Айнымалы токты бақылау деректерін тіркеу: 9 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:24

Барлығына сәлем, менің бірінші нұсқаулығыма қош келдіңіз! Күндіз мен өнеркәсіптік жылыту қондырғыларын жеткізетін компанияның сынақ инженерімін, түнде мен әуесқой технология мен әуесқоймын. Менің жұмысымның бір бөлігі жылытқыштардың өнімділігін тексеруді қамтиды, сондықтан мен 8 құрылғыдағы 1000 сағаттан астам RMS ағымдағы ұтыс ойындарын бақылап, нәтижелерді кейінірек графикке түсіру үшін деректерді тіркегім келеді. Менде деректерді тіркеушіге кіру мүмкіндігі бар, бірақ ол басқа жобамен айналысқан және маған арзан нәрсе қажет болды, сондықтан мен осы негізгі деректер жинақтаушыны біріктіруді шештім.

Жоба Arduino Uno көмегімен аналогты датчиктерді аналогты цифрлық түрлендіргіштен (ADC) оқиды және SD картасына уақыт белгісімен деректерді жазады. Схемаларды жобалауда көптеген теория мен есептеулер бар, сондықтан бәрін түсіндірудің орнына мен оны қалай жасау керектігін көрсетемін. Егер сіз FULL хитін көргіңіз келсе, маған түсініктемелерде хабарлаңыз, мен қосымша түсіндіремін.

ЕСКЕРТУ:

Менде шынайы RMS есептеулері туралы көптеген сұрақтар болды. Бұл құрылғы толқынның шыңын алу үшін жартылай толқынды түзеткішті қолданады, содан кейін оны 0,707 -ге көбейтіп RMS береді. Осылайша, бұл сызықтық жүктемелермен дәл нәтиже береді (яғни өлшенетін ток - таза синусоидалық толқын). Үшбұрышты, тіктөртбұрышты немесе синусыз толқындардың кез келген басқа формаларын беретін сызықты емес жабдықтар немесе жүктемелер нақты RMS есебін бермейді. Бұл құрылғы айнымалы токты өлшейді, ол тек кернеуді өлшеуге арналмаған, ол қуат коэффициентін есептемейді немесе өлшемейді. Мұны істеу үшін қуат коэффициентін есептеу құралын қалай жасау керектігін менің басқа нұсқаулығымнан қараңыз. Көптеген адамдар 2.5 В центрлік желісі бар тікелей айнымалы ток байланысы жақсы екенін айтты, бірақ бұл асқынуларды тудырады, себебі ол жеткілікті жылдам цифрлық іріктеу жылдамдығына, сенімді орташаға/деректерді тегістеуге және т. шикізат құны. Мен өзім аппараттық шешімдерді және мүмкіндігінше қарапайым кодты жақсы көремін, сондықтан мені бұл әдіс қызықтырмайды. Дәлдік бойынша, бұл соңғысынан әлдеқайда жақсы деп ойлаймын және сіз менің нәтижелерімде калибрлегеннен кейін 1.0 -ге жуық регрессия коэффициенті бар екенін көресіз.

1 -қадам: ток трансформаторлары

Бұл жобада HMCT103C 5A/5MA ток трансформаторы қолданылады. Ол өткізгіштен өтетін әрбір 5А ток үшін 1: 1000 бұрылу коэффициентіне ие, 5мА КТ арқылы өтеді. Кернеуді өлшеу үшін КТ екі терминалына резистор қосу керек. Бұл жағдайда мен 220 Ом резисторды қолдандым, сондықтан Ом заңын V = IR қолдана отырып, КТ шығысы айнымалы токтың әрбір 5мА (немесе өлшенетін токтың әрбір 5А) айнымалы токқа 1,1 вольтты құрайды. КТ резистормен тақтаны және ұшатын сымдарды жасау үшін бірнеше аспап сыммен дәнекерленген. Мен сымдарды 3,5 мм ерлердің аудио ұясының ашаларымен тоқтаттым.

Мұнда ток трансформаторының мәліметтер кестесі берілген

Деректер тізімі

2 -қадам: сигналды кондиционерлеу

КТ сигналы әлсіз болады, сондықтан оны күшейту қажет. Ол үшін uA741 қос рельсті ампер көмегімен қарапайым күшейткіш тізбегін дәнекерледім. Бұл жағдайда пайда Rf / Rin (150k / 1k) формуласы бойынша 150 -ге тең болады. Күшейткіштен шығатын сигнал әлі де айнымалы болып табылады, оп-амптың шығысындағы диод айнымалы токтың теріс жарты циклін тоқтатады және толқынды толқынды тұрақты сигналға айналдыру үшін оң кернеуді 0,1uF конденсаторға береді. Төменде тізбекті құрайтын бөліктер берілген:

