Máy đo V / A nhỏ với INA219: 9 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Bạn mệt mỏi với việc cắm lại đồng hồ vạn năng khi bạn muốn đo cả điện áp và dòng điện trong một dự án nhỏ? Máy đo V / A tí hon là thiết bị bạn cần!

Không có gì mới về cảm biến dòng bên cao INA219. Có rất nhiều dự án tốt trên mạng sử dụng khả năng đo cả dòng điện và điện áp trên tải. Ban đầu tôi lấy cảm hứng từ youtuber Julian Ilett và video "10 Minute Arduino Project - INA219 Current Sensor" của anh ấy. Nhưng tôi muốn một chiếc đồng hồ đo nhỏ gọn với giao diện đơn giản và vỏ máy in 3D - vì vậy tôi quyết định tự làm.

Giới thiệu về cảm biến INA219:

INA219 có thể đo ± 3.2A với độ phân giải 0,1mA. Nó thực hiện điều này bằng cách đo điện áp rơi trên điện trở 0,1 ohm trên PCB. Vì vậy, cảm biến sẽ tạo ra một điện áp giảm rất nhỏ nhưng chỉ 320 mV trong trường hợp xấu nhất (3.2A). Ví dụ ở 100 mA, độ rơi chỉ là 10 mV. Nếu bạn muốn, có thể thay đổi điện trở để có được dải hoặc độ phân giải cao hơn. Đồng thời cảm biến cũng đang đo điện áp bus với độ phân giải 4 mV. Theo kinh nghiệm của tôi, các bài đọc điện áp rất chính xác. Độ chính xác của các bài đọc hiện tại phụ thuộc vào điện trở thực tế của điện trở của bạn. Chúng thường có dung sai 1% (nhưng không chắc bạn nên tin vào bảng eBay giá rẻ). Tôi tin rằng có thể hiệu chỉnh kết quả nếu bạn biết giá trị chính xác của điện trở. Nhưng tôi đã không tìm hiểu sâu hơn về điều đó vì độ chính xác đã đủ tốt cho nhu cầu của tôi. Cảm biến có các cài đặt độ lợi khác nhau - những cài đặt này sẽ không ảnh hưởng đến độ phân giải nhưng giúp giảm nhiễu ở dải tần thấp.

Các tính năng của đồng hồ V / A tí hon:

• Có thể được cấp nguồn từ USB hoặc từ nguồn điện đầu vào.

  • Khi được cung cấp từ USB, nguồn đầu vào có thể nằm trong khoảng từ 0 - 26V. Chỉ có dòng điện rò rỉ của cảm biến mới ảnh hưởng đến nguồn điện đầu vào. Rất vui nếu bạn muốn xác minh dung lượng của pin.
  • Khi được cung cấp từ đầu vào nguồn điện này có thể dao động từ 4 - 15V. (Hạn chế của ổn áp arduino).
  • Đầu vào đã chọn được phát hiện khi khởi động hoặc thay đổi và sẽ hiển thị thông báo phạm vi cho người dùng.
• Có thể hiển thị đồng thời điện áp, dòng điện, công suất và mAh.
• mAh có thể được đặt lại.
• Giao diện một nút bấm ngắn / nhấn dài.
• Chọn dải INA219: 26V / 3.2A, 26V / 1A hoặc 16V / 0.4A.
• Chọn tốc độ lấy mẫu 100, 200, 500 hoặc 1000 ms.
• Bật / tắt chế độ ngủ của cảm biến để giảm dòng rò rỉ trong cảm biến.
• Cài đặt được lưu trữ trong EEPROM và tải lại khi khởi động

• Giao diện nối tiếp

  • In kết quả trên nối tiếp. Có thể được sử dụng để ghi nhật ký.
  • Thay đổi cài đặt bằng các lệnh nối tiếp

