Ukur Frekuensi Utama Menggunakan Arduino: 7 Langkah (dengan Gambar)

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2025-01-23 15:00

Pada 3 April, Perdana Menteri India, Shri. Narendra Modi telah meminta orang India untuk mematikan lampu mereka dan menyalakan lampu (Diya) pada jam 9:00 malam pada 5 April untuk menandakan perjuangan India melawan Corona Virus. Sejurus selepas pengumuman itu, terdapat kekacauan besar di media sosial yang mengatakan bahawa ini akan menyebabkan pemadaman sepenuhnya kerana kegagalan grid elektrik.

Saya, sebagai pelajar kejuruteraan elektrik, ingin melihat kesan pengurangan beban secara tiba-tiba pada grid elektrik. Salah satu parameter yang terjejas adalah Frekuensi. Oleh itu, saya memutuskan untuk membuat peranti untuk mengukur frekuensi voltan dari saluran kuasa di rumah saya. Harap maklum bahawa untuk percubaan kecil ini, ketepatan nilai yang diukur tidak penting kerana saya hanya ingin memerhatikan perubahan frekuensi.

Dalam Instructable ini, saya akan menerangkan dengan cepat bagaimana grid boleh gagal dan kemudian menunjukkan kepada anda bagaimana saya mengukur frekuensi.

Langkah 1: Mengapa Bimbang?

Grid elektrik boleh gagal kerana banyak faktor salah satunya adalah pengurangan beban secara tiba-tiba. Saya akan cuba menerangkannya dengan cara yang paling sederhana agar orang yang tidak mempunyai latar belakang elektrik dapat memahaminya.

Apa itu Kekerapan? Ini adalah berapa kali gelombang AC berulang dalam satu saat. Kekerapan di India adalah 50Hz yang bermaksud bahawa gelombang AC diulang 50 kali dalam satu saat.

Di mana-mana loji kuasa, terdapat turbin yang merupakan alat mekanikal putar yang mengeluarkan tenaga dari aliran bendalir (wap, air, gas, dan lain-lain) dan mengubahnya menjadi kerja berguna (tenaga mekanikal). Turbin ini disambungkan (digabungkan) ke penjana. Penjana kemudian menukar tenaga mekanikal ini menjadi tenaga elektrik yang kita dapat di rumah kita.

Mari kita pertimbangkan loji kuasa wap untuk penjelasan ini. Di sini, wap bertekanan tinggi digunakan untuk memutar turbin yang seterusnya memutarkan penjana dan elektrik dihasilkan. Saya tidak akan membincangkan bagaimana penjana berfungsi tetapi ingat bahawa kekerapan voltan yang dihasilkan secara langsung berkaitan dengan kelajuan di mana penjana berputar. Sekiranya kelajuan meningkat, frekuensi meningkat, dan sebaliknya. Anggapkan bahawa penjana tidak disambungkan ke beban. Penjana dibawa ke kelajuan dengan meningkatkan input wap ke turbin sehingga frekuensi menjadi 50Hz. Penjana kini siap memberikan tenaga. Sebaik sahaja penjana disambungkan ke beban (atau grid), arus mula mengalir melalui penggulungannya dan kelajuannya berkurang dan begitu juga frekuensi. Tetapi mengikut piawaian peraturan, frekuensi harus berada dalam jalur tertentu. Di India ialah +/- 3% iaitu 48.5Hz hingga 51.5Hz. Sekarang, untuk mengimbangi frekuensi yang dikurangkan kerana penurunan kelajuan, input stim ditingkatkan sehingga frekuensi menjadi 50Hz lagi. Proses ini berterusan. Beban meningkat, kelajuan menurun, frekuensi menurun, input wap meningkat dan penjana dibawa ke kelajuan. Semua ini dilakukan secara automatik menggunakan peranti yang disebut Governor. Ia memantau kelajuan (atau frekuensi) generator dan menyesuaikan input wap dengan sewajarnya. Oleh kerana sebahagian besar bahagian mekanikal diperlukan beberapa saat (iaitu pemalar masa tinggi) untuk perubahan berlaku.

Sekarang, mari kita anggap bahawa keseluruhan beban pada generator tiba-tiba dikeluarkan. Penjana bergerak lebih tinggi daripada kelajuan normalnya kerana kita sebelumnya telah meningkatkan input wap untuk mengimbangi kenaikan beban. Sebelum gabenor dapat merasakan dan mengubah input wap, penjana mempercepat dengan begitu pantas sehingga frekuensi melepasi had atasnya. Oleh kerana ini tidak dibenarkan sesuai dengan piawaian peraturan, generator tersambung (atau terputus) dari grid kerana terlalu banyak frekuensi.

Di India, kami mempunyai One Nation - One Grid yang bermaksud bahawa semua penjana di India dihubungkan ke satu grid tunggal. Ini membantu menghantar kuasa ke mana-mana bahagian negara. Tetapi ada satu kelemahan. Kesalahan besar di mana-mana bahagian negara dapat merebak dengan cepat ke bahagian lain yang mengakibatkan seluruh grid tersekat. Oleh itu, seluruh negara dibiarkan tanpa kuasa!

Langkah 2: Rancangan

Rancangannya adalah untuk mengukur frekuensi voltan pada selang waktu yang ditentukan.

Transformer yang diketuk tengah digunakan untuk menurunkan 230V AC ke 15V AC.

Modul RTC memberikan masa sebenar.

