Mô-đun cảm biến điện áp kênh kép Arduino: 8 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Đã một vài năm kể từ khi tôi viết một bài hướng dẫn, tôi đã nghĩ rằng đã đến lúc quay lại. Tôi đã muốn xây dựng một cảm biến điện áp để tôi có thể kết nối với nguồn điện dự phòng của mình. Tôi có một nguồn điện biến đổi hai kênh, nó không có màn hình hiển thị vì vậy tôi phải sử dụng một vôn kế để đặt điện áp. Tôi không phải là một kỹ sư điện hay lập trình viên, tôi làm việc này như một sở thích. Đã nói rằng tôi sẽ mô tả những gì chúng tôi sẽ xây dựng ở đây và nó có thể không phải là thiết kế tốt nhất hoặc mã hóa tốt nhất, nhưng tôi sẽ cố gắng hết sức.

Bước 1: Giới thiệu về Dự án

Trước hết, đây chỉ là thiết kế sơ bộ của một thứ gì đó ổn định và đáng tin cậy hơn, một số thành phần sẽ không nằm trong thiết kế cuối cùng. Hầu hết các thành phần đã được chọn chỉ vì tính sẵn có (tôi đã có chúng trong nhà của tôi) chứ không phải vì độ tin cậy của chúng. Thiết kế này dành cho nguồn điện 15V nhưng bạn có thể thay thế một vài thành phần thụ động và có thể làm cho nó hoạt động trên bất kỳ điện áp hoặc dòng điện nào. Cảm biến hiện tại có sẵn 5A, 20A và 30A, bạn chỉ cần chọn cường độ dòng điện và sửa đổi mã, điều tương tự với cảm biến điện áp, bạn có thể thay đổi giá trị của điện trở và mã để đo điện áp cao hơn.

PCB không có giá trị thiết lập vì bạn có thể thay thế các thành phần thụ động để đáp ứng nhu cầu cung cấp điện của bạn. Nó đã được thiết kế để thêm vào bất kỳ nguồn điện nào.

Bước 2: Cảm biến điện áp

Chúng ta sẽ bắt đầu với cảm biến điện áp và cảm biến dòng điện. Tôi đang sử dụng Arduino Mega để kiểm tra mạch và mã, vì vậy một số người mới bắt đầu như tôi có thể tự tạo và kiểm tra ngay lập tức thay vì phải xây dựng toàn bộ mô-đun trên bảng mạch.

Chúng tôi chỉ có thể đo 0-5 volt bằng cách sử dụng đầu vào tương tự của Arduino. Để có thể đo được đến 15 vôn, chúng ta cần tạo một bộ chia điện áp, bộ chia điện áp rất đơn giản và có thể được tạo ra chỉ bằng cách sử dụng 2 điện trở trong trường hợp này, chúng tôi đang sử dụng 30k và 7,5k sẽ cung cấp cho chúng ta tỷ lệ 5: 1 để chúng ta có thể đo các giá trị 0-25 vôn.

Danh sách bộ phận cho cảm biến điện áp

R1, R3 Điện trở 30k

R2, R4 Điện trở 7,5k

Bước 3: Cảm biến hiện tại

Đối với các cảm biến hiện tại, tôi sẽ sử dụng ACS712 do Allegro sản xuất. Bây giờ điều đầu tiên mà tôi cần đề cập là tôi biết rằng cảm biến này không chính xác lắm nhưng đó là những gì tôi có trong tay khi thiết kế mô-đun này. ACS712 chỉ có sẵn trong một pakage gắn trên bề mặt và là một trong số rất ít các thành phần SMD được sử dụng trong mô-đun này.

Danh sách bộ phận cảm biến hiện tại

IC2, IC3 ASC712ELC-05A

Tụ C1, C3 1nF

Tụ C2, C4 0,1uF

Bước 4: Cảm biến nhiệt độ & Quạt

Tôi quyết định thêm điều khiển nhiệt độ vào mô-đun bởi vì hầu hết bộ nguồn đều tạo ra một lượng nhiệt tốt và chúng ta cần bảo vệ quá nhiệt. Đối với cảm biến nhiệt độ, tôi đang sử dụng HDT11 và đối với điều khiển quạt, chúng tôi sẽ sử dụng MOSFET kênh N 2N7000 để điều khiển quạt CPU 5V. Mạch khá đơn giản, chúng tôi cần áp dụng điện áp vào Drain của bóng bán dẫn và chúng tôi áp dụng điện áp dương vào cổng, trong trường hợp này chúng tôi đang sử dụng đầu ra kỹ thuật số của arduino để cung cấp điện áp đó và bóng bán dẫn BẬT cho phép quạt được tràn đầy sinh lực.

