Sensor Semasa DIY untuk Arduino: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Halo, semoga anda berjaya dan dalam tutorial ini saya akan menunjukkan kepada anda bagaimana saya membuat sensor semasa untuk Arduino menggunakan beberapa komponen elektronik yang sangat asas dan shunt buatan sendiri. Shunt ini dapat menangani arus besar dengan mudah, sekitar 10-15 Amps. Ketepatannya juga cukup baik dan saya dapat memperoleh hasil yang sangat baik sambil mengukur arus rendah sekitar 100mA.

Bekalan

1. Arduino Uno atau setara dan wayar pengaturcaraan
2. OP- Amp LM358
3. Wayar pelompat
4. Perintang 100 KOhm
5. Perintang 220 KOhm
6. Perintang 10 Kohm
7. Papan verob atau papan sifar PCB
8. Shunt (8 hingga 10 miliohms)

Langkah 1: Mengumpulkan Bahagian yang Diperlukan

Bahagian utama yang anda perlukan untuk binaan ini adalah Shunt bersama dengan IC penguat operasi. Untuk aplikasi saya, saya menggunakan IC LM358 yang merupakan DIP IC pin OP-AMP 8 dual yang mana saya hanya menggunakan salah satu penguat operasi. Anda juga memerlukan perintang untuk litar penguat Tidak Membalikkan. Saya telah memilih 320K dan 10K sebagai daya tahan saya. Pilihan ketahanan anda bergantung sepenuhnya pada jumlah keuntungan yang anda mahukan. Kini OP-AMP dikuasakan oleh Arduino 5 volt. Oleh itu, kita perlu memastikan bahawa voltan keluaran dari OP-AMP ketika arus penuh melewati shunt harus kurang dari 5 volt, lebih baik 4 volt untuk menjaga sedikit margin kesalahan. Sekiranya kita memilih keuntungan yang cukup tinggi maka untuk nilai arus yang lebih rendah, OP-AMP akan masuk ke kawasan tepu dan hanya memberikan 5 volt melebihi nilai semasa. Oleh itu, pastikan untuk memilih nilai keuntungan penguat dengan tepat. Anda juga memerlukan prototaip PCB atau papan roti untuk mencuba litar ini. Untuk pengawal mikro saya menggunakan Arduino UNO untuk memperoleh input dari output penguat. Anda boleh memilih papan Arduino yang setara yang anda mahukan.

Langkah 2: Membuat Perintang Shunt Anda Sendiri

Inti utama projek ini adalah perintang shunt yang digunakan untuk memberikan penurunan voltan kecil. Anda boleh membuat shunt ini dengan mudah tanpa banyak kerumitan. Sekiranya anda mempunyai dawai keluli padat tebal maka anda boleh memotong panjang wayar itu dan boleh digunakan sebagai pemotong. Alternatif lain untuk ini adalah untuk menyelamatkan perintang shunt dari meter lama atau yang rosak seperti yang ditunjukkan di sini. Julat semasa yang ingin anda ukur sangat bergantung pada nilai perintang shunt. Biasanya anda boleh menggunakan shunt dalam urutan 8 hingga 10 miliohms.

Langkah 3: Gambarajah Litar Projek

Berikut adalah keseluruhan teori sebagai ringkasan dan juga rajah litar modul sensor semasa yang menunjukkan pelaksanaan konfigurasi OP-AMP yang tidak membalikkan memberikan keuntungan yang diperlukan. Saya juga memasang kapasitor 0.1uF pada output OP-AMP untuk melancarkan voltan keluaran dan mengurangkan kebisingan frekuensi tinggi jika berlaku.

Langkah 4: Bawa Bersama…

Kini tiba masanya untuk membuat modul sensor semasa mengeluarkan komponen ini. Untuk ini, saya memotong sekeping kecil papan kenyataan dan menyusun komponen saya sedemikian rupa sehingga saya dapat mengelakkan penggunaan wayar atau penyambung pelompat dan seluruh litar dapat disambungkan menggunakan sambungan pateri langsung. Untuk penyambungan beban melalui shunt, saya menggunakan terminal skru, yang menjadikan sambungan lebih kemas dan pada masa yang sama menjadikannya lebih mudah untuk menukar / mengganti beban yang berbeza yang saya ingin mengukur arus. Pastikan anda memilih terminal skru berkualiti baik yang mampu menangani arus besar. Saya telah melampirkan beberapa gambar proses pematerian dan seperti yang anda lihat, jejak solder keluar dengan baik tanpa menggunakan pelompat atau penyambung wayar. Ini menjadikan modul saya lebih tahan lama. Untuk memberi anda perspektif betapa kecilnya modul ini, saya menyimpannya bersama dengan duit syiling 2 rupee India dan ukurannya hampir setanding. Saiz kecil ini membolehkan anda memasukkan modul ini dalam projek anda dengan mudah. Sekiranya anda dapat menggunakan komponen SMD, ukurannya bahkan dapat dikurangkan.

Langkah 5: Mengkalibrasi Sensor untuk Memberi Bacaan yang Betul

Selepas pembinaan keseluruhan modul di sini muncul bahagian yang agak rumit, menentukur atau lebih tepat dengan kod yang diperlukan untuk mengukur nilai arus yang betul. Sekarang pada dasarnya kita mengalikan penurunan voltan untuk memberikan voltan yang diperkuat, cukup tinggi untuk fungsi Arduino analogRead () untuk mendaftar. Sekarang rintangannya tetap, voltan output adalah linear sehubungan dengan besarnya arus yang melewati shunt. Cara mudah untuk mengkalibrasi modul ini adalah dengan menggunakan multimeter sebenar untuk mengira nilai arus yang melalui litar tertentu. Perhatikan nilai arus ini, dengan menggunakan fungsi arduino dan monitor bersiri, lihat berapa nilai analog yang akan datang (antara 0 hingga 1023. Gunakan pemboleh ubah sebagai jenis data apungan untuk mendapatkan nilai yang lebih baik). Sekarang kita boleh menggandakan nilai analog ini dengan pemalar untuk mendapatkan nilai arus yang kita mahukan dan kerana hubungan antara voltan dan arus adalah linear, pemalar ini akan hampir sama untuk seluruh julat arus, walaupun anda mungkin perlu melakukan sedikit penyesuaian di kemudian hari. Anda boleh mencuba dengan 4-5 nilai semasa yang diketahui untuk mendapatkan nilai tetap anda. Saya akan menyebutkan kod yang saya gunakan untuk demonstrasi ini.

Langkah 6: Kesimpulan Akhir

Sensor semasa ini berfungsi dengan baik di kebanyakan aplikasi bertenaga DC dan mempunyai kesalahan kurang daripada 70 mA jika dikalibrasi dengan betul. Bagaimana pun terdapat beberapa batasan reka bentuk ini, pada arus yang sangat rendah atau sangat tinggi, penyimpangan dari nilai sebenarnya menjadi ketara. Oleh itu, beberapa pengubahsuaian kod diperlukan untuk kes-kes sempadan. Salah satu alternatif adalah menggunakan penguat Instrumentasi, yang mempunyai litar tepat untuk menguatkan voltan yang sangat kecil dan juga dapat digunakan di sisi tinggi litar. Litar juga dapat diperbaiki dengan menggunakan OP-AMP dengan kebisingan rendah yang lebih baik. Untuk peralatan saya, ia berfungsi dengan baik dan memberikan output yang berulang. Saya bercadang untuk membuat wattmeter, di mana saya akan menggunakan sistem pengukuran shunt semasa ini. Semoga anda menikmati pembinaan ini.