חיישן זרם DIY עבור Arduino: 6 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

שלום לך, מקווה שאתה עושה טוב ובמדריך זה אני אראה לך כיצד הכנתי חיישן זרם עבור Arduino באמצעות כמה רכיבים אלקטרוניים בסיסיים ביותר ושאנט תוצרת בית. Shunt זה יכול להתמודד בקלות בעוצמה גדולה של זרם, בסביבות 10-15 אמפר. הדיוק הוא גם די טוב והצלחתי להשיג תוצאות הגונות מאוד תוך מדידת זרמים נמוכים בסביבות 100mA.

אספקה

1. Arduino Uno או שווה ערך וחוט תכנות
2. OP- אמפר LM358
3. חוטי מגשר
4. נגד 100 קאוהם
5. נגד 220 קאוהם
6. נגד 10 קוהם
7. לוח Veroboard או אפס PCB
8. שאנט (8 עד 10 מיליוהם)

שלב 1: איסוף החלקים הדרושים

החלקים העיקריים שתזדקק להם לבנייה זו היא Shunt יחד עם המגבר התפעולי IC. ליישום שלי אני משתמש ב- IC LM358 שהוא כפול OP-AMP 8 פינים DIP IC שאני משתמש בו רק באחד מהמגברים התפעוליים. כמו כן תזדקק לנגדים למעגל המגבר הבלתי הפוך. בחרתי 320K ו- 10K כהתנגדות שלי. בחירת ההתנגדות שלך תלויה לחלוטין בכמות הרווח שאתה רוצה להשיג.עכשיו OP-AMP מופעל על ידי 5 וולט של הארדואינו. אז עלינו לוודא כי מתח היציאה מ- OP-AMP כאשר הזרם המלא עובר את השאנט צריך להיות פחות מ -5 וולט, רצוי 4 וולט כדי לשמור על מרווח שגיאות. אם אנו בוחרים רווח גבוה מאוד מספיק אז לערך נמוך יותר של הזרם, ה- OP-AMP ייכנס לאזור הרוויה וייתן רק 5 וולט מעבר לכל ערך זרם. אז הקפד לבחור את הערך של רווח המגבר כראוי. היית דורש גם לוח PCB או לוח לחם כדי לנסות את המעגל הזה. לבקר המיקרו אני משתמש ב- UNO Arduino כדי לרכוש את הקלט מפלט המגבר. אתה יכול לבחור כל לוח Arduino שווה ערך שאתה רוצה.

שלב 2: הכנת התנגדות Shunt משלך

ליבו המרכזי של הפרויקט הוא נגד השאנט המשמש לאספקת ירידת המתח הקטנה. אתה יכול בקלות לעשות את זה shun ללא הרבה טרחה. אם יש לך חוט פלדה מוצק עבה אז אתה יכול לחתוך אורך סביר של חוט זה ויכול לשמש כצילום. אלטרנטיבה נוספת לכך היא הצלת נגדי תריסים ממטרים רבים ישנים או פגומים בדיוק כפי שמוצג כאן. הטווח הנוכחי שאתה רוצה למדוד תלוי במידה רבה בערך של הנגד. בדרך כלל אתה יכול להשתמש ב- shunt בסדר גודל של 8 עד 10 מיליוהם.

שלב 3: תרשים מעגלים של הפרויקט

להלן התיאוריה כולה כתרשים קיצי וגם בתרשים המעגלים של מודול החיישן הנוכחי המראה את יישום התצורה הלא הפוכה של ה- OP-AMP המספקת את הרווח הדרוש. חיברתי גם קבל 0.1uF ביציאת ה- OP-AMP כדי להחליק את מתח היציאה ולהפחית כל רעש בתדר גבוה אם הוא עלול להתרחש.

