AC Cari İzləmə Məlumat Qeydiyyatı: 9 Adım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:45

Hər kəsə Salam, ilk təlimatçılığa xoş gəldiniz! Gündüzləri sənaye istilik avadanlığı verən bir şirkət üçün sınaq mühəndisiyəm, gecə həvəskar bir texnologiya həvəskarı və DIY'erəm. İşimin bir hissəsi qızdırıcıların performansını yoxlamağı əhatə edir, bu səbəbdən 8 cihazın 1000 saatdan çox olan RMS cari çəkilişini izləmək və nəticələri daha sonra qrafikləşdirmək üçün məlumatları qeyd etmək istədim. Bir məlumat qeydçisinə girişim var, amma artıq başqa bir layihəyə sadiq idi və aşağı qiymətə ehtiyacım var idi, buna görə də bu əsas məlumat yazıcısını birləşdirmək qərarına gəldim.

Layihə, analoq sensorları analoqdan rəqəmsal çeviriciyə (ADC) oxumaq üçün Arduino Uno -dan istifadə edir və məlumatları SD karta zaman möhürü ilə yazır. Dövrlərin dizaynında bir çox nəzəriyyə və hesablama var, buna görə tamamilə hər şeyi izah etmək əvəzinə, bunu necə edəcəyinizi sizə göstərəcəyəm. FULL hit görmək istəyirsinizsə, şərhlərdə mənə bildirin və daha ətraflı izah edəcəyəm.

QEYD:

True RMS hesablamaları ilə bağlı bir çox sualım var. Bu cihaz, dalğanın zirvəsini tutmaq üçün yarım dalğa düzəldici istifadə edir, daha sonra RMS vermək üçün 0.707 ilə vurula bilər. Nəticədə yalnız xətti yüklərlə dəqiq bir nəticə verəcəkdir (yəni ölçülən cərəyan saf sinus dalğasıdır). Üçbucaqlı, düzbucaqlı və ya hər hansı digər sinus olmayan dalğa formaları verən xətti olmayan təchizatlar və ya yüklər əsl RMS hesablaması verməyəcək. Bu cihaz AC cərəyanını ölçür, ancaq gərginliyi ölçmək üçün nəzərdə tutulmayıb, güman ki, güc faktorunu hesablamır və ya ölçmür. Zəhmət olmasa bunun üçün istifadə edilə bilən bir güc faktoru sayğacının necə yaradılacağına dair digər təlimatlarımı oxuyun. Bir çox insanlar, 2.5V mərkəz xətti ilə düz bir AC bağlantısının daha yaxşı olduğunu söylədilər, lakin bu, kifayət qədər sürətli rəqəmsal seçmə sürətinə, güclü ortalamaya/məlumatların hamarlaşdırılmasına və s. xam dəyəri. Şəxsən mən mümkün olan yerlərdə hardware həllərinə və daha sadə kodlara üstünlük verirəm, ona görə də bu üsulla maraqlanmıram. Dəqiqlik baxımından bunun ikincisindən daha yaxşı olduğuna inanıram və nəticələrimdə kalibrdən sonra 1.0 -a yaxın bir reqressiya əmsalı olduğunu görəcəksiniz.

Addım 1: Cari Transformatorlar

Bu layihə HMCT103C 5A/5MA cərəyan transformatorundan istifadə edir. Dirijordan axan hər 5A cərəyan üçün 1: 1000 dönmə nisbətinə malikdir, 5mA CT -dən axacaq. Bir gərginliyin ölçülməsinə imkan vermək üçün CT -nin iki terminalına bir rezistor bağlanmalıdır. Bu münasibətlə 220 Ohm rezistor istifadə etdim, buna görə Ohm qanunu V = IR istifadə edərək, CT -nin çıxışı hər 5mA CT cərəyanı (və ya ölçülmüş cərəyanın hər 5A) üçün 1,1 Volt AC olacaq. CT -lər, rezistor ilə lövhəni və uçan aparatlar düzəltmək üçün bəzi alət telləri ilə lehimləndi. Mən 3,5 mm kişi audio jak fişləri ilə potensialı kəsdim.

