Arduino Dual Channel Voltage Sensor Module: 8 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

สองสามปีแล้วที่ฉันเขียนหนังสือสอนได้ ฉันคิดว่าถึงเวลาที่จะกลับมา ฉันต้องการสร้างเซ็นเซอร์วัดแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้สามารถเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะได้ ฉันมีตัวจ่ายไฟแบบแปรผันได้สองแชนเนล แต่ไม่มีจอแสดงผล ดังนั้นฉันจึงต้องใช้โวลต์มิเตอร์เพื่อตั้งค่าแรงดันไฟฟ้า ฉันไม่ใช่วิศวกรไฟฟ้าหรือโปรแกรมเมอร์ ฉันทำสิ่งนี้เป็นงานอดิเรก ต้องบอกว่าฉันจะอธิบายสิ่งที่เราจะสร้างที่นี่และอาจไม่ใช่การออกแบบที่ดีที่สุดหรือการเขียนโค้ดที่ดีที่สุด แต่ฉันจะทำให้ดีที่สุด

ขั้นตอนที่ 1: เกี่ยวกับโครงการ

ประการแรก นี่เป็นเพียงการออกแบบเบื้องต้นของบางสิ่งที่มีเสถียรภาพและเชื่อถือได้มากกว่า ส่วนประกอบบางอย่างจะไม่สิ้นสุดในการออกแบบขั้นสุดท้าย ส่วนประกอบส่วนใหญ่ได้รับการคัดเลือกเพียงเพราะความพร้อมใช้งาน (ฉันมีมันในบ้านของฉัน) และไม่ใช่เพราะความน่าเชื่อถือ การออกแบบนี้ใช้สำหรับแหล่งจ่ายไฟ 15V แต่คุณสามารถเปลี่ยนส่วนประกอบแบบพาสซีฟบางส่วนได้ และสามารถทำงานได้กับแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าใดๆ เซ็นเซอร์ปัจจุบันมีอยู่ใน 5A, 20A และ 30A คุณสามารถเลือกแอมแปร์และแก้ไขรหัสได้ เช่นเดียวกับเซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้าที่คุณสามารถเปลี่ยนค่าของตัวต้านทานและรหัสเพื่อวัดแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นได้

PCB ไม่มีค่าที่ตั้งไว้เนื่องจากคุณสามารถเปลี่ยนส่วนประกอบแบบพาสซีฟเพื่อให้ตรงกับความต้องการของพาวเวอร์ซัพพลายของคุณได้ ได้รับการออกแบบเพื่อเพิ่มแหล่งจ่ายไฟ

ขั้นตอนที่ 2: เซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้า

เราจะเริ่มต้นด้วยเซ็นเซอร์แรงดันและเซ็นเซอร์ปัจจุบัน ฉันใช้ Arduino Mega เพื่อทดสอบวงจรและโค้ด ดังนั้นผู้เริ่มต้นบางคนเช่นฉันจึงสามารถสร้างและทดสอบตัวเองได้ทันที แทนที่จะต้องสร้างโมดูลทั้งหมดบนเขียงหั่นขนม

เราสามารถวัดได้เพียง 0-5 โวลต์โดยใช้อินพุตแบบอะนาล็อกของ Arduino เพื่อให้เราสามารถวัดได้มากถึง 15 โวลต์ เราจำเป็นต้องสร้างตัวแบ่งแรงดัน ตัวแบ่งแรงดันนั้นง่ายมาก และสามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้ตัวต้านทานเพียง 2 ตัวในกรณีนี้ เราใช้ 30k และ 7.5k ที่จะให้เรา อัตราส่วน 5:1 จึงสามารถวัดค่าได้ 0-25 โวลต์

