![Mjerenje frekvencije i napona napajanja pomoću Arduina: 6 koraka Mjerenje frekvencije i napona napajanja pomoću Arduina: 6 koraka](https://i.howwhatproduce.com/images/002/image-4357-21-j.webp)
Sadržaj:
2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37
![Mjerenje frekvencije i napona napajanja pomoću Arduina Mjerenje frekvencije i napona napajanja pomoću Arduina](https://i.howwhatproduce.com/images/002/image-4357-22-j.webp)
Uvod:
Cilj ovog projekta je mjerenje frekvencije napajanja i napona, koji je između 220 do 240 volti i 50Hz ovdje u Indiji. Koristio sam Arduino za hvatanje signala i izračunavanje frekvencije i napona, možete koristiti bilo koji drugi mikrokontroler ili ploču koju imate. Krug zahtijeva pregršt komponenti i prilično je precizan za sve praktične svrhe.
Korak 1: Potrebne komponente
- Arduino Uno
- IC LM358
- Opasni transformator (220V do 12V)
-
Kondenzatori:
- 0.1uF
- 2 x 1 uF
-
Otpornici:
- 3 x 1 kOhm
- 2 x 100 kOhm
- 1.5kOhm
- 3.3kOhm
- 6.8kOhm
- 3 x 1N4148 dioda
- Daska za kruh i žica za prespajanje (opcionalno)
Korak 2: Šematski dijagram
![Shematski dijagram Shematski dijagram](https://i.howwhatproduce.com/images/002/image-4357-23-j.webp)
![Shematski dijagram Shematski dijagram](https://i.howwhatproduce.com/images/002/image-4357-24-j.webp)
U gore navedenom krugu, primarni transformator spojen je na napajanje, a primarni je spojen na naš mjerni krug
Korak 3: Razumevanje kola
![Razumevanje kola Razumevanje kola](https://i.howwhatproduce.com/images/002/image-4357-25-j.webp)
![Razumevanje kola Razumevanje kola](https://i.howwhatproduce.com/images/002/image-4357-26-j.webp)
![Razumevanje kola Razumevanje kola](https://i.howwhatproduce.com/images/002/image-4357-27-j.webp)
Prema funkcionalnosti, ovo kolo se može podijeliti na četiri dijela:
O: Krug detektora nultog prelaska
Ovo kolo generira kvadratni impuls od 5 V kad god sinusni val pređe s pozitivnog na negativno. Otpornik R1 u kombinaciji s D1 i D2 ograničava zamah ulaznog napona na spoju dioda na -0,6V do +5,6V (pretpostavljajući da je napon diode naprijed 0,6V). Nadalje, možete povećati raspon ulaznog napona kruga povećanjem vrijednosti R1.
Otpornici R2 i R3 tvore razdjelnik napona kako bi ograničili zamah negativnog napona na -0,24 V, jer je ulazni zajednički mod LM358 ograničen na -0,3 V.
Otpornik R4, R5, kondenzator C1 i op-pojačalo (ovdje se koristi kao usporednik) tvore Schmittovo okidačko kolo gdje otpornici R4 i R5 postavljaju histerezu na ulaz +49,5 mV iznad zemlje. Izlaz Schmitt Triggera šalje se na Arduino PIN2 za daljnju obradu.
B: Izolacija i napon korak dolje
Kao što naziv govori, ovaj dio izolira i smanjuje napon na približno 12Vrms. Sniženi napon se dalje dovodi u krug instrumentacije.
C: Krug detektora vršnih vrijednosti
Ovo kolo određuje maksimalni vršni napon ulaznog signala. Otpornički razdjelnici R6 i R7 smanjuju ulazni napon za faktor 0,23 (12Vrms se smanjuje na 2.76Vrms). Dioda D3 provodi samo pozitivni poluciklus signala. Napon na C2 raste do vršne vrijednosti ispravljenog signala, koji se dovodi na Arduino analogni pin A0 radi daljnjeg izračunavanja napona.
Osim toga, ovaj krug možete zamijeniti preciznim krugom detektora vrha, poput ovih koji su ovdje spomenuti. Ali za moje demonstracijske svrhe, gornji krug će biti dovoljan.
D: Arduino
U ovom dijelu Arduino hvata kvadratne impulse koje generira Schmitt Trigger kolo i očitava analogni napon iz kruga detektora vrha. Podaci se dalje obrađuju kako bi se odredio vremenski period (dakle frekvencija) kvadratnog impulsa (koji je jednak vremenu napajanja izmjeničnom strujom) i napon napajanja.
