โมดูลการวัดกำลังไฟฟ้า DIY สำหรับ Arduino: 9 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

สวัสดีทุกคน ฉันหวังว่าคุณจะทำได้ดีมาก! ในคำแนะนำนี้ฉันจะแสดงให้คุณเห็นว่าฉันสร้างโมดูล Power meter / Wattmeter สำหรับใช้กับบอร์ด Arduino ได้อย่างไร เครื่องวัดพลังงานนี้สามารถคำนวณพลังงานที่ใช้โดยและ DC Load นอกจากกำลังไฟฟ้าแล้ว โมดูลนี้ยังช่วยให้เราอ่านค่าแรงดันและกระแสได้อย่างแม่นยำอีกด้วย สามารถวัดแรงดันไฟฟ้าต่ำ (ประมาณ 2V) และกระแสไฟต่ำได้อย่างง่ายดายเพียง 50 mA โดยมีข้อผิดพลาดไม่เกิน 20mA ความแม่นยำขึ้นอยู่กับการเลือกส่วนประกอบตามความต้องการของคุณ

เสบียง

• IC LM358 dual OP-AMP
• ฐานไอซี 8 พิน
• ตัวต้านทาน Shunt (8.6 มิลลิโอห์มในกรณีของฉัน)
• ตัวต้านทาน: 100K, 10K, 2.2K, 1K (1/2watt)
• ตัวเก็บประจุ: 3 * 0.1uF ตัวเก็บประจุเซรามิก
• Veroboard หรือกระดานศูนย์
• ขั้วต่อสกรู
• หัวแร้งและหัวแร้ง
• Arduino Uno หรือบอร์ดอื่นๆ ที่เข้ากันได้
• จอแสดงผล OLED
• การต่อสายเบรดบาร์ด

ขั้นตอนที่ 1: รวบรวมส่วนประกอบที่จำเป็น

โปรเจ็กต์นี้ใช้ส่วนประกอบที่ง่ายมากและง่ายต่อการรับ ซึ่งประกอบด้วยตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุเซรามิก แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน และเวโรบอร์ดสำหรับการสร้างต้นแบบ

ทางเลือกและมูลค่าของส่วนประกอบขึ้นอยู่กับประเภทของการใช้งานและช่วงกำลังไฟฟ้าที่คุณต้องการวัด

ขั้นตอนที่ 2: หลักการทำงาน

การทำงานของโมดูลกำลังจะขึ้นอยู่กับสองแนวคิดของทฤษฎีวงจรและไฟฟ้าพื้นฐาน: แนวคิดตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าสำหรับการวัดแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและกฎของโอห์มเพื่อคำนวณกระแสที่ไหลผ่านวงจร เรากำลังใช้ตัวต้านทาน shunt เพื่อสร้างแรงดันตกคร่อมที่น้อยมาก แรงดันตกคร่อมนี้เป็นสัดส่วนกับปริมาณกระแสที่ไหลผ่านตัวแบ่ง แรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กนี้เมื่อขยายโดยแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานสามารถใช้เป็นอินพุตไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ซึ่งสามารถตั้งโปรแกรมเพื่อให้ค่าปัจจุบันแก่เรา แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานใช้เป็นแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านซึ่งเกนจะถูกกำหนดโดยค่าของผลป้อนกลับ ตัวต้านทาน R2 และ R1 การใช้การกำหนดค่าที่ไม่กลับด้านทำให้เรามีกราวด์ร่วมกันเป็นข้อมูลอ้างอิงการวัด สำหรับสิ่งนี้ กระแสจะถูกวัดที่ด้านล่างของวงจร สำหรับแอปพลิเคชันของฉัน ฉันเลือกอัตราขยาย 46 โดยใช้ตัวต้านทาน 100K และ 2.2K เป็นเครือข่ายป้อนกลับ การวัดแรงดันไฟฟ้าทำได้โดยใช้วงจรแบ่งแรงดันซึ่งแบ่งแรงดันไฟฟ้าขาเข้าตามสัดส่วนของเครือข่ายตัวต้านทานที่ใช้

ทั้งค่าปัจจุบันจาก OP-Amp และค่าแรงดันไฟฟ้าจากเครือข่ายตัวแบ่งสามารถป้อนลงในอินพุตแบบอะนาล็อกสองตัวของ Arduino เพื่อให้เราสามารถคำนวณพลังงานที่ใช้โดยโหลด

ขั้นตอนที่ 3: นำชิ้นส่วนต่างๆ มารวมกัน.

ให้เราเริ่มสร้างโมดูลพลังงานของเราโดยกำหนดตำแหน่งของขั้วต่อสกรูสำหรับการเชื่อมต่ออินพุตและเอาต์พุต หลังจากทำเครื่องหมายตำแหน่งที่เหมาะสมแล้ว เราประสานขั้วสกรูและตัวต้านทานแบ่งเข้าที่

ขั้นตอนที่ 4: การเพิ่มชิ้นส่วนสำหรับเครือข่ายการรับรู้แรงดันไฟฟ้า

สำหรับการตรวจจับแรงดันไฟฟ้าอินพุต ฉันใช้เครือข่ายตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า 10K และ 1K ฉันยังเพิ่มตัวเก็บประจุ 0.1 uF ทั่วตัวต้านทาน 1K เพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้าราบรื่นขึ้น เครือข่ายตรวจจับแรงดันไฟฟ้าถูกบัดกรีใกล้กับขั้วอินพุต

ขั้นตอนที่ 5: การเพิ่มชิ้นส่วนสำหรับเครือข่ายความรู้สึกปัจจุบัน

กระแสจะถูกวัดโดยการคำนวณและขยายแรงดันตกคร่อมตัวต้านทาน shunt ด้วยอัตราขยายที่กำหนดไว้ล่วงหน้าที่กำหนดโดยเครือข่ายตัวต้านทาน ใช้โหมดการขยายแบบไม่กลับด้าน ขอแนะนำให้รักษาร่องรอยการบัดกรีให้มีขนาดเล็กเพื่อหลีกเลี่ยงแรงดันไฟฟ้าตกที่ไม่ต้องการ

ขั้นตอนที่ 6: เสร็จสิ้นการเชื่อมต่อที่เหลือและเสร็จสิ้นการสร้าง.

