Tự làm cảm biến dòng điện cho Arduino: 6 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Xin chào, hy vọng bạn đang làm tốt và trong hướng dẫn này, tôi sẽ chỉ cho bạn cách tôi tạo cảm biến hiện tại cho Arduino bằng cách sử dụng một số linh kiện điện tử rất cơ bản và một shunt tự sản xuất. Shunt này có thể dễ dàng xử lý cường độ lớn của dòng điện, khoảng 10-15 Amps. Độ chính xác cũng khá tốt và tôi có thể nhận được kết quả rất tốt khi đo dòng điện thấp khoảng 100mA.

Quân nhu

1. Arduino Uno hoặc tương đương và dây lập trình
2. OP- Amp LM358
3. Dây nhảy
4. Điện trở 100 KOhm
5. Điện trở 220 KOhm
6. Điện trở 10 Kohm
7. Bảng mạch Veroboard hoặc Zero PCB
8. Shunt (8 đến 10 mili giây)

Bước 1: Thu thập các bộ phận cần thiết

Các bộ phận chính bạn cần cho bản dựng này là một Shunt cùng với IC khuếch đại hoạt động. Đối với ứng dụng của tôi, tôi đang sử dụng IC LM358 là IC DIP 8 chân OP-AMP kép mà tôi chỉ sử dụng một trong các bộ khuếch đại hoạt động. Bạn cũng sẽ cần điện trở cho mạch khuếch đại không đảo. Tôi đã chọn 320K và 10K làm điện trở của mình. Việc lựa chọn điện trở của bạn hoàn toàn phụ thuộc vào mức tăng bạn muốn có. Bây giờ OP-AMP đang được cung cấp bởi 5 volt của Arduino. Vì vậy, chúng ta cần đảm bảo rằng điện áp đầu ra từ OP-AMP khi dòng điện đầy đủ đi qua shunt phải nhỏ hơn 5 volt, tốt nhất là 4 volt để giữ một số sai số. Nếu chúng ta chọn mức khuếch đại đủ cao thì đối với giá trị dòng điện thấp hơn, OP-AMP sẽ đi vào vùng bão hòa và chỉ cung cấp 5 vôn vượt quá bất kỳ giá trị hiện tại nào. Bạn cũng sẽ yêu cầu một PCB hoặc breadboard tạo mẫu để thử mạch này. Đối với bộ điều khiển vi mô, tôi đang sử dụng Arduino UNO để nhận đầu vào từ đầu ra bộ khuếch đại. Bạn có thể chọn bất kỳ bảng Arduino tương đương nào bạn muốn.

Bước 2: Tạo điện trở Shunt của riêng bạn

Trái tim chính của dự án là điện trở shunt được sử dụng để cung cấp điện áp rơi nhỏ. Bạn có thể dễ dàng thực hiện shunt này mà không gặp nhiều rắc rối. Nếu bạn có một sợi dây thép đặc dày thì bạn có thể cắt một đoạn dây dài hợp lý và có thể sử dụng như một ống nối. Một thay thế khác cho điều này là tận dụng các điện trở shunt từ nhiều đồng hồ cũ hoặc bị hỏng giống như được hiển thị ở đây. Phạm vi hiện tại bạn muốn đo phần lớn phụ thuộc vào giá trị của điện trở shunt. Thông thường, bạn có thể sử dụng shunts theo thứ tự từ 8 đến 10 miliohms.

Bước 3: Sơ đồ mạch của dự án

Đây là toàn bộ lý thuyết dưới dạng tóm tắt và cũng là sơ đồ mạch của mô-đun cảm biến hiện tại cho thấy việc triển khai cấu hình không đảo ngược của OP-AMP cung cấp độ lợi cần thiết. Tôi cũng đã gắn một tụ điện 0,1uF ở đầu ra của OP-AMP để làm dịu điện áp đầu ra và giảm bất kỳ tiếng ồn tần số cao nào nếu nó có thể xảy ra.

