DIY strujni senzor za Arduino: 6 koraka

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2025-01-23 14:47

Pozdrav, nadam se da vam ide dobro, a u ovom ću vam uputstvu 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. Točnost je također prilično dobra i uspio sam postići vrlo pristojne rezultate dok sam mjerio niske struje oko 100 mA.

Pribor

1. Arduino Uno ili ekvivalentna i programska žica
2. OP- Pojačalo LM358
3. Kratkospojne žice
4. Otpornik od 100 KOhm
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 će vam trebati za ovu izgradnju je Shunt zajedno s IC operacijskim pojačalom. Za svoju aplikaciju koristim IC LM358 koji je dvostruki OP-AMP 8-pinski DIP IC od kojeg koristim samo jedno od operativnih pojačala. Također će vam trebati otpornici za krug neinvertirajućeg pojačala. Za svoje otpore odabrao sam 320K i 10K. Odabir vašeg otpora u potpunosti ovisi o količini dobitka koju želite imati. Sada se OP-AMP napaja s 5 volti Arduina. Stoga se moramo pobrinuti da izlazni napon iz OP-AMP-a pri punoj struji koja prolazi kroz šant bude manji od 5 volti, po mogućnosti 4 volta kako bi se zadržala neka greška. Ako odaberemo dobitak koji je dovoljno visok, tada za nižu vrijednost struje, OP-AMP će ući u područje zasićenja i dat će samo 5 volti izvan bilo koje trenutne vrijednosti. Zato svakako odaberite vrijednost pojačanja pojačala. Za isprobavanje ovog sklopa 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: Izrada vlastitog otpornika

Glavno srce projekta je otpornik koji se koristi za mali pad napona. Lako možete napraviti ovaj šant bez mnogo muke. Ako imate debelu čvrstu čeličnu žicu, tada možete odrezati razumnu duljinu te žice i koristiti je kao šant. Druga alternativa ovome je spašavanje ranžirnih otpornika sa starih ili oštećenih multimetara baš 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 ljetna, a također i shema strujnog modula trenutnog senzora koja prikazuje implementaciju neinvertirajuće konfiguracije OP-AMP-a koja osigurava potrebno pojačanje. Priključio sam i 0,1uF kondenzator na izlazu OP-AMP-a kako bih ublažio izlazni napon i smanjio bilo kakvu visokofrekventnu buku ako se ona dogodi.

Korak 4: Sve spojite…

Sada je konačno vrijeme da iz ove komponente izradimo trenutni senzorski modul. Za to sam izrezao mali komad veroboard -a i rasporedio svoje komponente na takav način da mogu izbjeći uporabu bilo kakvih kratkospojnih žica ili konektora, a cijeli krug se mogao spojiti izravnim lemnim spojevima. Za spajanje opterećenja kroz odvodnik koristio sam vijčane stezaljke, što veze čini mnogo urednijima, a istovremeno čini mnogo lakšim prebacivanje/zamjenu različitih opterećenja za koja želim mjeriti struju. Odaberite kvalitetne vijčane stezaljke 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 žice. Time je moj modul postao još izdržljiviji. Da bih vam dao uvid u to koliko je mali ovaj modul, držao sam ga zajedno s indijskim novčićem od 2 rupije, a veličina je gotovo usporediva. Ova mala veličina omogućuje vam jednostavno uklapanje ovog modula u vaše projekte. Ako možete koristiti SMD komponente, veličina se čak može smanjiti.

Korak 5: Kalibriranje senzora radi ispravnih očitanja

Nakon izgradnje cijelog modula dolazi lagani lukavi dio, kalibriranje ili bolje rečeno smišljanje potrebnog koda za mjerenje ispravne vrijednosti struje. Sada u biti množimo pad napona šanta kako bismo dobili pojačani napon, dovoljno visok da se može registrirati funkcija Arduino analogRead (). Budući da je otpor konstantan, izlazni napon je linearan u odnosu na veličinu struje koja prolazi kroz šant. Najjednostavniji način kalibracije ovog modula je korištenje stvarnog multimetra za izračunavanje vrijednosti struje koja prolazi kroz određeni krug. 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 između napona i struje linearan, ta će konstanta biti gotovo ista za cijeli raspon struje, iako ćete možda morati učiniti neke manje kasnije prilagodbe. Možete pokušati s 4-5 poznatih trenutnih vrijednosti kako biste dobili svoju stalnu vrijednost. Spomenut ću kôd koji sam koristio za ovu demonstraciju.

Korak 6: Završni zaključci

Ovaj trenutni senzor radi prilično dobro u većini aplikacija s istosmjernim napajanjem i ima pogrešku manju od 70 mA ako je pravilno kalibriran. 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 visokoj strani kruga. 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 sustav mjerne struje. Nadam se da ste uživali u ovoj izgradnji.