DIY Current Sensor สำหรับ Arduino: 6 ขั้นตอน

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

สวัสดี หวังว่าคุณจะทำได้ดีและในบทช่วยสอนนี้ ฉันจะแสดงให้คุณเห็นว่าฉันสร้างเซ็นเซอร์ปัจจุบันสำหรับ Arduino โดยใช้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ขั้นพื้นฐานและการแบ่งแบบทำเองได้อย่างไร การแบ่งนี้สามารถจัดการกับกระแสขนาดใหญ่ได้อย่างง่ายดายประมาณ 10-15 แอมป์ ความแม่นยำก็ค่อนข้างดีเช่นกัน และฉันก็ได้ผลลัพธ์ที่ดีมากในขณะที่วัดกระแสต่ำที่ประมาณ 100mA

เสบียง

1. Arduino Uno หรือเทียบเท่าและสายการเขียนโปรแกรม
2. OP- แอมป์ LM358
3. สายจัมเปอร์
4. ตัวต้านทาน 100 KOhm
5. ตัวต้านทาน 220 KOhm
6. ตัวต้านทาน 10 โอห์ม
7. บอร์ด Veroboard หรือ Zero PCB
8. ปัด (8 ถึง 10 มิลลิโอห์ม)

ขั้นตอนที่ 1: รวบรวมชิ้นส่วนที่จำเป็น

ส่วนประกอบหลักที่คุณต้องการสำหรับบิลด์นี้คือ Shunt พร้อมกับ IC แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน สำหรับแอปพลิเคชันของฉัน ฉันใช้ IC LM358 ซึ่งเป็น DIP IC แบบคู่ OP-AMP 8 พิน ซึ่งฉันใช้แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานเพียงตัวเดียว คุณจะต้องใช้ตัวต้านทานสำหรับวงจรแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้าน ฉันได้เลือก 320K และ 10K เป็นแนวต้านของฉัน ทางเลือกของความต้านทานของคุณขึ้นอยู่กับปริมาณของเกนที่คุณต้องการทั้งหมด ตอนนี้ OP-AMP กำลังถูกขับเคลื่อนโดย 5 โวลต์ของ Arduino ดังนั้นเราจึงต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันเอาต์พุตจาก OP-AMP เมื่อกระแสเต็มไหลผ่าน shunt ควรน้อยกว่า 5 โวลต์ ควรใช้ 4 โวลต์เพื่อรักษาระยะขอบของข้อผิดพลาด หากเราเลือกเกนที่สูงมากพอสำหรับค่ากระแสที่ต่ำกว่า OP-AMP จะเข้าสู่บริเวณความอิ่มตัวและให้เพียง 5 โวลต์ที่เกินกว่าค่าปัจจุบันใดๆ ดังนั้นต้องแน่ใจว่าได้เลือกค่าเกนของแอมพลิฟายเออร์อย่างเหมาะสม คุณจะต้องใช้ PCB ต้นแบบหรือเขียงหั่นขนมเพื่อลองวงจรนี้ สำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ ฉันใช้ Arduino UNO เพื่อรับอินพุตจากเอาต์พุตแอมพลิฟายเออร์ คุณสามารถเลือกบอร์ด Arduino ที่เทียบเท่าที่คุณต้องการได้

ขั้นตอนที่ 2: สร้างตัวต้านทาน Shunt ของคุณเอง

หัวใจหลักของโครงการคือตัวต้านทาน shunt ที่ใช้เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าตกเล็กน้อย คุณสามารถทำการแบ่งนี้ได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องยุ่งยากมากนัก หากคุณมีลวดเหล็กหนาทึบ คุณสามารถตัดลวดเส้นนั้นตามความยาวที่เหมาะสมและใช้เป็นเส้นแบ่งได้ อีกทางเลือกหนึ่งคือการกอบกู้ตัวต้านทาน shunt จากมัลติมิเตอร์ที่เก่าหรือเสียหายดังที่แสดงไว้ที่นี่ ช่วงปัจจุบันที่คุณต้องการวัดส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับค่าของตัวต้านทาน shunt โดยทั่วไป คุณสามารถใช้การแบ่งตามลำดับ 8 ถึง 10 มิลลิโอห์ม

ขั้นตอนที่ 3: แผนภาพวงจรของโครงการ

นี่คือทฤษฎีทั้งหมดในรูปแบบฤดูร้อนและแผนภาพวงจรของโมดูลเซ็นเซอร์ปัจจุบันซึ่งแสดงการใช้งานการกำหนดค่าแบบไม่กลับด้านของ OP-AMP ที่ให้อัตราขยายที่จำเป็น ฉันยังติดตัวเก็บประจุ 0.1uF ที่เอาต์พุตของ OP-AMP เพื่อทำให้แรงดันเอาต์พุตเรียบขึ้น และลดสัญญาณรบกวนความถี่สูงหากอาจเกิดขึ้น

