Βολτόμετρο AC χρησιμοποιώντας arduino

Σε αυτό το έργο, πρόκειται να φτιάξουμε μια συσκευή μέτρησης τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος χρησιμοποιώντας το Arduino, η οποία θα μετρήσει την τάση της παροχής εναλλασσόμενου ρεύματος στο σπίτι μας. Πρόκειται να εκτυπώσουμε αυτήν την τάση στη σειριακή οθόνη του Arduino IDE, καθώς και να εμφανιστεί στο πολύμετρο.

Η κατασκευή ενός ψηφιακού βολτόμετρου είναι πολύ εύκολη από την αναλογική, διότι στην περίπτωση του αναλογικού βολτόμετρου πρέπει να έχετε καλή γνώση των φυσικών παραμέτρων όπως ροπή, απώλειες τριβής κ.λπ. ενώ σε περίπτωση ψηφιακού βολτόμετρου μπορείτε απλά να χρησιμοποιήσετε μια μήτρα LCD ή LED ή ακόμη και ο φορητός σας υπολογιστής (όπως σε αυτήν την περίπτωση) για να εκτυπώσετε τις τιμές τάσης για εσάς. Ακολουθούν ορισμένα έργα ψηφιακού βολτόμετρου:

• Απλό κύκλωμα ψηφιακού βολτόμετρου με PCB χρησιμοποιώντας ICL7107
• Κύκλωμα βολτόμετρου LM3914
• Ψηφιακό βολτόμετρο 0-25V με χρήση μικροελεγκτή AVR

Απαιτούμενα συστατικά:

1. Ένας μετασχηματιστής 12-0-12
2. 1N4007 δίοδος
3. Πυκνωτής 1uf
4. Αντίσταση 10k; 4.7 χιλ.
5. Δίοδος Zener (5v)
6. Arduino UNO
7. Σύνδεση καλωδίων

Διάγραμμα κυκλώματος βολτόμετρου Arduino:

Το διάγραμμα κυκλώματος για αυτό το βολτόμετρο Arduino φαίνεται παραπάνω.

Συνδέσεις:

1. Συνδέστε την πλευρά υψηλής τάσης (220V) του μετασχηματιστή στην τροφοδοσία δικτύου και χαμηλή τάση (12v) στο κύκλωμα διαχωριστή τάσης.
2. Συνδέστε αντίσταση 10k σε σειρά με αντίσταση 4.7k, αλλά φροντίστε να λάβετε τάση ως είσοδο σε αντίσταση 4,7k.
3. Συνδέστε τη δίοδο όπως φαίνεται.
4. Συνδέστε τον πυκνωτή και τη δίοδο zener στα 4,7k
5. Συνδέστε ένα καλώδιο από τον ακροδέκτη της διόδου στον αναλογικό πείρο A0 του Arduino.

** Σημείωση: Συνδέστε τον πείρο γείωσης του Arduino στο σημείο όπως φαίνεται στην εικόνα ή το κύκλωμα δεν θα λειτουργήσει.

Χρειάζεστε κύκλωμα διαχωριστή τάσης;

Καθώς χρησιμοποιούμε μετασχηματιστή 220/12 v, έχουμε 12 v στην πλευρά lv. Δεδομένου ότι αυτή η τάση δεν είναι κατάλληλη ως είσοδος για το Arduino, χρειαζόμαστε ένα κύκλωμα διαχωριστή τάσης που μπορεί να δώσει κατάλληλη τιμή τάσης ως είσοδο στο Arduino

Γιατί συνδέεται η δίοδος και ο πυκνωτής;

Δεδομένου ότι το Arduino δεν λαμβάνει τιμές αρνητικής τάσης ως είσοδο, πρέπει πρώτα να αφαιρέσουμε τον αρνητικό κύκλο του κατεβασμένου AC έτσι ώστε να λαμβάνεται μόνο η θετική τιμή τάσης από το Arduino. Ως εκ τούτου, η δίοδος συνδέεται για να διορθώσει την τάση μείωσης. Ελέγξτε το κύκλωμα ανορθωτή μισού κύματος και ανορθωτή πλήρους κύματος για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την διόρθωση.

Αυτή η διορθωμένη τάση δεν είναι ομαλή καθώς περιέχει μεγάλους κυματισμούς που δεν μπορούν να μας δώσουν ακριβή αναλογική τιμή. Ως εκ τούτου, ο πυκνωτής συνδέεται για εξομάλυνση του σήματος AC.