ด้วยเครือข่ายแรงดันและกระแสสัมผัสที่เชื่อมต่อและบัดกรี ถึงเวลาที่จะประสานหมุดส่วนหัวของตัวผู้ และทำการเชื่อมต่อที่จำเป็นของกำลังไฟฟ้าและเอาต์พุตสัญญาณ โมดูลจะใช้พลังงานจากแรงดันไฟฟ้ามาตรฐาน 5 โวลต์ ซึ่งเราสามารถหาได้จากบอร์ด Arduino เอาต์พุตความรู้สึกแรงดันไฟฟ้าสองตัวจะเชื่อมต่อกับอินพุตแบบอะนาล็อกของ Arduino

ขั้นตอนที่ 7: เชื่อมต่อโมดูลกับ Arduino

เมื่อโมดูลเสร็จสมบูรณ์ ในที่สุดก็ถึงเวลาเชื่อมต่อกับ Arduino และเริ่มต้นใช้งาน เพื่อดูค่า ฉันใช้จอแสดงผล OLED ซึ่งใช้โปรโตคอล I2C เพื่อสื่อสารกับ Arduino พารามิเตอร์ที่แสดงบนหน้าจอ ได้แก่ แรงดันไฟ กระแสไฟ และกำลัง

ขั้นตอนที่ 8: รหัสโครงการและแผนภาพวงจร

ฉันได้แนบแผนภาพวงจรและรหัสของโมดูลพลังงานในขั้นตอนนี้ (ก่อนหน้านี้ฉันได้แนบไฟล์.ino และ.txt ที่มีรหัสอยู่ แต่ข้อผิดพลาดของเซิร์ฟเวอร์บางอย่างทำให้ผู้ใช้ไม่สามารถเข้าถึงหรืออ่านรหัสได้ ดังนั้นฉันจึงเขียนทั้งหมด รหัสในขั้นตอนนี้ ฉันรู้ว่านั่นไม่ใช่วิธีที่ดีในการแบ่งปันรหัส:() โปรดแก้ไขรหัสนี้ตามความต้องการของคุณ ฉันหวังว่าโครงการนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับคุณ โปรดแบ่งปันความคิดเห็นของคุณในความคิดเห็น ไชโย!

#รวม

#รวม

#รวม

#รวม

#define OLED_RESET 4 จอแสดงผล Adafruit_SSD1306 (OLED_RESET);

ค่าลอย=0;

กระแสลอย=0;

แรงดันลอย=0;

พลังลอย=0;

การตั้งค่าเป็นโมฆะ () {

โหมดพิน (A0, INPUT);

โหมดพิน (A1, INPUT);

display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); // เริ่มต้นด้วย I2C addr 0x3C (สำหรับ 128x32) display.display();

ล่าช้า (2000);

// ล้างบัฟเฟอร์

display.clearDisplay();

display.setTextSize(1);

display.setCursor(0, 0);

display.setTextColor(สีขาว);

Serial.begin(9600); // เพื่อดูค่าบนจอภาพอนุกรม

}

วงเป็นโมฆะ () {

// หาค่าเฉลี่ยสำหรับการอ่านที่เสถียร

สำหรับ (int i=0;i<20;i++) {

ปัจจุบัน=ปัจจุบัน + analogRead(A0);

แรงดันไฟฟ้า = แรงดัน + อ่านอนาล็อก (A1); }

ปัจจุบัน=(ปัจจุบัน/20); ปัจจุบัน = ปัจจุบัน * 0.0123 * 5.0; // ค่าสอบเทียบ, ที่จะเปลี่ยนตามส่วนประกอบที่ใช้

แรงดันไฟฟ้า = (แรงดันไฟฟ้า/20); แรงดันไฟ = แรงดัน* 0.0508 * 5.0; // ค่าสอบเทียบ, ที่จะเปลี่ยนตามส่วนประกอบที่ใช้

กำลัง = แรงดัน * กระแส;

//พิมพ์ค่าบนจอภาพอนุกรม

Serial.print (แรงดันไฟฟ้า);

Serial.print(" ");

Serial.print (ปัจจุบัน);

Serial.print(" ");

Serial.println(พลังงาน);

// พิมพ์ค่าบนจอแสดงผล OLED

display.setCursor(0, 0);

display.print("แรงดันไฟฟ้า: ");

display.print(แรงดัน);

display.println("วี");

display.setCursor(0, 10);

display.print("ปัจจุบัน: ");

display.print(ปัจจุบัน);

display.println("A");

display.setCursor(0, 20);

display.print("กำลัง: ");

display.print(พลังงาน);

display.println("W");

display.display();

ล่าช้า (500); // อัตราการรีเฟรชที่กำหนดโดยความล่าช้า

display.clearDisplay();

}