ขั้นตอนที่ 4: นำทุกอย่างมารวมกัน…

ในที่สุดก็ถึงเวลาที่จะทำให้โมดูลเซ็นเซอร์ปัจจุบันออกจากส่วนประกอบเหล่านี้ สำหรับสิ่งนี้ ฉันตัดเวโรบอร์ดชิ้นเล็กๆ ออกแล้วจัดเรียงส่วนประกอบของฉันในลักษณะที่ฉันสามารถหลีกเลี่ยงการใช้สายจัมเปอร์หรือคอนเนคเตอร์ใดๆ และวงจรทั้งหมดสามารถเชื่อมต่อโดยใช้ข้อต่อประสานโดยตรง สำหรับการเชื่อมต่อของโหลดผ่านตัวแบ่ง ฉันใช้ขั้วต่อแบบสกรู ซึ่งทำให้การเชื่อมต่อเรียบร้อยยิ่งขึ้น และในขณะเดียวกันก็ทำให้เปลี่ยน/เปลี่ยนโหลดต่างๆ ที่ฉันต้องการวัดกระแสได้ง่ายขึ้นมาก ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้เลือกขั้วสกรูที่มีคุณภาพดีซึ่งสามารถรองรับกระแสไฟขนาดใหญ่ได้ ฉันได้แนบรูปภาพบางส่วนของกระบวนการบัดกรีและอย่างที่คุณเห็นร่องรอยการบัดกรีออกมาค่อนข้างดีโดยไม่ต้องใช้จัมเปอร์หรือขั้วต่อสายไฟ ทำให้โมดูลของฉันทนทานยิ่งขึ้น เพื่อให้คุณได้เห็นภาพว่าโมดูลนี้เล็กเพียงใด ฉันจึงเก็บมันไว้พร้อมกับเหรียญรูปีอินเดีย 2 รูปีและขนาดเกือบจะเทียบได้ ขนาดที่เล็กนี้ช่วยให้คุณสามารถปรับโมดูลนี้ในโครงการของคุณได้อย่างง่ายดาย หากคุณสามารถใช้ส่วนประกอบ SMD ได้ ขนาดก็จะลดลงได้

ขั้นตอนที่ 5: การปรับเทียบเซ็นเซอร์เพื่อให้การอ่านถูกต้อง

หลังจากสร้างโมดูลทั้งหมดแล้ว จะมีส่วนที่ยุ่งยากเล็กน้อย การปรับเทียบหรือสร้างโค้ดที่จำเป็นเพื่อวัดค่าที่ถูกต้องของกระแส โดยพื้นฐานแล้ว เรากำลังคูณแรงดันตกคร่อมของ shunt เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่ขยาย ซึ่งสูงพอสำหรับฟังก์ชัน Arduino analogRead() เพื่อลงทะเบียน ตอนนี้ความต้านทานคงที่ แรงดันเอาต์พุตจะเป็นเส้นตรงเมื่อเทียบกับขนาดของกระแสที่ไหลผ่านตัวแบ่ง วิธีง่าย ๆ ในการปรับเทียบโมดูลนี้คือการใช้มัลติมิเตอร์จริงเพื่อคำนวณค่าของกระแสที่ไหลผ่านวงจรที่กำหนด สังเกตค่าของกระแสนี้โดยใช้ Arduino และฟังก์ชันมอนิเตอร์แบบอนุกรม ดูว่าค่าแอนะล็อกที่กำลังมาคืออะไร (ตั้งแต่ 0 ถึง 1023 ใช้ตัวแปรเป็นประเภทข้อมูล float เพื่อรับค่าที่ดีกว่า) ตอนนี้ เราสามารถคูณค่าแอนะล็อกนี้ด้วยค่าคงที่เพื่อให้ได้ค่ากระแสที่ต้องการ และเนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและกระแสเป็นเส้นตรง ค่าคงที่นี้จะเกือบเท่ากันสำหรับช่วงของกระแสทั้งหมด แม้ว่าคุณอาจต้องทำเล็กน้อย การปรับในภายหลัง คุณสามารถลองใช้ค่าปัจจุบันที่ทราบ 4-5 ค่าเพื่อรับค่าคงที่ของคุณ ฉันจะพูดถึงรหัสที่ฉันใช้สำหรับการสาธิตนี้

ขั้นตอนที่ 6: บทสรุปสุดท้าย

เซ็นเซอร์ปัจจุบันนี้ทำงานได้ดีในแอปพลิเคชันที่ใช้พลังงาน DC ส่วนใหญ่ และมีข้อผิดพลาดน้อยกว่า 70 mA หากปรับเทียบอย่างถูกต้อง แม้ว่าจะมีข้อจำกัดบางประการของการออกแบบนี้ ที่กระแสต่ำมากหรือสูงมาก การเบี่ยงเบนจากค่าจริงจะมีนัยสำคัญ ดังนั้นการแก้ไขโค้ดบางอย่างจึงจำเป็นสำหรับกรณีเขตแดน ทางเลือกหนึ่งคือการใช้เครื่องขยายสัญญาณ Instrumentation ซึ่งมีวงจรที่แม่นยำในการขยายแรงดันไฟฟ้าที่มีขนาดเล็กมาก และยังสามารถใช้ที่ด้านสูงของวงจรได้อีกด้วย นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงวงจรได้โดยใช้ OP-AMP ที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ สำหรับการใช้งานของฉันมันทำงานได้ดีและให้ผลลัพธ์ที่ทำซ้ำได้ ฉันกำลังวางแผนที่จะสร้าง wattmeter ซึ่งฉันจะใช้ระบบการวัดกระแสสลับนี้ หวังว่าพวกคุณจะสนุกกับการสร้างนี้