Korak 4: Proračun frekvencije i napona
Izračun frekvencije:
Uz pomoć Arduina možemo izmjeriti vremenski period T signala. Pulsi kvadratnog vala iz detektora prelaska nule dovode se na pin 2, odatle možemo mjeriti vremenski period svakog impulsa. Možemo koristiti Arduino interni mjerač vremena (posebno Timer1) za izračunavanje vremenskog perioda između dva rastuća ruba kvadratnog impulsa uz pomoć prekida. Tajmer se povećava za 1 po ciklusu takta (bez predmjerača = 1), a vrijednost se pohranjuje u registar TCNT1. Stoga sat od 16 Mhz povećava brojač za 16 svake mikrosekunde. Slično za predskaler = 8, mjerač se povećava za 2 svake mikrosekunde. Otuda i vremenski period između dva rastuća ruba
T = (vrijednost TCNT1) / vrijeme potrebno za svako brojanje
Gdje, vrijeme potrebno za svaki broj = predskaler / (Arduino takt (16MHz)
Dakle, frekvencija f = 1 / T = (Arduino taktna brzina (16MHz) / (Prescaler * TCNT! Vrijednost)
Otuda je brzina tajmera (Hz) dana = (Arduino taktna brzina (16MHz)) / predmjer
a frekvencija signala je data sa = (Arduino brzina takta
Shodno tome, možemo izračunati frekvenciju f iz relacije f = 1/T.
Proračun napona:
Ugrađeni ADC Arduina ima rezoluciju od 10 bita (moguće vrijednosti = 2^10 = 1024), vraćajući vrijednosti u rasponu od 0-1023. Za izračun odgovarajućeg analognog napona V moramo koristiti sljedeću relaciju
V = (čitanje ADC -a) * 5/1023
Za izračun napona napajanja Vs (rms) moramo uzeti u obzir omjer transformatora, otpornički razdjelnik R6R7 i krug detektora vrha. Možemo jednostavno sastaviti različite faktore/omjere kao:
Omjer transformatora = 12/230 = 0,052
Razdjelnik otpornika = R7/(R6 + R7) = 0,23
Na vrhu kruga detektora = 1.414
Vs (rms) = V/(1.414*0.052*0.23) = (čitanje ADC -a)*0.289
Treba napomenuti da je ova vrijednost daleko od stvarne vrijednosti, uglavnom zbog greške u stvarnom omjeru transformatora i pada napona diode naprijed. Jedan od načina da se to zaobiđe je utvrđivanje faktora nakon sastavljanja kola. To je tako što ćete multimetrom zasebno izmjeriti napon napajanja i napon na kondenzatoru C2, a zatim izračunati Vs (rms) na sljedeći način:
Vs (rms) = ((Napon napajanja *5)/(Napon na C2 *1023)) *(Očitavanje ADC -a)
u mom slučaju, Vs (rms) = 0,33*(čitanje ADC -a)
Korak 5: Arduino kod
#define volt_in A0 // pin za čitanje analognog napona
volatile uint16_t t_period; uint16_t ADC_value = 0; plovak volt, frekv. void isr () {t_period = TCNT1; // sprema vrijednost TCNT1 u t_period TCNT1 = 0; // resetiranje Timer1 ADC_value = analogRead (volt_in); // očitavanje analognog napona} float get_freq () {uint16_t timer = t_period; if (timer == 0) vraća 0; // kako bi se izbjeglo dijeljenje s nulom else return 16000000.0/(8UL*timer); // frekvencija je dana sa f = clk_freq/(prescaler*timeperiod)} void setup () {TCCR1A = 0; TCCR1B = bit (CS11); // podesite predkaler na 8 TCNT1 = 0; // resetiranje vrijednosti Timer1 TIMSK1 = bit (TOIE1); // omogućujemo prekid preopterećenja Timer1 EIFR | = bit (INTF0); // briše zastavu prekida INT0 Serial.begin (9600); } void loop () {attachInterrupt (0, isr, RISING); // omogućavanje kašnjenja vanjskog prekida (INT0) (1000); detachInterrupt (0); freq = get_freq (); volt = ADC_value*0,33; String buf; buf += string (freq, 3); buf += F ("Hz / t"); buf += niz (volt); buf += F ("Volti"); Serial.println (buf); }
Korak 6: Zaključak
![Zaključak Zaključak](https://i.howwhatproduce.com/images/002/image-4357-28-j.webp)
![Zaključak Zaključak](https://i.howwhatproduce.com/images/002/image-4357-29-j.webp)
Krug možete sastaviti u ploču s opcijama i prilagoditi kôd te dodati SD karticu za spremanje podataka, koji se kasnije mogu analizirati. Jedan takav primjer je da možete analizirati napon i frekvenciju u satima najveće potrošnje.