Budur cari transformatorun məlumat cədvəli

Məlumat cədvəli

Addım 2: Siqnal Kondisioneri

CT -dən gələn siqnal zəif olacaq, ona görə də gücləndirilməlidir. Bunun üçün uA741 ikili dəmir yolu op gücləndiricisini istifadə edərək sadə bir gücləndirici dövrəni birlikdə lehimlədim. Bu halda mənfəət Rf / Rin (150k / 1k) düsturu ilə 150 olaraq təyin olunur. Ancaq gücləndiricidən gələn çıxış siqnalı hələ də AC-dir, op-ampin çıxışındakı diod AC-nin mənfi yarım dövrəsini kəsir və dalğanı dalğalı bir DC siqnalına hamarlaşdırmaq üçün müsbət gərginliyi 0.1uF kondansatörə keçir. Dövrəni təşkil edən hissələr aşağıda verilmişdir:

• V1-Bu diaqramda ixtiyari bir şeydir, sadəcə op-ampin ters çevrilməyən girişinə verilən siqnal gərginliyini təmsil edir.
• R1 - Bu geribildirim müqaviməti (Rf) olaraq bilinir və 150k olaraq təyin olunur
• R2 - Bu giriş müqaviməti (Rin) olaraq bilinir və 1k olaraq təyin olunur
• 741 - Bu uA741 inteqral dövrəsidir
• VCC - Müsbət tədarük xətti +12V
• VEE - Mənfi təchizat dəmir yolu -12V
• D1 - Haf dalğası 1N4001 düzəldici siqnal diodudur
• C3 - Bu kapaktor müəyyən bir müddət ərzində DC siqnalını saxlayır

Şəkil 2 -də Veroboard və qalaylanmış mis teldən istifadə edildiyini görə bilərsiniz. Yığılmaq üçün PCB dayaqları üçün 4 çuxur qazılmışdır (səkkiz kanal olduğu üçün səkkiz gücləndirici dövrəyə ehtiyac var.

Addım 3: Enerji təchizatı

Sıfırdan düzəltmək istəmirsinizsə, yuxarıda göstərildiyi kimi Çindən əvvəlcədən yığılmış lövhəni satın ala bilərsiniz, ancaq yenə də 3VA transformatoruna ehtiyacınız olacaq (240V-dan 12V-ə qədər aşağı). Şəkildəki biri mənə təxminən 2.50 funt sterlinqə başa gəldi

Layihəni gücləndirmək üçün özüm 12VDC ikiqat dəmir yolu təchiz etməyə qərar verdim. Op -amper +12V, 0V, -12V tələb etdiyi üçün bu rahat idi və Arduino Uno 14 VDC -ə qədər olan hər hansı bir təchizatı qəbul edə bilər. Dövrəni təşkil edən hissələr aşağıda verilmişdir:

• V1 - Bu, 240V 50Hz elektrik prizindən olan təchizatı təmsil edir
• T1 - Bu, yalan danışdığım kiçik 3VA transformatorudur. Transformatorun 0V -yə, yəni torpağa qoşulacaq ikincil bir mərkəzi kranın olması vacibdir
• D1 - D4 - Bu 1N4007 diodlarından istifadə edən tam dalğalı körpü düzəldicisidir
• C1 & C2 - 35V 2200uF elektrolitik kondansatörler (müsbət və mənfi arasındakı potensial 30V -a çatacağı üçün 35V olmalıdır)
• U2 - LM7812, 12V müsbət gərginlik tənzimləyicisidir
• U3 - LM7912, 12V mənfi gərginlik tənzimləyicisidir (78xx və 79xx IC arasındakı pin fərqlərinə diqqət yetirin!)
• C3 & C4 - 100nF Hamarlaşdırıcı kondansatörlər 25V elektrolitik
• C5 & C6 - 10 uF keramika disk kondansatörləri

Komponentləri lövhəyə lehimlədim və çılpaq tək nüvəli qalaymış mis tellə şaquli yollara qoşuldum. Yuxarıdakı Şəkil 3, DIY enerji təchizatımı göstərir, təəssüf ki, fotoşəkildə çoxlu tullananlar var!