Σκοπός της διόδου zener;

Το Arduino μπορεί να προκαλέσει ζημιά εάν τροφοδοτηθεί τάση μεγαλύτερη από 5v. Ως εκ τούτου, συνδέεται μια δίοδος zener 5v για να διασφαλιστεί η ασφάλεια του Arduino, η οποία διακόπτεται σε περίπτωση που η τάση υπερβεί τα 5v.

Λειτουργία βολτόμετρου AC με βάση το Arduino:

1. Η τάση κατεβάσματος επιτυγχάνεται στην πλευρά του μετασχηματιστή που είναι κατάλληλη για χρήση σε κανονικές αντιστάσεις ισχύος.

2. Τότε παίρνουμε την κατάλληλη τιμή τάσης σε αντίσταση 4,7k

Η μέγιστη τάση που μπορεί να μετρηθεί εντοπίζεται προσομοιώνοντας αυτό το κύκλωμα στον πρωτεό (εξηγείται στην ενότητα προσομοίωσης).

3. Το Arduino παίρνει αυτήν την τάση ως είσοδο από τον ακροδέκτη A0 με τη μορφή αναλογικών τιμών μεταξύ 0 και 1023. 0 είναι 0 volt και 1023 είναι 5v.

4. Το Arduino μετατρέπει αυτήν την αναλογική τιμή σε αντίστοιχη τάση εναλλασσόμενου ρεύματος με έναν τύπο. (Εξηγείται στην ενότητα κώδικα).

Προσομοίωση:

Το ακριβές κύκλωμα κατασκευάζεται σε πρωτεΐνη και στη συνέχεια προσομοιώνεται. Για να βρείτε τη μέγιστη τάση που μπορεί να μετρήσει αυτό το κύκλωμα και χρησιμοποιείται η δοκιμαστική μέθοδος.

Κατά την παραγωγή της μέγιστης τάσης του εναλλάκτη 440 (311 rms), η τάση στον πείρο Α0 βρέθηκε να είναι 5 βολτ, δηλαδή μέγιστη. Ως εκ τούτου, αυτό το κύκλωμα μπορεί να μετρήσει τη μέγιστη τάση 311 rms.

Η προσομοίωση πραγματοποιείται για διάφορες τάσεις μεταξύ 220 rms και 440v.

Επεξήγηση κώδικα:

Ο πλήρης κωδικός ArduinoVoltmeter δίνεται στο τέλος αυτού του έργου και εξηγείται καλά μέσω των σχολίων. Εδώ εξηγούμε λίγο μέρος του.

m είναι η αναλογική τιμή εισόδου που λαμβάνεται στον ακροδέκτη Α0, δηλαδή, m = pinMode (A0, ΕΙΣΟΔΟΣ); // ορίστε τον πείρο a0 ως πείρο εισόδου

Για να αντιστοιχίσετε τη μεταβλητή n σε αυτόν τον τύπο n = (m * . 304177), πρώτα πραγματοποιείται κάποιος υπολογισμός χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που λαμβάνονται στην ενότητα προσομοίωσης:

Όπως φαίνεται στη φωτογραφία προσομοίωσης, η αναλογική τιμή 5v ή 1023 λαμβάνεται στον ακροδέκτη A0 όταν η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος είναι 311volts. Ως εκ τούτου:

Έτσι οποιαδήποτε τυχαία αναλογική τιμή αντιστοιχεί σε (311/1023) * m όπου m λαμβάνεται αναλογική τιμή.

Ως εκ τούτου φτάνουμε σε αυτόν τον τύπο:

n = (311/1023) * m βολτ ή n = (m *.304177)

Τώρα αυτή η τιμή τάσης εκτυπώνεται στη σειριακή οθόνη χρησιμοποιώντας σειριακές εντολές όπως εξηγείται παρακάτω. Επίσης εμφανίζεται στο πολύμετρο όπως φαίνεται στο παρακάτω βίντεο.

Οι τιμές που εκτυπώνονται στην οθόνη είναι:

Αναλογική τιμή εισαγωγής όπως καθορίζεται στον κώδικα:

Serial.print ("αναλογική είσοδος"); // αυτό δίνει όνομα που είναι «αναλογική είσοδος» στην εκτυπωμένη αναλογική τιμή Serial.print (m) · // αυτό εκτυπώνει απλά την αναλογική τιμή εισόδου

Απαιτούμενη τάση εναλλασσόμενου ρεύματος όπως ορίζεται στον κώδικα:

Serial.print ("AC τάση"); // αυτό δίνει το όνομα "τάση AC" στην τυπωμένη αναλογική τιμή Serial.print (n); // αυτό εκτυπώνει απλά την τιμή τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος