DIY nuværende sensor til Arduino: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Hej der, håber du har det godt, og i denne vejledning vil jeg vise dig, hvordan jeg lavede en nuværende sensor til Arduino ved hjælp af nogle meget grundlæggende elektroniske komponenter og en hjemmelavet shunt. Denne shunt kan let håndtere stor strømstyrke, omkring 10-15 ampere. Nøjagtigheden er også ret god, og jeg kunne få meget anstændige resultater, mens jeg målte lave strømme omkring 100mA.

Forbrugsvarer

1. Arduino Uno eller tilsvarende og programmeringstråd
2. OP- Forstærker LM358
3. Jumper ledninger
4. 100 KOhm modstand
5. 220 KOhm modstand
6. 10 kohm modstand
7. Veroboard eller Zero PCB board
8. Shunt (8 til 10 milliohms)

Trin 1: Indsamling af de nødvendige dele

De vigtigste dele, du skal bruge til denne build, er en Shunt sammen med den operationelle forstærker IC. Til min applikation bruger jeg IC LM358, som er en dobbelt OP-AMP 8-pin DIP IC, som jeg kun bruger en af operationsforstærkeren. Du får også brug for modstande til det ikke-inverterende forstærkerkredsløb. Jeg har valgt 320K og 10K som mine modstande. Valget af din modstand afhænger fuldstændigt af den mængde gevinst, du vil have. Nu drives OP-AMP'en af 5 volt på Arduino. Så vi skal sikre os, at udgangsspændingen fra OP-AMP, når den fulde strøm passerer gennem shunten, skal være mindre end 5 volt, fortrinsvis 4 volt for at beholde en fejlmargin. Hvis vi vælger en forstærkning, der er meget høj nok til en lavere strømværdi, vil OP-AMP gå ind i mætningsområdet og kun give 5 volt ud over enhver strømværdi. Sørg derfor for at vælge værdien af forstærkerforstærkning passende. Du ville også kræve en prototypet print eller brødbræt for at prøve dette kredsløb. Til mikrokontrolleren bruger jeg Arduino UNO til at hente input fra forstærkerens udgang. Du kan vælge ethvert tilsvarende Arduino -bord, du ønsker.

Trin 2: Lav din egen shuntmodstand

Projektets vigtigste hjerte er shuntmodstanden, der bruges til at levere det lille spændingsfald. Du kan nemt lave denne shunt uden meget besvær. Hvis du har en tyk massiv ståltråd, kan du klippe en rimelig længde af den tråd og kan bruges som en shunt. Et andet alternativ til dette er at redde shuntmodstande fra gamle eller beskadigede multimetre ligesom vist her. Det aktuelle område, du vil måle, afhænger i høj grad af shuntmodstandens værdi. Normalt kan du bruge shunts i størrelsesordenen 8 til 10 milliohms.

Trin 3: Kredsløbsdiagram over projektet

Her er hele teorien som en sommerlig og også kredsløbsdiagrammet for det aktuelle sensormodul, der viser implementeringen af den ikke-inverterende konfiguration af OP-AMP, der giver den nødvendige forstærkning. Jeg har også tilsluttet en 0.1uF kondensator ved udgangen af OP-AMP for at udjævne udgangsspændingen og reducere enhver højfrekvent støj, hvis den kan forekomme.

Trin 4: Saml det hele …

Nu er det endelig tid til at lave det aktuelle sensormodul ud af disse komponenter. Til dette klippede jeg et lille stykke veroboard ud og arrangerede mine komponenter på en sådan måde, at jeg kunne undgå at bruge nogen jumperwires eller -stik, og hele kredsløbet kunne tilsluttes ved hjælp af direkte loddeforbindelser. Til tilslutning af belastningen gennem shunten brugte jeg skrueterminaler, hvilket gør forbindelserne meget mere pæne og samtidig gør det meget lettere at skifte/udskifte forskellige belastninger, som jeg vil måle strøm for. Sørg for at vælge skrueterminalerne af god kvalitet, der er i stand til at håndtere store strømme. Jeg har vedhæftet nogle billeder af lodningsprocessen, og som du kan se, kom loddesporene ret godt ud uden brug af nogen jumper eller ledningsstik. Dette gjorde mit modul endnu mere holdbart. For at give dig et perspektiv på, hvor lille dette modul er, opbevarede jeg det sammen med en indisk 2 rupiemønt, og størrelsen er næsten sammenlignelig. Denne lille størrelse gør det let at passe dette modul i dine projekter. Hvis du kan bruge SMD -komponenter, kan størrelsen endda reduceres.

Trin 5: Kalibrering af sensoren til korrekte aflæsninger

Efter opbygningen af hele modulet her kommer en lille vanskelig del, kalibrering eller rettere kommer med den nødvendige kode til at måle den korrekte værdi af strømmen. Nu multiplicerer vi hovedsageligt spændingsfaldet af shunten for at give os en forstærket spænding, høj nok til at Arduino analogRead () -funktionen kan registreres. Når modstanden er konstant, er udgangsspændingen lineær med hensyn til størrelsen af strøm, der passerer gennem shunten. Den nemme måde at kalibrere dette modul på er at bruge et faktisk multimeter til at beregne værdien af strøm, der passerer gennem et givet kredsløb. Bemærk denne værdi af strøm ved hjælp af arduino og den serielle monitor -funktion, se hvad der er den analoge værdi, der kommer (fra 0 til 1023. Brug variablen som float -datatype for at få bedre værdier). Nu kan vi gange denne analoge værdi med en konstant for at få vores ønskede strømværdi, og da forholdet mellem spændingen og strømmen er lineær, vil denne konstant være næsten den samme for hele strømområdet, selvom du muligvis skal lave nogle mindre justeringer senere. Du kan prøve med 4-5 kendte aktuelle værdier for at få din konstante værdi. Jeg vil nævne koden, jeg brugte til denne demonstration.

Trin 6: Endelige konklusioner

Denne nuværende sensor fungerer ret godt i de fleste DC -drevne applikationer og har en fejl på mindre end 70 mA, hvis den er kalibreret korrekt. Hvor som helst der er nogle begrænsninger ved dette design, ved meget lave eller meget høje strømme, bliver afvigelsen fra den faktiske værdi betydelig. Så en vis ændring af koden er nødvendig for grænsesagerne. Et alternativ er at bruge en instrumentationsforstærker, som har præcise kredsløb til at forstærke meget små spændinger og også kan bruges i den høje side af kredsløbet. Kredsløbet kan også forbedres ved at bruge en bedre, støjsvag OP-AMP. Til min anvendelse fungerer det godt og giver gentageligt output. Jeg planlægger at lave et wattmeter, hvor jeg ville bruge dette shuntstrømmålingssystem. Håber I nød denne konstruktion.