รายการชิ้นส่วนสำหรับเซ็นเซอร์แรงดัน

ตัวต้านทาน R1, R3 30k

ตัวต้านทาน R2, R4 7.5k

ขั้นตอนที่ 3: เซ็นเซอร์ปัจจุบัน

สำหรับเซ็นเซอร์ปัจจุบัน ฉันจะใช้ ACS712 ที่ผลิตโดย Allegro สิ่งแรกที่ฉันต้องพูดถึงคือ ฉันรู้ว่าเซ็นเซอร์นี้ไม่แม่นยำนัก แต่นั่นคือสิ่งที่ฉันมีเมื่อออกแบบโมดูลนี้ ACS712 มีเฉพาะในแพ็คเกจยึดพื้นผิวและเป็นหนึ่งในส่วนประกอบ SMD เพียงไม่กี่ตัวที่ใช้ในโมดูลนี้

รายการชิ้นส่วนเซ็นเซอร์ปัจจุบัน

IC2, IC3 ASC712ELC-05A

C1, C3 1nF ตัวเก็บประจุ

C2, C4 0.1uF ตัวเก็บประจุ

ขั้นตอนที่ 4: เซ็นเซอร์อุณหภูมิและพัดลม

ฉันตัดสินใจเพิ่มการควบคุมอุณหภูมิลงในโมดูลเนื่องจากแหล่งจ่ายไฟส่วนใหญ่สร้างความร้อนได้ดี และเราต้องการระบบป้องกันความร้อนสูงเกินไป สำหรับเซ็นเซอร์อุณหภูมิ ฉันใช้ HDT11 และสำหรับการควบคุมพัดลม เราจะใช้ 2N7000 N-Channel MOSFET เพื่อขับเคลื่อนพัดลม CPU 5V วงจรค่อนข้างง่าย เราต้องใช้แรงดันไฟฟ้ากับเดรนของทรานซิสเตอร์ และเราใช้แรงดันบวกกับเกต ในกรณีนี้ เรากำลังใช้เอาต์พุตดิจิทัลของ Arduino เพื่อให้แรงดันนั้นและทรานซิสเตอร์จะเปิดขึ้นเพื่อให้พัดลมทำงาน มีพลัง

รหัสนั้นง่ายมาก เราจะอ่านอุณหภูมิจากเซ็นเซอร์ DHT11 หากอุณหภูมิสูงกว่าค่าที่เราตั้งไว้ มันจะตั้งค่าพินเอาต์พุต HIGH และพัดลมจะเปิดขึ้น เมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่าอุณหภูมิที่ตั้งไว้ พัดลมจะปิด ฉันสร้างวงจรบนเขียงหั่นขนมของฉันเพื่อทดสอบรหัสของฉัน ฉันถ่ายภาพอย่างรวดเร็วด้วยเซลล์ของฉัน ไม่ค่อยดีนัก ขออภัย แต่แผนผังเข้าใจง่าย

รายการเซ็นเซอร์อุณหภูมิและพัดลม

J2 DHT11 เซ็นเซอร์อุณหภูมิ

ตัวต้านทาน R8 10K

พัดลม J1 5V

Q1 2N7000 MOSFET

D1 1N4004 ไดโอด

ตัวต้านทาน R6 10K

ตัวต้านทาน R7 47K

ขั้นตอนที่ 5: วงจรไฟฟ้า

โมดูลทำงานบน 5V ดังนั้นเราจึงต้องการแหล่งพลังงานที่เสถียร ฉันใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า L7805 เพื่อให้การจ่ายไฟ 5V คงที่ ไม่ต้องพูดอะไรมากเกี่ยวกับวงจรนี้

