„Uradi sam“senzor struje za Arduino: 6 koraka

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

Pozdrav, nadam se da vam ide dobro, a u ovom ću vam tutorijalu pokazati kako sam napravio senzor struje za Arduino koristeći neke vrlo osnovne elektroničke komponente i domaći šant. Ovaj šant može lako podnijeti veliku jakost struje, oko 10-15 Ampera. Tačnost je takođe prilično dobra i uspeo sam da dobijem vrlo pristojne rezultate pri merenju malih struja oko 100mA.

Supplies

1. Arduino Uno ili ekvivalentna žica za programiranje
2. OP-pojačalo LM358
3. Žice za kratkospojnike
4. 100 KOhm otpornik
5. 220 KOhm otpornik
6. 10 Kohm otpornik
7. Veroboard ili Zero PCB ploča
8. Shunt (8 do 10 miliohms)

Korak 1: Prikupljanje potrebnih dijelova

Glavni dijelovi koji su vam potrebni za ovu izgradnju je Shunt zajedno sa IC operacijskim pojačalom. Za svoju aplikaciju koristim IC LM358 koji je dvostruki OP-AMP 8-pinski DIP IC od kojeg koristim samo jedno operativno pojačalo. Također će vam biti potrebni otpornici za krug neinvertirajućeg pojačala. Za svoje otpore odabrao sam 320K i 10K. Izbor vašeg otpora u potpunosti ovisi o količini dobitka koju želite imati. Sada se OP-AMP napaja sa 5 volti Arduina. Zato moramo biti sigurni da izlazni napon iz OP-AMP-a kada puna struja prolazi kroz šant treba biti manji od 5 volti, po mogućnosti 4 volta kako bi se zadržala neka greška. Ako odaberemo pojačanje koje je dovoljno visoko, tada za nižu vrijednost struje, OP-AMP će ući u područje zasićenja i dat će samo 5 volti iznad bilo koje trenutne vrijednosti. Zato svakako odaberite vrijednost pojačanja pojačala. Za isprobavanje ovog kruga trebat će vam i prototipsko PCB ili matična ploča. Za mikro kontroler koristim Arduino UNO za prikupljanje ulaza s izlaza pojačala. Možete odabrati bilo koju ekvivalentnu Arduino ploču koju želite.

Korak 2: Izradite svoj vlastiti otpornik

Glavno srce projekta je otpornik koji se koristi za mali pad napona. Ovu zamjenu možete lako napraviti bez mnogo muke. Ako imate debelu čvrstu čeličnu žicu, tada možete odrezati odgovarajuću duljinu te žice i koristiti je kao izvlačenje. Druga alternativa ovome je spašavanje ranžirnih otpornika sa starih ili oštećenih multimetara, kao što je prikazano ovdje. Trenutni raspon koji želite mjeriti uvelike ovisi o vrijednosti ranžirnog otpornika. Obično možete koristiti shuntove reda veličine od 8 do 10 miliohma.

Korak 3: Kružni dijagram projekta

Ovdje je cijela teorija kao sumarna, a također i dijagram sklopa trenutnog senzorskog modula koji prikazuje implementaciju neinvertirajuće konfiguracije OP-AMP-a koja osigurava potrebno pojačanje. Priključio sam i 0,1uF kondenzator na izlaz OP-AMP-a kako bih ublažio izlazni napon i smanjio bilo kakvu visokofrekventnu buku ako do nje može doći.

Korak 4: Sve spojite…

Sada je konačno vrijeme da iz ovih komponenti napravimo trenutni senzorski modul. Za to sam izrezao mali komad veroboard -a i rasporedio svoje komponente na takav način da mogu izbjeći upotrebu bilo kakvih kratkospojnih žica ili konektora, a cijeli krug se mogao povezati pomoću direktnih lemnih spojeva. Za povezivanje opterećenja kroz šant koristio sam vijčane stezaljke, što veze čini mnogo urednijima, a istovremeno čini mnogo lakšim prebacivanje/zamjenu različitih opterećenja za koja želim mjeriti struju. Provjerite jeste li odabrali vijčane stezaljke dobre kvalitete koje mogu podnijeti velike struje. Priložio sam neke slike procesa lemljenja i kao što vidite tragovi lemljenja su izašli prilično dobro bez upotrebe bilo kakvih kratkospojnika ili žičanih konektora. Time je moj modul postao još izdržljiviji. Da biste dobili uvid u to koliko je mali ovaj modul, držao sam ga zajedno s indijskim novčićem od 2 rupije, a veličina je gotovo uporediva. Ova mala veličina omogućuje vam da ovaj modul lako uklopite u svoje projekte. Ako možete koristiti SMD komponente, veličina se čak može smanjiti.

Korak 5: Kalibrirajte senzor da biste dobili ispravna očitanja

Nakon izgradnje cijelog modula dolazi lagani lukavi dio, kalibriranje ili bolje rečeno donošenje potrebnog koda za mjerenje ispravne vrijednosti struje. Sada u osnovi množimo pad napona šanta kako bismo dobili pojačani napon, dovoljno visok da se može registrirati funkcija Arduino analogRead (). Pošto je otpor konstantan, izlazni napon je linearan u odnosu na veličinu struje koja prolazi kroz šant. Najlakši način kalibracije ovog modula je korištenje stvarnog multimetra za izračunavanje vrijednosti struje koja prolazi kroz određeno kolo. Zabilježite ovu vrijednost struje, koristeći arduino i funkciju serijskog monitora, pogledajte koja je analogna vrijednost koja dolazi (u rasponu od 0 do 1023. Koristite varijablu kao float tip podataka da biste dobili bolje vrijednosti). Sada možemo pomnožiti ovu analognu vrijednost s konstantom kako bismo dobili željenu vrijednost struje, a budući da je odnos napona i struje linearan, ova konstanta će biti gotovo ista za cijeli raspon struje, iako ćete možda morati učiniti neke manje prilagođavanja kasnije. Možete pokušati sa 4-5 poznatih trenutnih vrijednosti da dobijete svoju konstantnu vrijednost. Spomenut ću kôd koji sam koristio za ovu demonstraciju.

Korak 6: Završni zaključci

Ovaj trenutni senzor radi prilično dobro u većini aplikacija sa istosmjernim napajanjem i ima grešku manju od 70 mA ako se pravilno kalibrira. Bez obzira na to što postoje neka ograničenja ovog dizajna, pri vrlo niskim ili vrlo visokim strujama, odstupanje od stvarne vrijednosti postaje značajno. Stoga je za granične slučajeve potrebna neka izmjena koda. Jedna je alternativa korištenje instrumentacijskog pojačala, koje ima precizna kola za pojačavanje vrlo malih napona, a može se koristiti i na visokim stranama kola. Također se krug može poboljšati korištenjem boljeg OP-AMP-a s niskim šumom. Za moju aplikaciju, radi dobro i daje ponovljiv ispis. Planiram napraviti vatmetar, gdje bih koristio ovaj mjerni sistem mjerne struje. Nadam se da ste uživali u ovoj konstrukciji.