سنسور جریان DIY برای آردوینو: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

با سلام ، امیدوارم حال شما خوب باشد و در این آموزش به شما نشان خواهم داد که چگونه یک سنسور فعلی برای آردوینو با استفاده از قطعات الکترونیکی بسیار اساسی و یک شانت خانگی ساخته ام. این شنت می تواند به راحتی جریان بزرگی را در حدود 10-15 آمپر کنترل کند. دقت نیز بسیار خوب است و من در حین اندازه گیری جریانهای کم در حدود 100 میلی آمپر توانستم نتایج بسیار مناسبی بدست آورم.

تدارکات

1. آردوینو اونو یا سیم برنامه نویسی معادل آن
2. OP- آمپر LM358
3. سیم های بلوز
4. مقاومت 100 کیلو اهم
5. مقاومت 220 کیلو اهم
6. مقاومت 10 کوهم
7. برد Veroboard یا Zero PCB
8. شنت (8 تا 10 میلی اهم)

مرحله 1: جمع آوری قطعات مورد نیاز

قطعات اصلی مورد نیاز برای این ساخت یک Shunt به همراه IC تقویت کننده عملیاتی است. من برای برنامه خود از IC LM358 استفاده می کنم که دوگانه OP-AMP 8 پین DIP IC است و فقط از یکی از تقویت کننده های عملیاتی استفاده می کنم. شما همچنین برای مقاومت در مدار تقویت کننده غیر معکوس نیاز به مقاومت خواهید داشت. من 320K و 10K را به عنوان مقاومت خود انتخاب کرده ام. انتخاب مقاومت شما بستگی به میزان سود مورد نظر شما دارد. در حال حاضر OP-AMP توسط 5 ولت آردوینو تغذیه می شود. بنابراین ما باید مطمئن شویم که ولتاژ خروجی OP-AMP هنگام عبور جریان کامل از شانت باید کمتر از 5 ولت باشد ، ترجیحاً 4 ولت برای حفظ حاشیه خطا. اگر ما یک افزایش بسیار زیاد را انتخاب کنیم ، برای مقدار کمتر جریان ، OP-AMP وارد منطقه اشباع می شود و فقط 5 ولت فراتر از هر مقدار فعلی می دهد. بنابراین مطمئن شوید که مقدار افزایش تقویت کننده را به درستی انتخاب کنید. همچنین برای آزمایش این مدار به نمونه اولیه PCB یا ورق نان نیاز دارید. برای میکرو کنترلر از Arduino UNO برای بدست آوردن ورودی از خروجی تقویت کننده استفاده می کنم. شما می توانید هر برد معادل Arduino را که می خواهید انتخاب کنید.

مرحله 2: ساخت مقاومت شنت خود

قلب اصلی پروژه مقاومت شنت است که برای ایجاد افت ولتاژ کوچک استفاده می شود. به راحتی می توانید این شانت را بدون دردسر زیاد درست کنید. اگر یک سیم فولادی جامد ضخیم دارید ، می توانید طول معقول آن سیم را ببرید و می توانید از آن به عنوان شنت استفاده کنید. یک جایگزین دیگر برای این ، نجات مقاومت شنت از چند متر قدیمی یا آسیب دیده است ، همانطور که در اینجا نشان داده شده است. محدوده فعلی که می خواهید اندازه گیری کنید تا حد زیادی به مقدار مقاومت شنت بستگی دارد. به طور معمول می توانید از شانت ها به ترتیب 8 تا 10 میلی متر استفاده کنید.

مرحله 3: نمودار مدار پروژه

در اینجا کل نظریه به عنوان یک طرح تابستانی و همچنین نمودار مدار ماژول سنسور فعلی نشان داده شده است که پیکربندی بدون وارونگی OP-AMP را ارائه می دهد که سود لازم را ارائه می دهد. من همچنین یک خازن 0.1uF در خروجی OP-AMP وصل کرده ام تا ولتاژ خروجی را صاف کرده و در صورت بروز هرگونه نویز فرکانس بالا را کاهش دهد.

