Arduino için DIY Akım Sensörü: 6 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Merhaba, umarım iyisinizdir ve bu derste size Arduino için bazı çok temel elektronik bileşenler ve ev yapımı bir şant kullanarak nasıl akım sensörü yaptığımı göstereceğim. Bu şant, 10-15 Amper civarında büyük bir akımı kolayca idare edebilir. Doğruluk da oldukça iyi ve 100mA civarında düşük akımları ölçerken çok iyi sonuçlar elde edebildim.

Gereçler

1. Arduino Uno veya eşdeğeri ve programlama kablosu
2. OP-Amp LM358
3. Atlama telleri
4. 100 KOhm direnç
5. 220 KOhm direnç
6. 10 Kohm direnci
7. Veroboard veya Sıfır PCB kartı
8. Şönt (8 ila 10 miliohm)

Adım 1: Gerekli Parçaların Toplanması

Bu yapı için ihtiyaç duyacağınız ana parçalar, operasyonel amplifikatör IC ile birlikte bir Şönt'tür. Uygulamam için çift OP-AMP 8 pinli DIP IC olan IC LM358'i kullanıyorum ve bunun sadece bir işlemsel yükselticisini kullanıyorum. Tersine çevirmeyen amplifikatör devresi için dirençlere de ihtiyacınız olacak. Dirençlerim olarak 320K ve 10K seçtim. Direncinizin seçimi tamamen sahip olmak istediğiniz kazanç miktarına bağlıdır. Şimdi OP-AMP, Arduino'nun 5 volt'undan güç alıyor. Bu nedenle, tam akım şanttan geçerken OP-AMP'den gelen çıkış voltajının, bir miktar hata payı tutmak için 5 volttan az, tercihen 4 volt olduğundan emin olmamız gerekir. Yeterince yüksek bir kazanç seçersek, o zaman daha düşük bir akım değeri için, OP-AMP doyma bölgesine gidecek ve herhangi bir akım değerinin ötesinde sadece 5 volt verecektir. Bu nedenle, amplifikatör kazancının değerini uygun şekilde seçtiğinizden emin olun. Bu devreyi denemek için ayrıca bir prototipleme PCB'sine veya devre tahtasına ihtiyacınız olacaktır. Mikro denetleyici için, girişi amplifikatör çıkışından almak için Arduino UNO kullanıyorum. İstediğiniz eşdeğer Arduino kartını seçebilirsiniz.

Adım 2: Kendi Şönt Direncinizi Yapmak

Projenin ana kalbi, küçük voltaj düşüşünü sağlamak için kullanılan şönt direncidir. Bu şantı çok fazla güçlük çekmeden kolayca yapabilirsiniz. Kalın bir katı çelik teliniz varsa, o telden makul bir uzunlukta kesebilir ve şant olarak kullanabilirsiniz. Bunun bir başka alternatifi de burada gösterildiği gibi eski veya hasarlı multimetrelerden şönt dirençleri kurtarmaktır. Ölçmek istediğiniz akım aralığı büyük ölçüde şönt direncinin değerine bağlıdır. Tipik olarak şantları 8 ila 10 miliohm mertebesinde kullanabilirsiniz.

Adım 3: Projenin Devre Şeması

Burada tüm teori ve gerekli kazancı sağlayan OP-AMP'nin evirilmeyen konfigürasyonunun uygulamasını gösteren akım sensörü modülünün devre şeması bulunmaktadır. Ayrıca, çıkış voltajını yumuşatmak ve meydana gelebilecek herhangi bir yüksek frekanslı gürültüyü azaltmak için OP-AMP'nin çıkışına 0.1 uF'lik bir kapasitör ekledim.

Adım 4: Hepsini Bir Araya Getirmek…

Şimdi nihayet mevcut sensör modülünü bu bileşenlerden çıkarma zamanı. Bunun için küçük bir veroboard parçası kestim ve bileşenlerimi, herhangi bir atlama teli veya konektör kullanmaktan kaçınabileceğim ve tüm devrenin doğrudan lehim bağlantıları kullanılarak bağlanabileceği şekilde düzenledim. Yükün şönt üzerinden bağlantısı için, bağlantıları çok daha düzgün ve aynı zamanda akımı ölçmek istediğim farklı yükleri değiştirmeyi/değiştirmeyi çok daha kolay hale getiren vidalı terminaller kullandım. Büyük akımları kaldırabilecek kaliteli vidalı terminalleri seçtiğinizden emin olun. Lehimleme işleminin bazı resimlerini ekledim ve gördüğünüz gibi lehim izleri herhangi bir jumper veya kablo konektörü kullanmadan oldukça iyi çıktı. Bu, modülümü daha da dayanıklı hale getirdi. Size bu modülün ne kadar küçük olduğuna dair bir bakış açısı vermek için onu bir Hint 2 rupi madeni parasıyla birlikte tuttum ve boyutu neredeyse karşılaştırılabilir. Bu küçük boyut, bu modülü projelerinize kolayca sığdırabilmenizi sağlar. SMD bileşenleri kullanabiliyorsanız, boyut küçültülebilir.

Adım 5: Sensörü Doğru Okumalar Verecek Şekilde Kalibre Etme

Tüm modülün inşasından sonra, burada, akımın doğru değerini ölçmek için gerekli kodu kalibre etmek veya daha doğrusu bulmak için biraz zor bir kısım geliyor. Şimdi esasen, Arduino analogRead() işlevinin kaydetmesi için yeterince yüksek, yükseltilmiş bir voltaj vermek için şantın voltaj düşüşünü çarpıyoruz. Şimdi direnç sabit olduğundan, çıkış voltajı şöntten geçen akımın büyüklüğüne göre doğrusaldır. Bu modülü kalibre etmenin kolay yolu, belirli bir devreden geçen akımın değerini hesaplamak için gerçek bir multimetre kullanmaktır. Arduino ve seri monitör işlevini kullanarak bu akımın değerini not edin, gelen analog değerin ne olduğunu görün (0 ile 1023 arasında değişir. Daha iyi değerler elde etmek için değişkeni kayan veri türü olarak kullanın). Şimdi istediğimiz akım değerini elde etmek için bu analog değeri bir sabitle çarpabiliriz ve voltaj ile akım arasındaki ilişki lineer olduğundan, bu sabit tüm akım aralığı için hemen hemen aynı olacaktır, ancak bazı küçük şeyler yapmanız gerekebilir. sonra ayarlamalar. Sabit değerinizi elde etmek için bilinen 4-5 akım değeri ile deneyebilirsiniz. Bu gösteri için kullandığım koddan bahsedeceğim.

6. Adım: Nihai Sonuçlar

Bu akım sensörü, DC destekli uygulamaların çoğunda oldukça iyi çalışır ve doğru kalibre edilirse 70 mA'dan daha az bir hataya sahiptir. Bu tasarımın bazı sınırlamaları olsa da, çok düşük veya çok yüksek akımlarda, gerçek değerden sapma önemli hale gelir. Bu nedenle, sınır durumları için kodda bazı değişiklikler gereklidir. Bir alternatif, çok küçük voltajları yükseltmek için hassas devrelere sahip olan ve devrenin yüksek tarafında da kullanılabilen bir Enstrümantasyon amplifikatörü kullanmaktır. Ayrıca devre, daha iyi, düşük gürültülü bir OP-AMP kullanılarak geliştirilebilir. Uygulamam için iyi çalışıyor ve tekrarlanabilir çıktılar veriyor. Bu şönt akım ölçüm sistemini kullanacağım bir wattmetre yapmayı planlıyorum. Umarım bu yapıyı beğenmişsinizdir.