DIY snímač proudu pro Arduino: 6 kroků

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Dobrý den, doufám, že se vám to daří a v tomto tutoriálu vám ukážu, jak jsem pomocí některých velmi základních elektronických součástek a domácího zkratu vyrobil aktuální snímač pro Arduino. Tento zkrat může snadno zvládnout velkou velikost proudu, kolem 10-15 ampérů. Přesnost je také docela dobrá a dokázal jsem získat velmi slušné výsledky při měření nízkých proudů kolem 100mA.

Zásoby

1. Arduino Uno nebo ekvivalentní a programovací kabel
2. OP- zesilovač LM358
3. Propojovací vodiče
4. Rezistor 100 KOhm
5. Rezistor 220 KOhm
6. Rezistor 10 kOhm
7. Veroboard nebo Zero PCB deska
8. Shunt (8 až 10 miliohmů)

Krok 1: Shromáždění požadovaných dílů

Hlavní části, které byste pro tuto sestavu potřebovali, je Shunt spolu s integrovaným operačním zesilovačem. Pro svou aplikaci používám IC LM358, což je duální 8pinový DIP IC OP-AMP, z nichž používám pouze jeden z operačních zesilovačů. Budete také potřebovat odpory pro obvod neinvertujícího zesilovače. Jako své odpory jsem zvolil 320K a 10K. Volba vašeho odporu zcela závisí na výši zisku, který chcete mít. Nyní je OP-AMP napájen 5 volty Arduina. Musíme se tedy ujistit, že výstupní napětí z OP-AMP, když plný proud prochází zkratem, by mělo být menší než 5 voltů, nejlépe 4 volty, aby byla zachována určitá chyba. Pokud zvolíme dostatečně vysoký zisk, pak pro nižší hodnotu proudu OP-AMP přejde do oblasti nasycení a poskytne pouze 5 voltů nad jakoukoli aktuální hodnotu. Ujistěte se tedy, že jste vhodně zvolili hodnotu zesílení zesilovače. Chcete -li tento obvod vyzkoušet, budete také potřebovat prototypovací desku plošných spojů nebo desku. Pro mikrořadič používám Arduino UNO k získání vstupu z výstupu zesilovače. Můžete si vybrat libovolnou ekvivalentní desku Arduino, kterou chcete.

Krok 2: Vytvoření vlastního zkratového odporu

Hlavním srdcem projektu je bočníkový odpor používaný k zajištění malého poklesu napětí. Tento zkrat můžete snadno provést bez větších potíží. Pokud máte silný pevný ocelový drát, můžete jej přiměřeně zkrátit a použít jako zkrat. Další alternativou je zachránit bočníkové odpory ze starých nebo poškozených více metrů, jak je znázorněno zde. Aktuální rozsah, který chcete měřit, do značné míry závisí na hodnotě bočníkového odporu. Obvykle můžete použít zkraty v řádu 8 až 10 miliohmů.

Krok 3: Schéma zapojení projektu

Zde je celá letní teorie a také schéma zapojení modulu aktuálního senzoru ukazující implementaci neinvertující konfigurace OP-AMP poskytující potřebný zisk. Také jsem připojil kondenzátor 0,1 uF na výstup OP-AMP, aby se vyhladilo výstupní napětí a omezil případný vysokofrekvenční šum.

Krok 4: Sloučení všeho dohromady…

Nyní je konečně čas vyrobit z těchto komponent aktuální senzorový modul. Za tímto účelem jsem vystřihl malý kousek veroboardu a uspořádal své součásti tak, abych se vyhnul použití jakýchkoli propojovacích vodičů nebo konektorů a celý obvod mohl být spojen pomocí přímých pájecích spojů. Pro připojení zátěže přes bočník jsem použil šroubové svorky, díky čemuž jsou spoje mnohem úhlednější a zároveň je mnohem snazší přepínat/vyměňovat různé zátěže, u kterých chci měřit proud. Ujistěte se, že jste vybrali šroubové svorky dobré kvality, které jsou schopné pracovat s velkými proudy. Připojil jsem několik obrázků z procesu pájení a jak vidíte, stopy pájení vyšly docela dobře bez použití propojky nebo drátového konektoru. Díky tomu byl můj modul ještě odolnější. Abych vám poskytl pohled na to, jak malý je tento modul, nechal jsem ho spolu s indickou mincí 2 rupie a velikost je téměř srovnatelná. Tato malá velikost vám umožňuje snadno vložit tento modul do vašich projektů. Pokud můžete použít komponenty SMD, velikost lze dokonce zmenšit.

Krok 5: Kalibrace senzoru pro správné odečty

Po konstrukci celého modulu přichází lehká záludná část, kalibrace nebo spíše vymýšlení potřebného kódu pro měření správné hodnoty proudu. Nyní v podstatě znásobujeme pokles napětí bočníku, abychom získali zesílené napětí, dostatečně vysoké na to, aby se zaregistrovala funkce Arduino analogRead (). Nyní, když je odpor konstantní, je výstupní napětí lineární vzhledem k velikosti proudu procházejícího zkratem. Snadný způsob kalibrace tohoto modulu je použít skutečný multimetr k výpočtu hodnoty proudu procházejícího daným obvodem. Poznamenejte si tuto hodnotu proudu pomocí funkce arduino a sériového monitoru a zjistěte, jaká analogová hodnota přichází (v rozsahu od 0 do 1023. Chcete -li získat lepší hodnoty, použijte proměnnou jako datový typ typu float). Nyní můžeme tuto analogovou hodnotu vynásobit konstantou, abychom získali požadovanou aktuální hodnotu, a protože vztah mezi napětím a proudem je lineární, bude tato konstanta téměř stejná pro celý rozsah proudu, i když možná budete muset udělat menší úpravy později. Můžete zkusit se 4–5 známými aktuálními hodnotami získat konstantní hodnotu. Zmíním kód, který jsem použil pro tuto ukázku.

Krok 6: Konečné závěry

Tento proudový senzor funguje docela dobře ve většině aplikací napájených stejnosměrným proudem a při správné kalibraci má chybu menší než 70 mA. Odchylka od skutečné hodnoty se však stává významnou, i když existují určitá omezení tohoto návrhu, při velmi nízkých nebo velmi vysokých proudech. Pro okrajové případy je tedy nutná určitá úprava kódu. Jednou z alternativ je použít přístrojový zesilovač, který má přesné obvody pro zesílení velmi malých napětí a může být také použit na vysoké straně obvodu. Obvod lze také vylepšit použitím lepšího OP-AMP s nízkým šumem. Pro mé appliation to funguje dobře a dává opakovatelný výstup. Plánuji výrobu wattmetru, kde bych používal tento systém měření zkratového proudu. Doufám, že se vám tato stavba líbila.