Quân nhu

1x Arduino Nano - Ví dụ về Arduino Nano eBay

1x bảng cảm biến INA219 - Ví dụ bảng cảm biến màu tím INA219 trên eBay

1x OLED 0,96 "I2C 128X64 4 chân - OLED 0,96" Ví dụ I2C eBay màu xanh lam

1x Công tắc cảm ứng điện dung TTP223 - Ví dụ về nút cảm ứng điện dung TTP223 PCB eBay

1x Giá cắm giắc cắm nguồn cho cái nữ - Ví dụ trên eBay gắn lỗ cắm giắc cắm nguồn cái

1x Giắc cắm nguồn đực - Giắc cắm nguồn đực với đầu cuối vít Ví dụ eBay hoặc Giắc nguồn đực với đầu cuối đẩy Ví dụ eBay

1x Công tắc trượt 2 Vị trí 6 Pin - Công tắc trượt 6 pin Ví dụ eBay

Dây điện

Đầu nối nam 1x 5 chân (tùy chọn) - Ví dụ về đầu cắm nam 2,54 chân cắm trên eBay

Đầu nối 1x 5 chân cái (tùy chọn) - Bộ đầu nối Dupont Ví dụ eBay hoặc đầu nối hàng đơn 2,54 5 pin Ví dụ eBay

Ống co nhiệt (tùy chọn)

Công cụ:

Sắt hàn

Máy in 3D (nếu bạn muốn vỏ máy in 3D)

Súng bắn keo

Bước 1: Sơ đồ

Tôi đã tạo hai phiên bản của sơ đồ. Một truyền thống và một dựa trên hình ảnh. Các kết nối giống hệt nhau nên bạn có thể sử dụng bất cứ thứ gì bạn muốn.

Sự miêu tả

Màn hình OLED và cảm biến INA219 đều sử dụng I2C nên chúng cần kết nối SDA và SCL với A4 và A5.

Đầu ra của cảm ứng điện dung chúng ta sẽ kết nối với D2 để làm đầu vào.

Công tắc trượt có 6 chân - hai hàng 3 chân. Một hàng sẽ được sử dụng để kết nối đầu vào nguồn với Vin trên Arduino. Hàng còn lại sẽ kết nối D6 với mặt đất. Bằng cách sử dụng kéo lên bên trong trên D6, Arduino sẽ có thể xem liệu nó có được kết nối với nguồn điện trên Vin hay không.

Cuối cùng, chúng tôi định tuyến đầu nối dương của đầu vào nguồn (giắc nguồn cái) qua INA219 đến đầu ra dương (giắc nguồn đực). Đây là cách cảm biến có thể đo dòng điện chạy qua nó.

Bước 2: In vỏ máy

Hộp gồm có hộp và nắp. Cả hai đều dễ in và hầu hết các máy in đều có thể in chúng mà không cần hỗ trợ. Nhưng bạn có thể thêm hỗ trợ nếu bạn muốn.

Khi hoàn thành, hai phần bắt vào nhau. Nếu bạn rất cẩn thận, bạn sẽ có thể mở nó lên một lần nữa. Nhưng hai khóa lò xo hơi mỏng manh và có thể bị gãy nếu bạn không cẩn thận.

Không có máy in 3D?

Nếu bạn không có quyền truy cập vào máy in 3D, tôi chắc chắn rằng bạn có thể tạo một trường hợp khác. Bạn có thể mua hộp / hộp dự án bằng nhựa hoặc nhôm. Hoặc bạn có thể tự làm một cái gì đó từ gỗ hoặc bìa cứng. Sáng tạo!

Bước 3: Lắp ráp Nắp

Nắp giữ màn hình OLED và nút cảm ứng điện dung. Hàn dây trên các thành phần trước khi dán chúng vào vị trí bằng súng bắn keo. Hãy cẩn thận với màn hình OLED - đôi khi kính được gắn lệch trên PCB. Vì vậy, căn chỉnh trước khi dán nó vào vị trí. Nếu bạn có đầu nối 5 chân thì hãy thêm đầu nối đó vào dây. Nếu không, bạn vẫn có thể nối trực tiếp màn hình & nút với Arduino - nhưng khó làm việc hơn một chút.

