Mòdul de mesura de potència DIY per a Arduino: 9 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Hola a tothom, espero que ho estigueu fent molt bé! En aquest instructiu us mostraré com he creat aquest mòdul de mesurador de potència / wattímetre per utilitzar-lo amb una placa Arduino. Aquest mesurador de potència pot calcular la potència consumida per i la càrrega de CC. Juntament amb l'alimentació, aquest mòdul també ens pot proporcionar lectures exactes de tensió i corrent. Pot mesurar fàcilment voltatges baixos (al voltant de 2 V) i baixos corrents, fins a 50 mA amb un error no superior a 20 mA. La precisió depèn de l'elecció dels components segons els vostres requisits.

Subministraments

• IC LM358 dual OP-AMP
• Base IC de 8 pins
• Resistència de derivació (8,6 milliOhms en el meu cas)
• Resistències: 100K, 10K, 2.2K, 1K (1 / 2watt)
• Condensadors: condensadors ceràmics de 3 * 0,1uF
• Veroboard o tauler zero
• Terminals de cargol
• Soldador i soldador
• Arduino Uno o qualsevol altra placa compatible
• Pantalla OLED
• Connexió de cables de tauleta

Pas 1: recopilació dels components necessaris

Aquest projecte utilitza components molt senzills i fàcils d’obtenir: inclouen resistències, condensadors de ceràmica, amplificador operacional i una placa base per prototipar.

L'elecció i el valor dels components depenen del tipus d'aplicació i del rang de potència que vulgueu mesurar.

Pas 2: el principi de treball

El funcionament del mòdul de potència es basa en dos conceptes de teoria de circuits i electricitat bàsica: el concepte de divisor de tensió per mesurar la tensió d’entrada i la llei d’Ohm per calcular el corrent que circula pel circuit. Estem utilitzant una resistència de derivació per crear una caiguda de voltatge molt petita a través d’ella. Aquesta caiguda de tensió és proporcional a la quantitat de corrent que circula per la derivació. Aquest petit voltatge quan s’amplifica amb un amplificador operacional es pot utilitzar com a entrada d’un microcontrolador que es pot programar per donar-nos el valor de corrent. L’amplificador operacional s’utilitza com a amplificador sense inversió on el guany està determinat pels valors de la retroalimentació. resistència R2 i R1. L’ús de la configuració sense inversió ens permet tenir un punt comú com a referència de mesura. Per a això, es mesura el corrent a la part baixa del circuit. Per a la meva aplicació he triat un guany de 46 mitjançant l'ús de resistències de 100K i 2.2K com a xarxa de retroalimentació. La mesura de la tensió es fa mitjançant un circuit divisor de tensió que divideix la tensió d’entrada en proporció a la xarxa de resistències utilitzada.

Tant el valor actual de l’OP-Amp com el valor de la tensió de la xarxa divisòria es poden alimentar a dues entrades analògiques de l’arduino per poder calcular la potència consumida per una càrrega.

Pas 3: ajuntar les peces

Comencem la construcció del nostre mòdul de potència decidint la posició dels terminals de cargol per a la connexió d’entrada i sortida. Després de marcar les posicions adequades, soldem els terminals de cargol i la resistència de derivació al seu lloc.

Pas 4: afegir les peces per a la xarxa Voltage Sense

Per a la detecció de tensió d’entrada, estic fent servir una xarxa divisòria de tensió de 10K i 1K. També he afegit un condensador de 0,1 uF a la resistència 1K per suavitzar les tensions. La xarxa de detecció de tensió es solda a prop del terminal d’entrada.

Pas 5: afegir les parts de la xarxa Sense Sense actual

El corrent es mesura calculant i amplificant la caiguda de tensió a través de la resistència de derivació amb un guany predefinit establert per la xarxa de resistències. S'utilitza el mode d'amplificació sense inversió. És convenient mantenir petites les traces de soldadura per evitar caigudes de tensió no desitjades.

Pas 6: Completar les connexions restants i acabar la compilació

Amb les xarxes de detecció de tensió i corrent connectades i soldades, és hora de soldar els pins de capçalera masculins i fer les connexions necessàries de les sortides de potència i senyal. El mòdul s’alimentarà amb una tensió de funcionament estàndard de 5 volts que podem obtenir fàcilment des d’una placa arduino. Les dues sortides de detecció de tensió es connectaran a les entrades analògiques de l’arduino.

Pas 7: Connexió del mòdul amb Arduino

Amb el mòdul complet, ara és hora de connectar-lo amb un Arduino i fer-lo funcionar. Per veure els valors, he utilitzat una pantalla OLED que utilitzava el protocol I2C per comunicar-me amb l’arduino. Els paràmetres que es mostren a la pantalla són Voltatge, Corrent i Potència.

Pas 8: Codi del projecte i diagrama de circuits

He adjuntat el diagrama de circuits i el codi del mòdul d’alimentació en aquest pas (anteriorment havia adjuntat el fitxer.ino i.txt que contenia el codi, però algun error del servidor feia que el codi fos inaccessible o il·legible per als usuaris, així que vaig escriure el document complet codi en aquest pas. Sé que no és una bona manera de compartir el codi:(). No dubteu a modificar aquest codi segons els vostres requisits. Espero que aquest projecte us sigui útil. Compartiu els vostres comentaris als comentaris. Salutacions.

#incloure

#incloure

#incloure

#incloure

#define OLED_RESET 4 Adafruit_SSD1306 display (OLED_RESET);

float val = 0;

corrent flotant = 0;

tensió flotant = 0;

potència flotant = 0;

configuració nul·la () {

pinMode (A0, INPUT);

pinMode (A1, INPUT);

display.begin (SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); // inicialitzeu amb l’addr I2C 0x3C (per a 128x32) display.display ();

endarreriment (2000);

// Esborreu la memòria intermèdia.

display.clearDisplay ();

display.setTextSize (1);

display.setCursor (0, 0);

display.setTextColor (BLANC);

Serial.begin (9600); // Per veure els valors al monitor sèrie

}

bucle buit () {

// agafant la mitjana de lectures estables

per a (int i = 0; i <20; i ++) {

actual = actual + analogRead (A0);

voltatge = voltatge + analògicLlegir (A1); }

actual = (actual / 20); actual = actual * 0,0123 * 5,0; // valor de calibratge, que es canviarà segons els components utilitzats

tensió = (tensió / 20); voltatge = voltatge * 0,0508 * 5,0; // valor de calibratge, que es canviarà segons els components utilitzats

potència = tensió * corrent;

// imprimir els valors al monitor sèrie

Serial.print (voltatge);

Serial.print ("");

Serial.print (actual);

Serial.print ("");

Serial.println (potència);

// imprimir els valors a la pantalla OLED

display.setCursor (0, 0);

display.print ("Voltatge:");

display.print (voltatge);

display.println ("V");

display.setCursor (0, 10);

display.print ("Actual:");

display.print (actual);

display.println ("A");

display.setCursor (0, 20);

display.print ("Potència:");

display.print (alimentació);

display.println ("W");

display.display ();

retard (500); // taxa d’actualització establerta pel retard

display.clearDisplay ();

}