Bước 4: Kết hợp tất cả lại với nhau…

Bây giờ cuối cùng đã đến lúc chế tạo mô-đun cảm biến hiện tại ra các thành phần này. Đối với điều này, tôi đã cắt một mảnh nhỏ của tấm veroboard và sắp xếp các thành phần của mình theo cách mà tôi có thể tránh sử dụng bất kỳ dây nối hoặc đầu nối jumper nào và toàn bộ mạch có thể được kết nối bằng các khớp hàn trực tiếp. Để kết nối tải thông qua shunt, tôi đã sử dụng các đầu nối vít, điều này làm cho các kết nối gọn gàng hơn nhiều và đồng thời giúp dễ dàng hơn nhiều khi chuyển đổi / thay thế các tải khác nhau mà tôi muốn đo dòng điện. Đảm bảo rằng bạn chọn các đầu nối vít có chất lượng tốt có khả năng xử lý dòng điện lớn. Tôi đã đính kèm một số hình ảnh về quá trình hàn và như bạn có thể thấy các dấu vết hàn xuất hiện khá tốt mà không cần sử dụng bất kỳ đầu nối hoặc dây nối nào. Điều này làm cho mô-đun của tôi thậm chí còn bền hơn. Để cung cấp cho bạn một góc nhìn về việc mô-đun này nhỏ như thế nào, tôi đã giữ nó cùng với đồng xu 2 rupee của Ấn Độ và kích thước gần như tương đương. Kích thước nhỏ này cho phép bạn lắp mô-đun này vào các dự án của mình một cách dễ dàng. Nếu bạn có thể sử dụng các thành phần SMD, kích thước thậm chí có thể được giảm xuống.

Bước 5: Hiệu chỉnh cảm biến để đưa ra kết quả đọc chính xác

Sau khi xây dựng toàn bộ mô-đun ở đây có một phần phức tạp nhỏ, việc hiệu chỉnh hay đúng hơn là đưa ra mã cần thiết để đo giá trị chính xác của dòng điện. Bây giờ về cơ bản, chúng ta đang nhân độ sụt điện áp của shunt để cung cấp cho chúng ta một điện áp khuếch đại, đủ cao để hàm Arduino analogRead () đăng ký. Bây giờ điện trở không đổi, điện áp đầu ra là tuyến tính đối với độ lớn của dòng điện đi qua shunt. Cách dễ dàng để hiệu chỉnh mô-đun này là sử dụng một đồng hồ vạn năng thực tế để tính toán giá trị của dòng điện đi qua một mạch nhất định. nằm trong khoảng từ 0 đến 1023. Sử dụng biến làm kiểu dữ liệu float để nhận các giá trị tốt hơn). Bây giờ chúng ta có thể nhân giá trị tương tự này với một hằng số để có được giá trị dòng điện mong muốn và vì mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện là tuyến tính, hằng số này sẽ gần như giống nhau cho toàn bộ phạm vi dòng điện, mặc dù bạn có thể phải thực hiện một số điều nhỏ điều chỉnh sau này. Bạn có thể thử với 4-5 giá trị hiện tại đã biết để nhận được giá trị không đổi. Tôi sẽ đề cập đến mã tôi đã sử dụng cho cuộc trình diễn này.

Bước 6: Kết luận cuối cùng

Cảm biến dòng điện này hoạt động khá tốt trong hầu hết các ứng dụng được cấp nguồn DC và có sai số dưới 70 mA nếu được hiệu chỉnh đúng cách. Làm thế nào có một số hạn chế của thiết kế này, ở dòng điện rất thấp hoặc rất cao, độ lệch so với giá trị thực tế trở nên đáng kể. Vì vậy, một số sửa đổi của mã là cần thiết cho các trường hợp ranh giới. Một giải pháp thay thế là sử dụng bộ khuếch đại Instrumentation, có mạch điện chính xác để khuếch đại điện áp rất nhỏ và cũng có thể được sử dụng ở phía cao của mạch. Ngoài ra, mạch có thể được cải thiện bằng cách sử dụng OP-AMP tốt hơn, tiếng ồn thấp hơn. Đối với thiết bị của tôi, nó hoạt động tốt và cho đầu ra có thể lặp lại. Tôi đang có kế hoạch tạo một wattmeter, nơi tôi sẽ sử dụng hệ thống đo dòng điện shunt này. Hy vọng các bạn thích bản dựng này.