Bước 4: Lắp ráp hộp chính

Gắn giắc cắm nguồn Female và công tắc trượt và vặn chúng vào vị trí. Nếu bạn không thể tìm thấy bất kỳ vít nhỏ nào phù hợp với công tắc, bạn có thể chỉ cần dán nó vào vị trí. Tôi nghĩ rằng tôi đã lấy được của tôi từ một ổ DVD cũ mà tôi đã tháo rời:)

Tháo các chân và đầu nối ra khỏi INA219 (nếu được gắn) vì không có đủ không gian cho những thứ đó trong hộp. Sau đó nối dây đầy đủ cho Arduino và INA219 trước khi dán chúng vào vị trí trong hộp. Thêm một lần nữa đầu nối 5 chân nếu bạn có - hoặc chỉ cần đấu dây trực tiếp vào nắp.

Sau đó hoàn thành việc đấu dây vào công tắc và giắc cắm nguồn. Trên công tắc trượt, hàn dây vào hai chân gần nhất với giắc cắm nguồn cái trên cả hai hàng. Bằng cách này, bạn có thể trượt công tắc về phía USB để chọn nguồn USB. Và trượt công tắc về phía đầu vào cho nguồn điện đầu vào. Dễ nhớ!

Đừng đóng vụ án được nêu ra! Tốt nhất bạn nên kiểm tra xem mọi thứ đều hoạt động trước.

Bước 5: Lập trình Arduino

Nếu bạn chưa cài đặt Arduino IDE, hãy lấy nó từ arduino.cc

Bạn cũng cần cài đặt hai thư viện U8g2 và Adafruit INA219. Cả hai đều có sẵn trong trình quản lý thư viện. Đối với Adafruit INA219, hãy đảm bảo bạn nhận được phiên bản 1.0.5 - các phiên bản mới hơn yêu cầu thư viện và bộ nhớ flash bổ sung, nhưng không cung cấp bất kỳ chức năng bổ sung nào tại thời điểm này.

Tiếp theo, lấy mã nguồn đính kèm trong Có thể hướng dẫn này (Tiny-VA-Meter.ino và FlashMem.h) hoặc tải phiên bản mới nhất từ GitHub Tiny-VA-Meter Git của tôi. Bây giờ hãy mở Tiny-VA-Meter.ino bằng Arduino IDE.

Kết nối Máy đo V / A Tiny với máy tính của bạn bằng cáp USB.

Từ các công cụ, chọn Board: "Arduino Nano", Processor: "ATmega328P" và đúng cổng. Bạn có thể cần phải thay đổi bộ xử lý thành "ATmega328P (Bộ nạp khởi động cũ)" tùy thuộc vào arduino của bạn. Nếu bạn có lỗi giao tiếp, hãy thử điều đó.

Nhấn vào nút tải lên và đợi cho đến khi nó hoàn tất.

Bước 6: Kiểm tra xem mọi thứ đang hoạt động

Trước khi đóng hộp, bạn nên kiểm tra xem mọi thứ đã được kết nối chính xác chưa. Bạn có thể làm theo các bước sau để xác minh tất cả các thành phần:

1. Từ nguồn USB, Màn hình sẽ sáng lên và hiển thị các kết quả đọc (bất kể vị trí công tắc trượt).

2. Kiểm tra để đảm bảo rằng bạn có thể chuyển đổi menu bằng cách nhấn vào nút.

3. Cấp nguồn vào đầu vào và kiểm tra xem đồng hồ có hiển thị đúng điện áp không.

4. Thử chuyển công tắc trượt và xác minh rằng đồng hồ hiển thị thông báo phạm vi.

5. Bây giờ bạn có thể thử đặt công tắc trượt thành nguồn điện đầu vào và ngắt kết nối USB. Máy đo vẫn hoạt động.

6. Cuối cùng, bạn sẽ có thể kết nối tải hoặc thiết bị với đầu ra và kiểm tra xem cảm biến có đang đọc mức vẽ hiện tại hay không.