שלב 4: להביא את הכל ביחד …

עכשיו הגיע הזמן סוף סוף להוציא את מודול החיישן הנוכחי מרכיבים אלה. לשם כך חתכתי חתיכה קטנה של veroboard וסידרתי את הרכיבים שלי בצורה כזו שאוכל להימנע משימוש בחוטי מגשר או מחברים וניתן לחבר את כל המעגל באמצעות חיבורי הלחמה ישירים. לחיבור העומס דרך השאנט השתמשתי במסופי בורג, מה שהופך את החיבורים להרבה יותר מסודר ובמקביל הרבה יותר קל להחליף/להחליף עומסים שונים שעבורם אני רוצה למדוד את הזרם. הקפד לבחור את מסופי הבורג באיכות טובה המסוגלים להתמודד עם זרמים גדולים. צירפתי כמה תמונות של תהליך הלחמה וכפי שאתה יכול לראות עקבות הלחמה יצאו די טוב ללא שימוש במגשר או מחבר חוט. זה הפך את המודול שלי לעמיד עוד יותר. כדי לתת לך נקודת מבט עד כמה המודול הזה קטן שמרתי אותו יחד עם מטבע הודי 2 רופי והגודל כמעט דומה. גודל קטן זה מאפשר לך להתאים מודול זה לפרויקטים שלך בקלות. אם אתה יכול להשתמש ברכיבי SMD, ניתן אפילו להקטין את הגודל.

שלב 5: כיול החיישן למתן קריאות נכונות

לאחר בניית כל המודול כאן מגיע חלק מסובך קל, כיול או ליתר דיוק עם הקוד הדרוש כדי למדוד את הערך הנכון של הזרם. כעת בעצם אנו מכפילים את ירידת המתח של השאנט כדי לתת לנו מתח מוגבר, גבוה מספיק כדי שהפונקציה Arduino analogRead () תוכל להירשם. כעת, כאשר ההתנגדות קבועה, מתח המוצא הוא ליניארי ביחס לגודל הזרם העובר בשאנט. הדרך הקלה לכייל מודול זה היא להשתמש במולטימטר בפועל לחישוב ערך הזרם העובר במעגל נתון. שים לב לערך הנוכחי הזה באמצעות arduino ופונקציית הצג הטורי, ראה מהו הערך האנלוגי שמגיע (הנע בין 0 ל -1023. השתמש במשתנה כסוג נתוני צף כדי לקבל ערכים טובים יותר). כעת נוכל להכפיל את הערך האנלוגי הזה עם קבוע כדי לקבל את ערך הזרם הרצוי שלנו ומכיוון שהיחס בין המתח והזרם הוא לינארי, קבוע זה יהיה כמעט זהה עבור כל טווח הזרם, אם כי ייתכן שתצטרך לבצע פעולות מינוריות. התאמות בהמשך. אתה יכול לנסות עם 4-5 ערכי זרם ידועים כדי לקבל את הערך הקבוע שלך. אציין את הקוד בו השתמשתי להפגנה זו.

שלב 6: מסקנות אחרונות

חיישן הנוכחי הזה עובד די טוב ברוב היישומים המופעלים על ידי DC ויש לו שגיאה של פחות מ -70 mA אם הוא מכויל כראוי. עם זאת, ישנן כמה מגבלות של עיצוב זה, בזרמים נמוכים או גבוהים מאוד, החריגה מהערך בפועל הופכת למשמעותית. לכן יש צורך בשינוי קוד כלשהו במקרי הגבול. חלופה אחת היא להשתמש במגבר מכשיר, בעל מעגלים מדויקים להגברת מתחים קטנים מאוד וניתן להשתמש בו גם בצד הגבוה של המעגל. כמו כן ניתן לשפר את המעגל באמצעות OP-AMP טוב יותר ורעש. עבור האפליקציה שלי זה עובד טוב ונותן פלט שניתן לחזור עליו. אני מתכנן לעשות מד וואט, שבו הייתי משתמש במערכת מדידת זרם shunt זו. מקווה שנהנתם מהבנייה הזו.