Mã này rất đơn giản, chúng tôi đọc nhiệt độ từ cảm biến DHT11 nếu nhiệt độ lớn hơn giá trị cài đặt của chúng tôi, nó đặt chân ra CAO và quạt bật. Khi nhiệt độ giảm xuống dưới nhiệt độ cài đặt, quạt sẽ tắt. Tôi xây dựng mạch trên breadboard để kiểm tra mã của mình, tôi đã chụp một số hình ảnh nhanh với di động của mình, không tốt lắm, xin lỗi, nhưng sơ đồ rất dễ hiểu.

Cảm biến nhiệt độ & Danh sách bộ phận quạt

Cảm biến nhiệt độ J2 DHT11

Điện trở R8 10K

QUẠT J1 5V

Q1 2N7000 MOSFET

Điốt D1 1N4004

Điện trở R6 10K

Điện trở R7 47K

Bước 5: Mạch nguồn

Module chạy trên nguồn 5V nên chúng ta cần một nguồn điện ổn định. Tôi đang sử dụng Bộ điều chỉnh điện áp L7805 để cung cấp nguồn 5V không đổi, không phải nói nhiều về mạch này.

Danh sách bộ phận mạch điện

1 Bộ điều chỉnh điện áp L7805

Tụ C8 0,33uF

Tụ C9 0,1uF

Bước 6: Màn hình LCD & đầu ra nối tiếp

Tôi thiết kế mô-đun để sử dụng với màn hình LCD, nhưng sau đó quyết định thêm đầu ra nối tiếp cho mục đích gỡ lỗi. Tôi sẽ không đi vào chi tiết cách thiết lập I2C LCD vì tôi đã trình bày nó trong một LCD I2C có thể hướng dẫn trước đó. Cách dễ dàng là tôi đã thêm LEDS vào các dòng Tx & Rx để hiển thị hoạt động. Tôi sử dụng bộ chuyển đổi USB sang nối tiếp mà tôi kết nối với mô-đun, sau đó tôi mở màn hình nối tiếp trong Arduino IDE và tôi có thể thấy tất cả các giá trị, đảm bảo mọi thứ đang hoạt động theo đúng cách.

Danh sách bộ phận LCD & Serial Out

I2C 16x2 I2C LCD (20x4 Tùy chọn)

LED7, LED8 0603 LED SMD

Điện trở R12, R21 1K R0603 SMD

Bước 7: Lập trình ISP & ATMega328P

Giống như tôi đã đề cập ở phần đầu, mô-đun này được thiết kế để xây dựng cho các cấu hình khác nhau, chúng tôi cần thêm một cách để lập trình ATMega328 và tải lên các bản phác thảo của chúng tôi. Có một số cách để lập trình mô-đun, một trong số đó là sử dụng Arduino làm Lập trình viên ISP giống như trong một ATMega tải khởi động có thể hướng dẫn trước đây của tôi với Arduino mega.

Ghi chú:

- Bạn không cần Tụ điện để tải bản phác thảo ISP trên Arduino, bạn cần nó để ghi bộ nạp khởi động và tải lên Phác thảo điện áp_sensor.

-Trên các phiên bản Arduino IDE mới hơn, bạn cần kết nối chân 10 với chân 1 RESET của ATMega328.

Danh sách bộ phận mạch ISP & ATMega328P

U1 ATMega328P

XTAL1 16MHz HC-49S Crsytal

Tụ điện C5, C6 22pf

Đầu cắm 6 chân ISP1

Điện trở R5 10K

Đặt lại Công tắc SMD 3x4x2 Tact

Bước 8: Ghi chú và tệp

Đây chỉ là một cách để tôi đưa một số ý tưởng vào một thiết bị hoạt động, giống như tôi đã đề cập trước đây chỉ là một bổ sung nhỏ cho bộ nguồn băng ghế dự bị Kênh đôi của tôi. Tôi đã bao gồm mọi thứ bạn cần để xây dựng mô-đun của riêng bạn, tất cả các tệp và sơ đồ Eagle CAD. Tôi đã bao gồm bản phác thảo Arduino, rất đơn giản và tôi đã cố gắng làm cho nó dễ hiểu và dễ sửa đổi. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào hãy hỏi, tôi sẽ cố gắng trả lời chúng. Đây là một dự án mở, các đề xuất được hoan nghênh. Tôi cố gắng cung cấp nhiều thông tin nhất có thể nhưng tôi phát hiện ra cuộc thi Arduino muộn và muốn gửi nó. Tôi sẽ viết phần còn lại khá sớm Tôi cũng đã loại bỏ các Thành phần SMD (điện trở và LED) và thay thế chúng bằng các thành phần TH, Thành phần SMD duy nhất là cảm biến hiện tại vì nó chỉ có sẵn trong một trang SOIC, tệp ZIP chứa tệp với các thành phần TH.