Nếu tất cả các bước này thành công, đồng hồ của bạn sẽ hoạt động hoàn hảo! Bạn có thể đóng nắp tại chỗ ngay bây giờ!

Bước 7: Tìm hiểu cách điều hướng menu

Khi khởi động máy đo sẽ bắt đầu bằng cách hiển thị phạm vi đầu vào khả dụng tùy thuộc vào vị trí của công tắc trượt: "Phạm vi đầu vào: 0-26V 3.2A" hoặc "Phạm vi đầu vào: 4-15V 3.2A". Thông báo sẽ chỉ hiển thị trong vài giây, nhưng bạn có thể bỏ qua bằng một lần nhấn nhanh. Nếu công tắc trượt được thay đổi sau khi khởi động, một thông báo mới sẽ xuất hiện trở lại trong vài giây.

Tóm lại, bạn điều hướng bằng cách nhấn nhanh và chọn bằng cách nhấn và giữ (1 giây).

Đồng hồ có 3 trang chính: hiển thị V / A, hiển thị V / A / W / Ah và cài đặt. Nhấn nhanh vào nút sẽ chuyển giữa các trang này.

Trên trang V / A / W / Ah, bạn có thể đặt lại mAh bằng cách nhấn và giữ.

Trên trang cài đặt, bạn có thể nhập cài đặt bằng cách nhấn và giữ. Bây giờ bạn có thể điều hướng lại giữa các cài đặt khác nhau bằng cách nhấn nhanh. Các cài đặt có sẵn là "Phạm vi cảm biến", "Tốc độ làm mới" & "Ngủ cảm biến". Bạn chuyển đổi từng cài đặt bằng cách nhấn và giữ. Khi điều hướng qua cài đặt cuối cùng, đồng hồ sẽ trở về menu hiển thị V / A.

Bước 8: Sử dụng giao diện nối tiếp

Khi được kết nối với PC bằng USB, bạn có thể sử dụng Arduino Serial Monitor (hoặc một thiết bị đầu cuối khác) để giao tiếp với Tiny V / A Meter. Nó sử dụng baudrate 115200.

Với tốc độ lấy mẫu đã chọn, đồng hồ sẽ truyền tất cả các số đọc qua nối tiếp và bạn có thể dễ dàng đọc số đó trong thiết bị đầu cuối.

Nhưng bạn cũng có thể thay đổi cài đặt trên Tiny V / A Meter bằng các lệnh nối tiếp. Đảm bảo chọn "Dòng mới" làm phần kết thúc dòng.

Bất kỳ lệnh nào không hợp lệ sẽ hiển thị menu trợ giúp:

Lệnh: - đặt lại (đặt lại mAh)

- đọc (Trả lời với kết quả mới nhất)

- log x (Tự động tx của sampels - x có thể bật hoặc tắt)

- sleep x (INA219 ngủ giữa các mẫu - x có thể được bật hoặc tắt)

- refresh x (Đặt tốc độ làm mới màn hình & nối tiếp. x có thể là 100, 200, 500 hoặc 1000)

- dải x (Đặt dải INA219. x có thể là 0 đối với 3.2A, 1 đối với 1A hoặc 2 đối với 0.4A)

Ví dụ: gõ "refresh 1000" để thay đổi tốc độ lấy mẫu thành 1 giây. Hoặc gõ "log off" để tắt tính năng truyền kết quả tự động. Máy đo sẽ trả lời bằng "OK" nếu thành công.

Bước 9: Đã xong

Bây giờ hãy sử dụng nó để đo lường điều gì đó vui vẻ:)

Tôi đã cố gắng thêm tất cả các tính năng mà tôi thấy hữu ích. Nhưng hãy tự do sửa đổi của riêng bạn. Và hãy chia sẻ nếu bạn có thể thực hiện một số cải tiến tuyệt vời cho Tiny V / A Meter!

Cập nhật ngày 14 / 06-2020: Thay đổi trình điều khiển và bổ sung thêm nhiều tính năng! Hướng dẫn này chưa được đề cập - nhưng bạn có thể xem trên GitHub của tôi.