vlastného skratovacieho odporu

Hlavným jadrom projektu je bočníkový odpor používaný na zaistenie malého poklesu napätia. Tento skrat môžete ľahko vykonať bez väčších problémov. Ak máte hrubý pevný oceľový drôt, môžete ho primerane skrátiť a použiť ako skrat. Ďalšou alternatívou je zachrániť skratové odpory zo starých alebo poškodených multimetrov, ako je to znázornené tu. Aktuálny rozsah, ktorý chcete merať, do značnej miery závisí od hodnoty skratového odporu. Obvykle môžete použiť skraty v rozmedzí od 8 do 10 miliohmov.

Krok 3: Schéma zapojenia projektu

Tu je celá letná teória a tiež schéma zapojenia modulu aktuálneho senzora znázorňujúca implementáciu neinvertujúcej konfigurácie OP-AMP poskytujúcej potrebný zisk. Pripojil som tiež kondenzátor 0,1 uF na výstup OP-AMP, aby sa vyhladilo výstupné napätie a znížil sa prípadný vysokofrekvenčný šum.

Krok 4: Spojte to všetko dohromady…

Teraz je konečne načase vyrobiť súčasný senzorový modul z týchto komponentov. Za týmto účelom som vystrihol malý kúsok veroboardu a usporiadal svoje súčiastky tak, aby som sa mohol vyhnúť použitiu akýchkoľvek prepojovacích káblov alebo konektorov a celý obvod by mohol byť spojený pomocou priamych spájkovacích spojov. Na pripojenie záťaže cez skratovač som použil skrutkové svorky, vďaka ktorým sú pripojenia oveľa prehľadnejšie a zároveň je oveľa jednoduchšie prepínať/nahrádzať rôzne záťaže, pre ktoré chcem merať prúd. Uistite sa, že vyberiete skrutkové svorky dobrej kvality, ktoré sú schopné zvládnuť veľké prúdy. Priložil som niekoľko fotografií z procesu spájkovania a ako vidíte, stopy spájky vyšli celkom dobre bez použitia prepojok alebo káblového konektora. Vďaka tomu bol môj modul ešte odolnejší. Aby som vám poskytol pohľad na to, aký malý je tento modul, ponechal som ho spolu s indickou mincou 2 rupie a veľkosť je takmer porovnateľná. Táto malá veľkosť vám umožňuje ľahko prispôsobiť tento modul vašim projektom. Ak môžete používať komponenty SMD, veľkosť sa dá dokonca zmenšiť.

Krok 5: Kalibrácia senzora na poskytnutie správnych hodnôt

Po konštrukcii celého modulu tu prichádza mierna záludná časť, kalibrácia alebo skôr prísť s kódom potrebným na zmeranie správnej hodnoty prúdu. Teraz v podstate násobíme pokles napätia bočníka, aby sme získali zosilnené napätie, dostatočne vysoké na to, aby sa funkcia Arduino analogRead () zaregistrovala. Keď je odpor konštantný, výstupné napätie je lineárne vzhľadom na veľkosť prúdu prechádzajúceho skratom. Jednoduchým spôsobom kalibrácie tohto modulu je použitie skutočného multimetra na výpočet hodnoty prúdu prechádzajúceho daným obvodom. Všimnite si túto hodnotu prúdu pomocou funkcie arduino a sériového monitora a zistite, aká analógová hodnota prichádza (v rozsahu od 0 do 1023. Na získanie lepších hodnôt použite premennú ako dátový typ typu float). Teraz môžeme túto analógovú hodnotu vynásobiť konštantou, aby sme získali požadovanú aktuálnu hodnotu, a pretože vzťah medzi napätím a prúdom je lineárny, táto konštanta bude takmer rovnaká pre celý rozsah prúdu, aj keď možno budete musieť urobiť niekoľko menších úpravy neskôr. Môžete to skúsiť so 4-5 známymi aktuálnymi hodnotami, aby ste dosiahli svoju konštantnú hodnotu. Spomeniem kód, ktorý som použil na túto ukážku.

Krok 6: Konečné závery

Tento prúdový senzor funguje celkom dobre vo väčšine aplikácií napájaných jednosmerným prúdom a pri správnej kalibrácii má chybu menšiu ako 70 mA. Odchýlka od skutočnej hodnoty však vždy existuje, keď existujú určité obmedzenia tohto návrhu, pri veľmi nízkych alebo veľmi vysokých prúdoch. Pre hraničné prípady je teda potrebná určitá úprava kódu. Jednou z alternatív je použitie prístrojového zosilňovača, ktorý má presné obvody na zosilnenie veľmi malých napätí a môže byť tiež použitý vo vyššej časti obvodu. Okruh je tiež možné zlepšiť použitím lepšieho, nízkošumového OP-AMP. Podľa môjho názoru to funguje dobre a poskytuje opakovateľný výstup. Plánujem vyrobiť wattmeter, kde by som používal tento systém na meranie skratového prúdu. Dúfam, že sa vám táto zostava páčila.