• V1-бұл диаграммада кездейсоқ, ол оп-ампердің инверторланбаған кірісіне берілетін сигнал кернеуін көрсетеді.
• R1 - бұл кері байланыс резисторы (Rf) ретінде белгілі және 150k -қа орнатылған
• R2 - Бұл кіріс резисторы (Rin) ретінде белгілі және 1k -ге орнатылған
• 741 - Бұл uA741 интегралды схемасы
• VCC - Позитивті жеткізу рельсі +12В
• VEE - теріс жеткізу рельсі -12V
• D1 - 1N4001 сигнал диодының түзеткіштігі - толқындық толқын
• C3 - Бұл капактор тұрақты сигналды белгіленген уақыт ішінде ұстайды

2 -суретте сіз оны Veroboard және қаңылтыр мыс сым арқылы жиналғанын көре аласыз. ПХД тіректері үшін 4 тесік бұрғыланды, сондықтан оларды қабаттастыруға болады (сегіз арна бар болғандықтан, сегіз күшейткіш тізбек болуы керек.

3 -қадам: Қуат көзі

Егер сіз оны нөлден жасауды қаламасаңыз, онда сіз жоғарыда көрсетілгендей Қытайдан алдын ала жиналған тақтаны сатып ала аласыз, бірақ сізге 3ВА трансформатор қажет болады (240 В-тан 12 В-қа дейін төмендеу). Бір суретте маған шамамен 2,50 фунт стерлинг қажет болды

Жобаны іске қосу үшін мен 12VDC қосарланған рельсті электрмен жабдықтауды шештім. Бұл ыңғайлы болды, өйткені ампер -ампер +12V, 0V, -12V талап етеді, және Arduino Uno 14 VDC дейінгі кез келген жеткізілімді қабылдай алады. Төменде тізбекті құрайтын бөліктер берілген:

• V1 - бұл 240 В 50 Гц розеткадан келетін қорғаныс
• T1 - бұл мен жатқан 3ВА шағын трансформатор. Трансформатордың екінші кернеудегі орталық кранның болуы маңызды, ол 0В -қа қосылады, яғни жерге
• D1 - D4 - Бұл 1N4007 диодтарын қолданатын көп толқынды көпір түзеткіші
• C1 & C2 - 35V 2200uF электролиттік конденсаторлар (35В болуы керек, өйткені оң мен теріс арасындағы потенциал 30В жетеді)
• U2 - LM7812 - 12В оң кернеу реттегіші
• U3 - LM7912 - 12В теріс кернеу реттегіші (78xx пен 79xx IC арасындағы түйреуіштердің айырмашылығын ескеріңіз!)
• C3 & C4 - 100nF 25V электролиттік конденсаторлар
• C5 & C6 - 10uF керамикалық диск конденсаторлары

Мен компоненттерді таспаға дәнекерледім және жалаңаш бір кернелген мыс сыммен тік жолдарды қостым. Жоғарыдағы 3 -сурет менің DIY қуат көзін көрсетеді, кешіріңіз, суретте секіргіштер көп!

4 -қадам: сандық түрлендіргіштердің аналогы

Arduino Uno-да 10 биттік ADC жүйесі бар, бірақ тек 6 аналогтық кіріс бар. Сондықтан мен ADS1115 16-биттік ADC екі үзілісін қолдануды жөн көрдім. Бұл 2^15 = 32767 битке 0-4.096В кернеу деңгейін көрсетуге мүмкіндік береді (4.096В-үзілістің жұмыс кернеуі), бұл әр бит 0.000125В құрайды! Сонымен қатар, ол I2C шинасын қолданатындықтан, егер қажет болса, 16 арнаны бақылауға мүмкіндік беретін 4 ADC -ке дейін қарауға болады.

Мен Fritzing көмегімен қосылымдарды көрсетуге тырыстым, бірақ шектеулерге байланысты сигнал генераторын көрсететін арнайы бөліктер жоқ. Күлгін сым күшейткіш тізбегінің шығуына қосылады, оның жанындағы қара сым барлық күшейткіш тізбектері ортақ жерге ортақ болуы керектігін көрсетеді. Сондықтан мен тақтаны пайдаланып, галстук нүктелерін қалай жасағанымды суреттедім. Дегенмен, менің нақты жобамда әйелдер тобында Veroboard -қа дәнекерленген үзіліс бар, және барлық байланыстыру нүктелері веронаға дәнекерленген.

5 -қадам: микроконтроллер

Жоғарыда айтқанымдай, мен таңдаған контроллер Arduino Uno болды, бұл жақсы таңдау болды, өйткені оның бортында көптеген функциялар бар, әйтпесе бөлек салу қажет болар еді. Сонымен қатар, ол арнайы жасалған көптеген қалқандармен үйлесімді. Бұл жағдайда мен барлық нәтижелердің уақыт белгісін қою үшін нақты уақыт сағатын және нәтижелерді.csv немесе.txt файлына жазу үшін SD картасын жазуды талап еттім. Бақытымызға орай, Arduino деректерді тіркеу қалқанында қосымша дәнекерлеусіз түпнұсқалық Arduino тақтасына бекітетін қалқандар бар. Қалқан RTClib және SD карталарымен үйлесімді, сондықтан арнайы код қажет емес.