รายการชิ้นส่วนวงจรไฟฟ้า

1 L7805 ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

C8 0.33uF ตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุ C9 0.1uF

ขั้นตอนที่ 6: LCD & เอาต์พุตแบบอนุกรม

ฉันออกแบบโมดูลเพื่อใช้กับ LCD เป็นหลัก แต่แล้วจึงตัดสินใจเพิ่มเอาต์พุตแบบอนุกรมเพื่อจุดประสงค์ในการดีบัก ฉันจะไม่ลงรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีตั้งค่า I2C LCD เพราะฉันได้กล่าวถึงใน I2C LCD ที่สอนได้ก่อนหน้านี้ วิธีง่ายๆ ที่ฉันเพิ่ม LEDS ลงในเส้น Tx & Rx เพื่อแสดงกิจกรรม ฉันใช้อะแดปเตอร์ usb เป็นซีเรียลที่ฉันเชื่อมต่อกับโมดูล จากนั้นฉันเปิดจอภาพอนุกรมใน Arduino IDE และฉันเห็นค่าทั้งหมด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าทุกอย่างทำงานตามที่ควรจะเป็น

LCD & Serial Out รายการอะไหล่

I2C 16x2 I2C LCD (ตัวเลือก 20x4)

LED7, LED8 0603 SMD LED

R12, R21 1K R0603 ตัวต้านทาน SMD

ขั้นตอนที่ 7: การเขียนโปรแกรม ISP & ATMega328P

อย่างที่ฉันพูดถึงในตอนต้น โมดูลนี้คือการออกแบบเพื่อสร้างการกำหนดค่าที่แตกต่างกัน เราจำเป็นต้องเพิ่มวิธีการตั้งโปรแกรม ATMega328 และอัปโหลดภาพร่างของเรา มีหลายวิธีในการเขียนโปรแกรมโมดูล หนึ่งในนั้นคือการใช้ Arduino เป็นโปรแกรมเมอร์ ISP เช่นเดียวกับใน ATMega คำสั่ง Bootloading ก่อนหน้าของฉันที่มี Arduino mega

หมายเหตุ:

- คุณไม่จำเป็นต้องมี Capacitor เพื่อโหลด ISP Sketch บน Arduino คุณจำเป็นต้องใช้มันเพื่อเบิร์น bootloader และอัพโหลด voltage_sensor Sketch

- ใน Arduino IDE เวอร์ชันใหม่กว่า คุณต้องเชื่อมต่อพิน 10 กับพิน 1 RESET ของ ATMega328

รายการชิ้นส่วนวงจร ISP & ATMega328P

U1 ATMega328P

XTAL1 16MHz HC-49S คริสตัล

ตัวเก็บประจุ C5, C6 22pf

ISP1 6 หัวเข็ม

ตัวต้านทาน R5 10K

รีเซ็ต 3x4x2 Tact SMD Switch

ขั้นตอนที่ 8: บันทึกย่อ & ไฟล์

นี่เป็นเพียงวิธีสำหรับฉันที่จะนำแนวคิดบางอย่างมาไว้ในอุปกรณ์ที่ใช้งานได้ ดังที่ฉันได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้เป็นเพียงส่วนเสริมเล็กน้อยสำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะแบบ Dual Channel ของฉัน ฉันได้รวมทุกสิ่งที่คุณต้องการเพื่อสร้างโมดูลของคุณเอง ไฟล์ Eagle CAD และแผนผังทั้งหมด ฉันได้รวมร่าง Arduino ไว้ด้วย มันง่ายมาก และฉันพยายามทำให้ง่ายต่อการเข้าใจและแก้ไข หากคุณมีคำถามใด ๆ อย่าลังเลที่จะถาม ฉันจะพยายามตอบ นี่เป็นโครงการที่เปิดกว้าง ยินดีต้อนรับข้อเสนอแนะ ฉันพยายามใส่ข้อมูลให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ แต่ฉันพบว่ามีการแข่งขัน Arduino ล่าช้าและต้องการส่งข้อมูลนี้ ฉันจะเขียนส่วนที่เหลือเร็ว ๆ นี้ฉันได้ลบส่วนประกอบ SMD (ตัวต้านทานและ LED) และแทนที่ด้วยส่วนประกอบ TH ส่วนประกอบ SMD เดียวคือเซ็นเซอร์ปัจจุบันเพราะมันมีเฉพาะในแพ็คเกจ SOIC ไฟล์ ZIP มี ไฟล์ที่มีองค์ประกอบ TH