Addım 4: Rəqəmsal çeviricilərin analoqu

Arduino Uno artıq 10 bitlik ADC-yə malikdir, lakin yalnız 6 Analog giriş var. Buna görə ADS1115 16-bit ilə iki ADC qırılmasından istifadə etməyi seçdim. Bu, 2^15 = 32767 bitin 0-4.096V (4.096V kəsicinin işləmə gərginliyidir) səviyyələrini əks etdirməsinə imkan verir, yəni hər bit 0.000125V-u təmsil edir! Ayrıca, I2C avtobusundan istifadə etdiyi üçün, 4 ADC -ə qədər müraciət edilə biləcəyi, istədiyiniz təqdirdə 16 kanala qədər izlənilə biləcəyi deməkdir.

Fritzing -dən istifadə edərək əlaqələri göstərməyə çalışdım, lakin məhdudiyyətlər səbəbindən Siqnal Generatorunu göstərmək üçün xüsusi hissələr yoxdur. Bənövşəyi tel gücləndirici devresinin çıxışına bağlıdır, yanındakı qara tel, bütün gücləndirici dövrələrin ümumi zəmini paylaşmalı olduğunu göstərir. Beləliklə, bağlama nöqtələrini necə etdiyimi göstərmək üçün bir çörək taxtasından istifadə etdim. Ancaq əsl layihəmdə, qadın başlıqlarında oturan, Veroboard -a lehimlənmiş qırışlar var və bütün bağlama nöqtələri veroboardun üzərinə lehimlənir.

Addım 5: Mikro nəzarətçi

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, seçdiyim nəzarətçi Arduino Uno idi, bu çox yaxşı bir seçim idi, çünki bir çox gəmidə və ayrı -ayrılıqda qurulması lazım olan funksionallıqda qurulmuşdu. Üstəlik, xüsusi olaraq hazırlanmış bir çox 'qalxan' ilə uyğun gəlir. Bu münasibətlə bütün nəticələrin zaman damğası vurmaq üçün real vaxt saatı və nəticələri bir.csv və ya.txt faylına yazmaq üçün bir SD kart yazıcısı tələb etdim. Xoşbəxtlikdən, Arduino məlumat giriş qalxanı, əlavə lehimləmə olmadan orijinal Arduino lövhəsinə uyğunlaşan bir qalxana malikdir. Qalxan RTClib və SD kart kitabxanaları ilə uyğundur, buna görə heç bir mütəxəssis koduna ehtiyac yoxdur.

Addım 6: Quraşdırma

Komponentlərimin çoxunu yıxmaq və sənətkarlıq bıçağı ilə əlverişli ölçüdə kəsmək üçün 5 mm -lik orta/aşağı sıxlıqlı PVC (bəzən köpük taxtası olaraq da bilinir) istifadə etdim. Bütün komponentlər prototip üçün modul bir şəkildə qurulmuşdur, çünki hər şey səhv olarsa ayrı -ayrı hissələri çıxarmağa imkan verir, lakin işlənmiş bir PCB qədər səmərəli və səliqəli deyil (sonrakı iş) bu da aralarındakı çoxlu tullanan tellər deməkdir. komponentlər.

