Sensor de corrent de bricolatge per Arduino: 6 passos

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

Hola, espero que ho estigueu fent bé i en aquest tutorial us mostraré com he fabricat un sensor de corrent per a Arduino utilitzant components electrònics molt bàsics i una derivació feta a casa. Aquesta derivació pot manejar fàcilment una gran magnitud de corrent, al voltant de 10-15 amperes. La precisió també és força bona i vaig poder obtenir resultats molt decents mentre mesurava corrents baixos al voltant de 100 mA.

Subministraments

1. Arduino Uno o equivalent i cable de programació
2. OP- Amp LM358
3. Filferros de pont
4. Resistència de 100 KOhm
5. Resistència de 220 KOhm
6. Resistència de 10 Kohm
7. Taula PCB de Veroboard o Zero
8. Shunt (de 8 a 10 miliohms)

Pas 1: Recopilació de les parts necessàries

Les parts principals que necessitareu per a aquesta construcció són un Shunt juntament amb l’amplificador IC operatiu. Per a la meva aplicació, faig servir l'IC LM358, que és un IC DIP dual de 8 pins OP-AMP, del qual només faig servir un dels amplificadors operatius. També necessitareu resistències per al circuit d'amplificador sense inversió. He triat 320K i 10K com a resistències. L’elecció de la vostra resistència depèn completament de la quantitat de guany que vulgueu obtenir. Ara l’OP-AMP s’alimenta amb els 5 volts de l’Arduino. Per tant, hem d’assegurar-nos que el voltatge de sortida de l’OP-AMP quan el corrent complet passa per la derivació ha de ser inferior a 5 volts, preferiblement de 4 volts per mantenir un marge d’error. Si escollim un guany prou elevat per obtenir un valor de corrent inferior, l’OP-AMP passarà a la regió de saturació i només donarà 5 volts més enllà de qualsevol valor actual. Així que assegureu-vos d’escollir el valor del guany de l’amplificador adequadament. Per provar aquest circuit, també necessitareu un PCB o una placa de prototips. Per al microcontrolador, estic fent servir Arduino UNO per adquirir l'entrada de la sortida de l'amplificador. Podeu triar qualsevol placa Arduino equivalent que vulgueu.

Pas 2: Feu la vostra pròpia resistència de derivació

El cor principal del projecte és la resistència de derivació que s’utilitza per proporcionar la petita caiguda de tensió. Podeu fer aquesta derivació fàcilment sense molèsties. Si teniu un filferro d’acer massís i gruixut, podeu tallar-ne una longitud raonable i utilitzar-lo com a derivació. Una altra alternativa a això és salvar resistències de derivació de diversos metres antics o danyats, tal com es mostra aquí. El rang actual que voleu mesurar depèn en gran mesura del valor de la resistència de derivació. Normalment, podeu utilitzar derivacions de l'ordre de 8 a 10 milhms.

Pas 3: Diagrama de circuits del projecte

Aquí hi ha tota la teoria com a estiu i també el diagrama de circuits del mòdul de sensor actual que mostra la implementació de la configuració sense inversió de l’OP-AMP que proporciona el guany necessari. També he connectat un condensador de 0,1 uF a la sortida de l’OP-AMP per suavitzar la tensió de sortida i reduir el soroll d’alta freqüència si es pot produir.

Pas 4: Unir-ho tot …

Ara és el moment de fer que el mòdul del sensor actual faci fora aquests components. Per a això, vaig retallar un petit tros de verobard i vaig disposar els meus components de manera que pogués evitar l'ús de cables o connectors de pont i es podria connectar tot el circuit mitjançant juntes de soldadura directa. Per a la connexió de la càrrega a través de la derivació, he utilitzat terminals de cargol, cosa que fa que les connexions siguin molt més netes i, al mateix temps, faci molt més fàcil canviar / substituir diferents càrregues per a les quals vull mesurar el corrent. Assegureu-vos de seleccionar els terminals de cargol de bona qualitat que siguin capaços de manejar grans corrents. He adjuntat algunes imatges del procés de soldadura i, com podeu veure, les traces de soldadura van sortir força bé sense utilitzar cap pont o connector de filferro. Això va fer que el meu mòdul fos encara més durador. Per donar-vos una perspectiva del petit que és aquest mòdul, el vaig conservar juntament amb una moneda índia de 2 rupies i la mida és gairebé comparable. Aquesta mida petita us permet adaptar aquest mòdul als vostres projectes fàcilment. Si podeu utilitzar components SMD, fins i tot es pot reduir la mida.

Pas 5: Calibració del sensor per donar lectures correctes

Després de la construcció de tot el mòdul, aquí apareix una part lleugerament complicada, que calibra o més aviat es presenta el codi necessari per mesurar el valor correcte del corrent. Ara, bàsicament, estem multiplicant la caiguda de voltatge de la derivació per donar-nos una tensió amplificada, prou alta perquè es pugui registrar la funció Arduino analogRead (). Ara la resistència és constant, la tensió de sortida és lineal respecte a la magnitud del corrent que passa per la derivació. La manera més senzilla de calibrar aquest mòdul és fer servir un multímetre real per calcular el valor del corrent que passa a través d’un circuit determinat. Tingueu en compte aquest valor de corrent, mitjançant l’arduino i la funció de monitor sèrie, consulteu quin és el valor analògic que ve (que van del 0 al 1023. Utilitzeu la variable com a tipus de dades flotant per obtenir millors valors). Ara podem multiplicar aquest valor analògic per una constant per obtenir el valor de corrent desitjat i, atès que la relació entre el voltatge i el corrent és lineal, aquesta constant serà gairebé la mateixa per a tot el rang de corrent, tot i que és possible que hagueu de fer alguna cosa menor. ajustaments posteriors. Podeu provar amb 4-5 valors actuals coneguts per obtenir el vostre valor constant. Esmentaré el codi que he utilitzat per a aquesta demostració.

Pas 6: Conclusions finals

Aquest sensor de corrent funciona força bé a la majoria d’aplicacions alimentades de corrent continu i té un error inferior a 70 mA si es calibra correctament. Tot i que hi ha algunes limitacions d’aquest disseny, a corrents molt baixos o molt alts, la desviació del valor real esdevé significativa. Per tant, cal fer alguna modificació del codi per als casos límit. Una alternativa és utilitzar un amplificador d’instrumentació, que disposa de circuits precisos per amplificar tensions molt petites i que també es pot utilitzar al costat alt del circuit. També es pot millorar el circuit mitjançant un OP-AMP millor i de baix soroll. Per a la meva aplicació funciona bé i dóna una sortida repetible. Estic planejant fer un wattmetre, on estaria fent servir aquest sistema de mesura de corrent de derivació. Espero que us hagi agradat aquesta versió.