6 -қадам: құрастыру

Мен компоненттерімнің көп бөлігін бұрап, қолөнер пышағымен ыңғайлы мөлшерге дейін кесу үшін 5 мм орташа тығыздығы орташа/төмен тығыздықтағы ПВХ (кейде көбік тақтасы деп те аталады) қолдандым. Барлық компоненттер прототип үшін модульдік үлгіде жасалған, өйткені егер ол дұрыс болмаса, жекелеген бөлшектерді алып тастауға мүмкіндік береді, бірақ бұл ПТБ сияқты тиімді емес және ұқыпты емес (әрі қарай жұмыс), бұл сонымен қатар олардың арасындағы көптеген секіргіш сымдарды білдіреді. компоненттер.

7 -қадам: кодты жүктеу

Кодты Arduino -ға жүктеңіз немесе Github репозиторийінен кодты алыңыз

github.com/smooth-jamie/datalogger.git

8 -қадам: калибрлеу

Теориялық тұрғыдан өлшенетін ток бірнеше нәрселердің жиынтығының нәтижесі болады:

Өлшенген ампер = ((((a *0,45)/150)/(1.1/5000))/1000, мұнда 'a' - күшейткіштен сигнал кернеуі

0,45-күшейткіш тізбегінің Vout мәнінің орташа мәні, 150-оп-амп күшейткіші (Rf / Rin = 150k / 1k), 1,1-ампер өлшенгенде 5А, ал 5000-бұл жай ғана 5А мА, ал 1000 - трансформатордағы бұрылыстар саны. Мұны жеңілдетуге болады:

Өлшенген ампер = (b * 9.216) / 5406555, мұнда b - ADC хабарланған мәні

Бұл формула Arduino 10 биттік ADC көмегімен сыналды және мультиметрлік мәндер мен Arduino генерацияланған мәндер арасындағы айырмашылық 11% байқалды, бұл жол берілмейтін ауытқу. Менің калибрлеудің таңдаулы әдісі - бұл электрондық кестеде мультиметрде ADC және ағымдағы мәнді жазу және үшінші ретті полином салу. Осыдан өлшенген токты есептеу кезінде жақсы нәтиже беру үшін текше формуласын қолдануға болады:

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

A, b, c және d коэффициенттері Excel -де қарапайым деректер кестесінен есептеледі, x - сіздің ADC мәні.

Деректерді алу үшін керамикалық 1к айнымалы резисторды (реостат) және айнымалы ток кернеуін 240В -тан төмендету үшін 12в трансформаторды қолдандым, бұл маған 13мА -дан 100мА -ға дейінгі айнымалы ток көзін құруға мүмкіндік береді. Неғұрлым көп деректер жиналса, соғұрлым жақсы, бірақ мен дәл трендке қол жеткізу үшін 10 деректер нүктесін жинауды ұсынамын. Бекітілген Excel үлгісі сізге коэффициенттерді есептейді, содан кейін оларды arduino кодына енгізу ғана қалады.

Кодтың 69 -жолында коэффициенттерді қайда енгізу керектігін көресіз

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

бұл Excel файлының 1 парағындағы формуламен бірдей:

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

Мұнда сіз калибрлейтін кез келген арнаның x = adc0

9 -қадам: Аяқтаңыз

Оны жобаның корпусына салыңыз. Мен қорек көзін толығымен қосуға/өшіруге арналған ауыстырып -қосқышпен, ал желіге кіруге арналған IEC «8 -сурет» қосқышымен қуат көзін өшірдім. Барлығын біріктіріңіз және сіз оны сынауға дайынсыз.

Әрі қарай жұмыс

Бүкіл жоба тез мазақ болды, сондықтан жақсартуға, ойылған схемаға, жақсы компоненттерге көп орын бар. Ең дұрысы, барлық нәрсе көп секіргіштен гөрі FR4 -ге жалатылған немесе дәнекерленген болар еді. Жоғарыда айтқанымдай, мен айтпаған нәрселер көп, бірақ егер сізде белгілі бір нәрсе болса, маған түсініктемелерде хабарлаңыз, мен нұсқаулықты жаңартамын!

18.12.2016 жаңарту

Мен қазір бірінші төрт арнаны бақылау үшін I2C «рюкзагын» қолдана отырып 16x2 СК қосқанмын, ол пост арқылы келген кезде соңғы төртеуін бақылау үшін екіншісін қосады.

Несие

Бұл жоба менің DS3231 кітапханасы, Adafruit ADS1015 кітапханасы және Arduino SD кітапханасын қоса алғанда, менің Arduino эскизінде пайдаланылатын кітапханалардың барлық авторларының арқасында мүмкін болды.