Senzor de curent DIY pentru Arduino: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Bună ziua, sper că te descurci bine și în acest tutorial îți voi arăta cum am făcut un senzor de curent pentru Arduino folosind câteva componente electronice foarte elementare și un șunt de casă. Acest șunt poate gestiona cu ușurință magnitudine mare de curent, în jur de 10-15 amperi. Precizia este, de asemenea, destul de bună și am putut obține rezultate foarte decente măsurând în același timp curenți mici în jur de 100mA.

Provizii

1. Arduino Uno sau echivalent și fir de programare
2. OP- Amp LM358
3. Sârme de jumper
4. Rezistor de 100 KOhm
5. Rezistor de 220 KOhm
6. Rezistor de 10 Kohm
7. Placă Veroboard sau Zero PCB
8. Shunt (8-10 miliohmi)

Pasul 1: Adunarea pieselor necesare

Principalele părți de care aveți nevoie pentru această construcție sunt un Shunt împreună cu amplificatorul operațional IC. Pentru aplicația mea folosesc IC LM358, care este un IC DIP dual cu 8 pini OP-AMP, din care folosesc doar unul dintre amplificatoarele operaționale. De asemenea, veți avea nevoie de rezistențe pentru circuitul amplificatorului fără inversare. Am ales 320K și 10K ca rezistență. Alegerea rezistenței dvs. depinde complet de câștigul pe care doriți să îl obțineți. Acum, OP-AMP este alimentat de 5 volți ai Arduino. Deci, trebuie să ne asigurăm că tensiunea de ieșire de la OP-AMP atunci când curentul complet trece prin șunt trebuie să fie mai mică de 5 volți, de preferință 4 volți pentru a păstra o marjă de eroare. Dacă alegem un câștig care este suficient de mare atunci pentru o valoare a curentului mai mică, OP-AMP va intra în regiunea de saturație și va da doar 5 volți peste orice valoare de curent. Deci, asigurați-vă că alegeți valoarea câștigului amplificatorului în mod corespunzător. De asemenea, ați avea nevoie de un PCB de tip prototip sau o placă pentru a încerca acest circuit. Pentru microcontroler folosesc Arduino UNO pentru a obține intrarea de la ieșirea amplificatorului. Puteți alege orice placă Arduino echivalentă doriți.

Pasul 2: Realizarea propriului rezistor de șunt

Inima principală a proiectului este rezistența de șunt utilizată pentru a furniza o mică cădere de tensiune. Puteți face cu ușurință acest șunt fără probleme. Dacă aveți o sârmă groasă de oțel solidă, puteți tăia o lungime rezonabilă a sârmei respective și o puteți folosi ca șunt. O altă alternativă la aceasta este de a salva rezistențele de șunt de la multi-metri vechi sau deteriorați, așa cum se arată aici. Gama curentă pe care doriți să o măsurați depinde în mare măsură de valoarea rezistenței de șunt. De obicei, puteți utiliza șunturi în ordinea a 8-10 miliohmi.

Pasul 3: Diagrama circuitului proiectului

Iată întreaga teorie ca o vară și, de asemenea, schema de circuit a modulului senzorului curent, care arată implementarea configurației fără inversare a OP-AMP, oferind câștigul necesar. De asemenea, am atașat un condensator 0.1uF la ieșirea OP-AMP pentru a netezi tensiunea de ieșire și pentru a reduce zgomotul de înaltă frecvență, dacă poate apărea.

Pasul 4: Aducând totul împreună …

Acum este în sfârșit timpul să scoată modulul senzorului curent din aceste componente. Pentru aceasta am decupat o bucată mică de veroboard și mi-am aranjat componentele în așa fel încât să pot evita orice cabluri sau conectori jumper și întregul circuit ar putea fi conectat folosind îmbinări directe de lipit. Pentru conectarea sarcinii prin șunt, am folosit terminale cu șurub, ceea ce face conexiunile mult mai îngrijite și, în același timp, face mult mai ușor comutarea / înlocuirea diferitelor sarcini pentru care vreau să măsoară curentul. Asigurați-vă că selectați bornele cu șurub de bună calitate, care sunt capabile să manipuleze curenți mari. Am atașat câteva imagini ale procesului de lipire și, după cum puteți vedea, urmele de lipire au ieșit destul de bine fără a utiliza niciun jumper sau conector de sârmă. Acest lucru a făcut modulul meu și mai durabil. Pentru a vă oferi o perspectivă despre cât de mic este acest modul, l-am păstrat împreună cu o monedă indiană de 2 rupii, iar dimensiunea este aproape comparabilă. Această dimensiune mică vă permite să încadrați cu ușurință acest modul în proiectele dvs. Dacă puteți utiliza componente SMD, dimensiunea poate fi chiar redusă.

Pasul 5: Calibrarea senzorului pentru a da citiri corecte

După construcția întregului modul, aici vine o ușoară parte dificilă, calibrând sau mai degrabă venind cu codul necesar pentru a măsura valoarea corectă a curentului. Acum, în esență, înmulțim căderea de tensiune a șuntului pentru a ne oferi o tensiune amplificată, suficient de mare pentru ca funcția Arduino analogRead () să se înregistreze. Acum rezistența fiind constantă, tensiunea de ieșire este liniară în raport cu magnitudinea curentului care trece prin șunt. Modul ușor de calibrare a acestui modul este de a utiliza un multimetru real pentru a calcula valoarea curentului care trece printr-un anumit circuit. variind de la 0 la 1023. Utilizați variabila ca tip de date flotant pentru a obține valori mai bune). Acum putem înmulți această valoare analogică cu o constantă pentru a obține valoarea dorită a curentului și întrucât relația dintre tensiune și curent este liniară, această constantă va fi aproape aceeași pentru întreaga gamă de curent, deși este posibil să trebuiască să faceți ceva minor ajustări ulterior. Puteți încerca cu 4-5 valori curente cunoscute pentru a obține valoarea constantă. Voi menționa codul pe care l-am folosit pentru această demonstrație.

Pasul 6: Concluzii finale

Acest senzor de curent funcționează destul de bine în majoritatea aplicațiilor alimentate cu curent continuu și are o eroare mai mică de 70 mA dacă este calibrat corect. De câte ori există unele limitări ale acestui design, la curenți foarte mici sau foarte mari, deviația de la valoarea reală devine semnificativă. Deci, este necesară o modificare a codului pentru cazurile limită. O alternativă este utilizarea unui amplificator de instrumentație, care are circuite precise pentru a amplifica tensiuni foarte mici și poate fi utilizat și în partea înaltă a circuitului. De asemenea, circuitul poate fi îmbunătățit prin utilizarea unui OP-AMP mai bun, cu zgomot redus. Pentru aplicația mea funcționează bine și oferă o ieșire repetabilă. Plănuiesc să fac un wattmetru, unde aș folosi acest sistem de măsurare a curentului de șunt. Sper să vă fi plăcut această construcție.