Krug koji sam sastavio na matičnoj ploči koristio je LM324 (quad opamp) umjesto LM358 (dual opamp) jer u tom trenutku nisam imao taj IC, a zaključavanje u cijeloj zemlji zbog pandemije COVID-19 otežalo mi je nabavku novog IC-a. Ipak, to ne bi utjecalo na rad kola.
Slobodno komentirajte ispod za sve prijedloge i upite.
Preporučuje se:
Mjerenje istosmjernog napona pomoću Arduina: 5 koraka
![Mjerenje istosmjernog napona pomoću Arduina: 5 koraka Mjerenje istosmjernog napona pomoću Arduina: 5 koraka](https://i.howwhatproduce.com/images/006/image-16328-j.webp)
Mjerenje istosmjernog napona pomoću Arduina: U ovom projektu pokazat ću vam kako mjeriti DC napon do 50v pomoću arduina i i prikaz na dijelu OLED ekranskog modula treba arduino UNOoled zaslon 10k ohm otpornik1k ohm otpornički kabel
Krug napajanja promjenjivog napona pomoću IRFZ44N Mosfeta: 5 koraka
![Krug napajanja promjenjivog napona pomoću IRFZ44N Mosfeta: 5 koraka Krug napajanja promjenjivog napona pomoću IRFZ44N Mosfeta: 5 koraka](https://i.howwhatproduce.com/images/003/image-6849-j.webp)
Krug napajanja promjenjivim naponom pomoću IRFZ44N Mosfet: Zdravo prijatelju, Danas ću napraviti napajanje promjenjivog napona koristeći mosfet IRFZ44N. U različitim krugovima za rad kola potrebni su različiti naponi. Tako da pomoću ovog kola možemo dobiti željene napone (do -15V). Počnimo
Regulator napona na ploči s zaslonom / Regulatorom napona Com displejom Za sve potrebne postavke: 8 koraka
![Regulator napona na ploči s zaslonom / Regulatorom napona Com displejom Za sve potrebne postavke: 8 koraka Regulator napona na ploči s zaslonom / Regulatorom napona Com displejom Za sve potrebne postavke: 8 koraka](https://i.howwhatproduce.com/images/003/image-6891-j.webp)
Regulator napona na ploči s zaslonom / Regulator napona Com zaslon Para Placa De Ensaio: Nabavite potrebne komponente koje se nalaze na priloženoj listi (postoje veze za kupnju ili pregled njihovih karakteristika). Ovo su linkovi koji paralelno uspoređuju karakteristike kao karakteristike
Mjerenje napona pomoću Arduina: 5 koraka
![Mjerenje napona pomoću Arduina: 5 koraka Mjerenje napona pomoću Arduina: 5 koraka](https://i.howwhatproduce.com/images/003/image-6173-20-j.webp)
Mjerenje napona pomoću Arduina: Mjerenje napona prilično je jednostavno pomoću bilo kojeg mikrokontrolera u usporedbi s mjerenjem struje. Mjerenje napona postaje neophodno ako radite s baterijama ili želite napraviti vlastito podesivo napajanje. Iako se ova metoda primjenjuje
Promjena izlaznog napona jeftinog izvora napajanja: 3 koraka
![Promjena izlaznog napona jeftinog izvora napajanja: 3 koraka Promjena izlaznog napona jeftinog izvora napajanja: 3 koraka](https://i.howwhatproduce.com/images/003/image-7437-31-j.webp)
Promjena izlaznog napona jeftinog izvora napajanja: Ovo uputstvo pokazuje kako promijeniti dijelove unutar malog izvora napajanja kako biste promijenili izlazni napon prema vašim potrebama. Za DIY projekt trebao mi je stabilizirani napon od točno 7V dc i oko 100 mA. Gledajući svoju kolekciju dijelova, pronašao sam