Kedua-dua data (Waktu dan Kekerapan) kemudian disimpan dalam kad Micro SD dalam dua fail yang berasingan. Setelah ujian selesai, data dapat diimport ke dalam lembaran Excel untuk menghasilkan grafik.

Paparan LCD akan digunakan untuk menunjukkan frekuensi.

Hati-hati! Anda akan menghadapi voltan AC Mains yang maut. Teruskan hanya jika anda tahu apa yang anda lakukan. Tenaga elektrik tidak memberi peluang kedua

Langkah 3: Perkara yang Anda Perlu

1x Arduino Nano

Paparan LCD 1x 16x2

1x DS3231 Modul Jam Masa Sebenar

Modul Kad SD 1x Mikro

1x Transformer Tapped Center (15V-0-15V)

Perintang 2x 10k

Perintang 1x 1k

Perintang 1x 39k

Transistor 1x 2N2222A NPN

1x 1N4007 Diod

Langkah 4: Menggabungkan Perkara

Skema untuk binaan dilampirkan di sini. Saya akan membuatnya di papan roti tetapi anda boleh menjadikannya lebih kekal dengan menggunakan papan wangi atau membuat PCB tersuai.

Memilih nilai 'R3' yang betul untuk pengubah anda:

R3 dan R4 membentuk pembahagi voltan dan nilainya dipilih sedemikian rupa sehingga puncak voltan AC tidak melebihi 5V. Oleh itu, jika anda bercadang untuk menggunakan pengubah lain dengan penilaian yang berbeza, anda juga mesti menukar R3. Ingat bahawa penilaian voltan yang diberikan pada pengubah adalah dalam RMS. Dalam kes saya, ia adalah 15-0-15.

Gunakan multimeter untuk mengesahkannya. Voltan yang diukur kebanyakannya lebih besar daripada 15V. Dalam kes saya, ia sekitar 17.5V. Nilai puncaknya ialah 17.5 x sqrt (2) = 24.74V. Voltan ini jauh lebih tinggi daripada voltan Gate-Emitter maksimum (6V) Transistor 2N2222A. Kita boleh mengira nilai R3 menggunakan formula pembahagi voltan seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas.

Sambungan untuk Modul Kad SD:

Modul menggunakan SPI untuk komunikasi.

• MISO hingga D12
• MOSI hingga D11
• SCK hingga D13
• CS / SS hingga D10 (Anda boleh menggunakan pin apa pun untuk Chip Select)

Pastikan kad SD diformat sebagai FAT terlebih dahulu.

Sambungan untuk Modul RTC

Modul ini menggunakan I2C untuk komunikasi.

• SDA hingga A4
• SCL hingga A5

Sambungan untuk Paparan LCD

• RST hingga D9
• EN hingga D8
• D4 hingga D7
• D5 hingga D6
• D6 hingga D5
• D7 hingga D4
• R / W hingga GND

Langkah 5: Masa untuk Pengekodan

Kod telah dilampirkan di sini. Muat turun dan buka dengan menggunakan Arduino IDE. Sebelum memuat naik, pastikan anda memasang Perpustakaan DS3231. Saya menjumpai beberapa maklumat berguna di laman web ini.

Menetapkan RTC:

1. Masukkan bateri sel duit syiling jenis 2032.
2. Buka DS3231_Serial_Mudah dari contoh seperti yang ditunjukkan.
3. Tanggalkan 3 baris dan masukkan waktu dan tarikh seperti yang ditunjukkan dalam gambar.
4. Muat naik lakaran ke Arduino dan buka monitor bersiri. Tetapkan kadar baud ke 115200. Anda seharusnya dapat melihat masa yang terus menyegarkan setiap 1 saat.
5. Sekarang, cabut plag Arduino dan pasangkan semula selepas beberapa saat. Lihatlah monitor bersiri. Ia mesti menunjukkan masa nyata.

Selesai! RTC telah disediakan. Langkah ini harus dilakukan hanya sekali untuk menetapkan tarikh dan waktu.

Langkah 6: Memproses Data

Setelah ujian selesai, keluarkan kad SD mikro dari modul dan sambungkannya ke komputer anda menggunakan pembaca kad. Akan ada dua fail teks bernama FREQ.txt dan TIME.txt.

Salin kandungan dari fail ini dan tampalkannya dalam lembaran excel dalam dua lajur yang berasingan (Waktu dan Frekuensi).

Klik pada Masukkan> Carta. Excel harus memeriksa data pada helaian secara automatik dan memplot grafik.

Tingkatkan resolusi paksi menegak sehingga turun naik jelas kelihatan. Dalam Helaian Google, Sesuaikan> Paksi menegak> Min. = 49.5 dan Maks. = 50.5

Langkah 7: Hasil

Kita dapat dengan jelas melihat sedikit peningkatan frekuensi ketika beban terputus sekitar jam 9:00 malam (21:00) dan penurunan frekuensi sekitar jam 9:10 malam (21:10) ketika beban dihidupkan kembali. Tidak membahayakan grid kerana frekuensi berada dalam jalur toleransi (+/- 3%) iaitu 48.5Hz hingga 51.5Hz.

Tweet dari Menteri Negara dalam Kerajaan India, Encik R K Singh mengesahkan bahawa hasil yang saya perolehi cukup tepat.

Terima kasih kerana berpegang pada akhir. Semoga anda semua menyukai projek ini dan belajar sesuatu yang baru hari ini. Beritahu saya jika anda membuatnya sendiri. Langgan saluran YouTube saya untuk lebih banyak projek seperti itu.