Addım 7: Kod yüklənir

Kodu Arduinoya yükləyin və ya kodu Github depomdan əldə edin

github.com/smooth-jamie/datalogger.git

Addım 8: Kalibrləmə

Teorik olaraq ölçülmüş cərəyan bir neçə şeyin birləşməsinin nəticəsi olacaq:

Ölçülmüş amper = ((((a *0,45)/150)/(1.1/5000))/1000 burada 'a' gücləndiricidən gələn siqnal gərginliyidir

0.45, gücləndirici dövrənin Voutunun rms dəyəridir, 150 op-amp mənfəətidir (Rf / Rin = 150k / 1k), 1.1 ölçülmüş amper 5A olduqda, CT-nin tam miqyaslı gərginlik çıxışıdır, 5000 sadəcə 5A mA və 1000, transformatordakı dönüşlərin miqdarıdır. Bunu sadələşdirmək olar:

Ölçülmüş amper = (b * 9.216) / 5406555, burada b ADC hesabat dəyəridir

Bu düstur Arduino 10-bit ADC istifadə edərək sınaqdan keçirildi və multimetr dəyərləri ilə Arduino tərəfindən yaradılan dəyərlər arasındakı fərq 11% müşahidə edildi, bu qəbuledilməz bir sapmadır. Kalibrləmə üçün üstünlük verdiyim metod, bir cədvəldə bir multimetrdə ADC və Cari dəyərini qeyd etmək və üçüncü dərəcəli polinom qurmaqdır. Ölçülən cərəyanı hesablayarkən daha yaxşı nəticələr vermək üçün kub formulundan istifadə edilə bilər:

(ax^3) + (bx^2) + (cx^1) + d

A, b, c və d əmsalları Excel -də sadə bir məlumat cədvəlindən hesablanır, x sizin ADC dəyərinizdir.

Verilənləri əldə etmək üçün 1k dəyişən bir keramika rezistoru (reostat) və 12V transformatordan istifadə edərək AC AC gərginliyini 240V -dan aşağı saldım ki, bu da mənə 13mA -dan 100mA -a qədər dəyişən cərəyan mənbəyi yaratmağa imkan verəcəkdir. Nə qədər çox məlumat toplasanız, bir o qədər yaxşıdır, amma dəqiq bir tendensiya əldə etmək üçün 10 məlumat nöqtəsi toplamağı təklif edərdim. Əlavə edilmiş Excel şablonu sizin üçün əmsalları hesablayacaq, sonra onları arduino koduna daxil etmək kifayətdir.

Kodun 69 -cu sətrində əmsalları hara daxil edəcəyinizi görəcəksiniz

float chn0 = ((7.30315 * pow (10, -13)) * pow (adc0, 3) + (-3.72889 * pow (10, -8) * pow (adc0, 2) + (0.003985811 * adc0) + (0.663064521)));

excel faylının 1 -ci səhifəsindəki formula ilə eynidir:

y = 7E-13x3-4E-08x2 + 0.004x + 0.663

Kalibr etdiyiniz hər hansı bir kanalın x = adc0 olduğu yer

Addım 9: Bitirin

Bir layihə korpusuna qoyun. Elektrik təchizatında hər şeyi açmaq/söndürmək üçün bir keçid açarı və elektrik girişi üçün IEC "rəqəm 8" konnektoru ilə bitirdim. Hamısını vidalayın və sınamağa hazırsınız.

Əlavə işlər

Bütün layihə tez bir zamanda istehza edildi, buna görə təkmilləşdirmə, aşındırılmış dövrə və daha yaxşı komponentlər üçün çox yer var. İdeal olaraq, hər şey bir çox atlayıcıdan çox FR4 -ə həkk olunacaq və ya lehimlənəcəkdir. Daha əvvəl dediyim kimi, qeyd etmədiyim bir çox şey var, amma bilmək istədikləriniz varsa şərhlərdə mənə bildirin və təlimatı yeniləyəcəyəm!

Yeniləmə 2016-12-18

İndi ilk dörd kanalı izləmək üçün I2C "sırt çantası" nı istifadə edərək 16x2 LCD əlavə etdim, postdan gəldikdə son dördünü izləmək üçün başqa bir yer əlavə edəcəyəm.

Kreditlər

Bu layihə DS3231 kitabxanası, Adafruit ADS1015 kitabxanası və Arduino SD kitabxanası da daxil olmaqla Arduino eskizimdə istifadə olunan bütün Kitabxanalar müəllifləri tərəfindən mümkün oldu.