DIY tok senzor za Arduino: 6 korakov

2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-23 15:08

Pozdravljeni, upam, da vam gre dobro in v tej vadnici vam bom pokazal, kako sem naredil tokovni senzor za Arduino z uporabo nekaj zelo osnovnih elektronskih komponent in domačega šanta. Ta šant lahko zlahka prenese velike jakosti toka, okoli 10-15 amperov. Natančnost je tudi precej dobra, pri merjenju nizkih tokov okoli 100 mA pa sem lahko dosegel zelo spodobne rezultate.

Zaloge

1. Arduino Uno ali enakovredna in programska žica
2. OP-ojačevalnik LM358
3. Mostične žice
4. 100 KOhm upor
5. 220 KOhm upor
6. 10 Kohm upor
7. Veroboard ali Zero PCB plošča
8. Shunt (8 do 10 miliomov)

1. korak: Zbiranje potrebnih delov

Glavni deli, ki jih potrebujete za to gradnjo, so Shunt skupaj z IC operacijskega ojačevalnika. Za svojo aplikacijo uporabljam IC LM358, ki je dvojni 8-polni DIP IC OP-AMP, od katerega uporabljam samo enega operacijskega ojačevalnika. Potrebovali boste tudi upore za neinvertirajoče ojačevalno vezje. Za upore sem izbral 320K in 10K. Izbira vašega upora je v celoti odvisna od količine dobička, ki ga želite imeti. Zdaj OP-AMP napaja 5-voltni Arduino. Zato moramo zagotoviti, da mora biti izhodna napetost OP-AMP, ko polni tok prehaja skozi šant, manjša od 5 voltov, po možnosti 4 voltov, da se ohrani nekakšna napaka. Če izberemo dobiček, ki je dovolj visok, potem za nižjo vrednost toka, bo OP-AMP prešel v območje nasičenosti in bo dal le 5 voltov preko katere koli trenutne vrednosti. Zato ustrezno izberite vrednost ojačevalnika ojačevalnika. Za preizkus tega vezja boste potrebovali tudi prototipno tiskano vezje ali ploščo. Za mikro krmilnik uporabljam Arduino UNO za pridobivanje vhoda iz izhoda ojačevalnika. Izberete lahko katero koli enakovredno ploščo Arduino, ki jo želite.

2. korak: Izdelajte svoj lastni šant upor

Glavno središče projekta je shunt upor, ki se uporablja za majhen padec napetosti. Ta šant lahko enostavno naredite brez veliko težav. Če imate debelo trdno jekleno žico, lahko ustrezno razrežete to žico in jo uporabite kot shunt. Druga možnost tega je, da shranite uporne upornike iz starih ali poškodovanih več metrov, kot je prikazano tukaj. Trenutni razpon, ki ga želite izmeriti, je v veliki meri odvisen od vrednosti šantov. Običajno lahko uporabite šante velikosti 8 do 10 miliomov.

3. korak: Shema projekta

Tu je celotna teorija kot poletna in tudi shema vezja trenutnega senzorskega modula, ki prikazuje izvedbo neinvertirne konfiguracije OP-AMP, ki zagotavlja potreben dobiček. Na izhod OP-AMP sem priključil tudi 0,1uF kondenzator, da izravnam izhodno napetost in zmanjšam visokofrekvenčni šum, če se pojavi.

4. korak: Združite vse…

Zdaj je končno čas, da sedanji senzorski modul iz teh komponent. Za to sem izrezal majhen kos veroboarda in svoje komponente razporedil tako, da sem se lahko izognil uporabi kakršnih koli mostičnih žic ali konektorjev, celotno vezje pa lahko povežem z neposrednimi spajkalnimi spoji. Za priključitev bremena skozi šant sem uporabil vijačne sponke, zaradi česar so povezave veliko bolj čiste in hkrati olajšajo preklapljanje/zamenjavo različnih obremenitev, pri katerih želim izmeriti tok. Izberite kakovostne vijačne sponke, ki lahko prenesejo velike tokove. Priložil sem nekaj slik postopka spajkanja in kot vidite, so sledi spajkanja precej dobro izšle brez uporabe mostička ali žičnega priključka. Zaradi tega je bil moj modul še bolj trpežen. Da bi vam predstavili, kako majhen je ta modul, sem ga hranil skupaj z indijskim kovancem za 2 rupije in velikost je skoraj primerljiva. Ta majhna velikost vam omogoča, da ta modul enostavno namestite v svoje projekte. Če lahko uporabite komponente SMD, se lahko velikost celo zmanjša.

5. korak: Umerjanje senzorja za pravilne odčitke

Po izdelavi celotnega modula pride rahlo zapleten del, kalibriranje ali bolje rečeno priprava potrebne kode za merjenje pravilne vrednosti toka. Zdaj v bistvu pomnožimo padec napetosti šanta, da dobimo povečano napetost, dovolj visoko, da se lahko registrira funkcija Arduino analogRead (). Zdaj, ko je upor konstanten, je izhodna napetost linearna glede na velikost toka, ki teče skozi šant. Enostaven način za umerjanje tega modula je uporaba dejanskega multimetra za izračun vrednosti toka, ki teče skozi določeno vezje. Zabeležite to vrednost toka z uporabo arduina in funkcije serijskega monitorja, da vidite, kakšna analogna vrednost prihaja (od 0 do 1023. Uporabite spremenljivko kot plavajoči podatkovni tip, da dobite boljše vrednosti). Zdaj lahko pomnožimo to analogno vrednost s konstanto, da dobimo želeno vrednost toka, in ker je razmerje med napetostjo in tokom linearno, bo ta konstanta skoraj enaka za celotno območje toka, čeprav boste morda morali narediti nekaj manjših prilagoditve kasneje. Lahko poskusite s 4-5 znanimi trenutnimi vrednostmi, da dobite konstantno vrednost. Omenil bom kodo, ki sem jo uporabil za to predstavitev.

Korak 6: Končni zaključki

Ta trenutni senzor deluje zelo dobro v večini aplikacij z enosmernim tokom in ima napako manj kot 70 mA, če je pravilno umerjen. Kljub temu, da obstajajo nekatere omejitve te zasnove, pri zelo nizkih ali zelo velikih tokovih postane odstopanje od dejanske vrednosti znatno. Zato je za mejne primere potrebna določena sprememba kode. Druga možnost je uporaba instrumentacijskega ojačevalnika, ki ima natančno vezje za ojačanje zelo majhnih napetosti in se lahko uporablja tudi na visoki strani vezja. Tudi vezje je mogoče izboljšati z uporabo boljšega OP-AMP z nizkim šumom. Za mojo aplikacijo deluje dobro in daje ponovljive rezultate. Načrtujem izdelavo vatmetra, kjer bi uporabljal ta sistem za merjenje toka shunt toka. Upam, da ste uživali v tej zgradbi.