مرحله 4: همه چیز را با هم جمع کنید…

اکنون بالاخره زمان آن رسیده است که ماژول سنسور فعلی را از این اجزا تشکیل دهیم. برای این کار من یک تکه کوچک ورودبرد را برش دادم و اجزای خود را به گونه ای چیدم که بتوانم از استفاده از سیم ها یا اتصالات جامپر جلوگیری کنم و کل مدار با استفاده از اتصالات لحیم مستقیم متصل شود. برای اتصال بار از طریق شانت ، از پایانه های پیچ استفاده کردم ، که باعث می شود اتصالات بسیار مرتب تر شوند و در عین حال تعویض/جایگزینی بارهای مختلف که می خواهم جریان را برای آنها اندازه گیری کنم بسیار آسان تر می شود. اطمینان حاصل کنید که پایانه های پیچ با کیفیت خوب را انتخاب کنید که قادر به جابجایی جریانهای بزرگ هستند. من تصاویری از فرآیند لحیم کاری را ضمیمه کرده ام و همانطور که مشاهده می کنید آثار لحیم کاری بدون استفاده از بلوز یا اتصال دهنده سیم به خوبی بیرون آمد. این باعث دوام بیشتر ماژول من شد. برای اینکه دیدگاهی در مورد اندازه این واحد کوچک داشته باشم ، آن را به همراه یک سکه 2 روپیه هندی نگه داشتم و اندازه آن تقریباً قابل مقایسه است. این اندازه کوچک به شما امکان می دهد این ماژول را به راحتی در پروژه های خود جا دهید. اگر می توانید از اجزای SMD استفاده کنید ، حتی می توانید اندازه آن را کاهش دهید.

مرحله 5: تنظیم سنسور برای قرائت صحیح

پس از ساخت کل ماژول ، در اینجا یک قسمت کمی مشکل وجود دارد که برای اندازه گیری مقدار صحیح جریان ، کالیبراسیون یا به عبارت بهتر کد لازم را ارائه می دهد. اکنون اساساً ما افت ولتاژ شنت را ضرب می کنیم تا ولتاژ تقویت شده ای به ما بدهد که برای ثبت تابع Arduino analogRead () به اندازه کافی بالا باشد. در حال حاضر مقاومت ثابت است ، ولتاژ خروجی با توجه به مقدار جریان عبوری از شانت خطی است. راه آسان برای کالیبراسیون این ماژول استفاده از یک مولتی متر واقعی برای محاسبه مقدار جریان عبوری از یک مدار معین است. به این مقدار جریان توجه داشته باشید ، با استفاده از آردوینو و عملکرد سریال مانیتور ، مقدار آنالوگ آینده را ببینید (بین 0 تا 1023. از متغیر به عنوان نوع داده شناور برای بدست آوردن مقادیر بهتر استفاده کنید). حال می توانیم این مقدار آنالوگ را با یک عدد ثابت ضرب کنیم تا مقدار جریان مورد نظر خود را بدست آوریم و از آنجا که رابطه بین ولتاژ و جریان خطی است ، این ثابت برای کل دامنه جریان تقریباً یکسان خواهد بود ، اگرچه ممکن است مجبور به انجام جزئی باشید تعدیل بعدا می توانید با 4-5 مقدار فعلی شناخته شده سعی کنید مقدار ثابت خود را بدست آورید. من کدی را که برای این تظاهرات استفاده کردم ذکر خواهم کرد.

مرحله 6: نتیجه گیری نهایی

این سنسور فعلی در اکثر برنامه های کاربردی DC بسیار خوب کار می کند و در صورت کالیبراسیون مناسب خطای کمتر از 70 میلی آمپر دارد. با وجود محدودیت های این طرح ، در جریانهای بسیار کم یا بسیار زیاد ، انحراف از مقدار واقعی قابل توجه می شود. بنابراین تعدادی اصلاح کد برای موارد مرزی ضروری است. یکی از جایگزین ها استفاده از تقویت کننده ابزار است که دارای مدارهای دقیق برای تقویت ولتاژهای بسیار کوچک است و همچنین می تواند در قسمت بالای مدار استفاده شود. همچنین می توان مدار را با استفاده از یک OP-AMP بهتر و کم سر و صدا بهبود بخشید. برای کاربرد من به خوبی کار می کند و خروجی قابل تکرار می دهد. من قصد دارم یک وات متر بسازم ، جایی که از این سیستم اندازه گیری جریان شنت استفاده می کنم. امیدوارم بچه ها از این ساخت لذت برده باشید