Ψηφιακό κύκλωμα αμπερόμετρου με χρήση μικροελεγκτή pic και acs712

Η μέτρηση της τάσης και του ρεύματος θα είναι πάντα χρήσιμη κατά την κατασκευή ή την αποσφαλμάτωση οποιουδήποτε ηλεκτρικού συστήματος. Σε αυτό το έργο πρόκειται να φτιάξουμε το δικό μας ψηφιακό αμπερόμετρο χρησιμοποιώντας τον μικροελεγκτή PIC16F877A και τον τρέχοντα αισθητήρα ACS712-5A. Αυτό το έργο μπορεί να μετρήσει τόσο το ρεύμα AC όσο και το DC με εύρος 0-30A με ακρίβεια 0,3A. Με λίγες τροποποιήσεις στον κώδικα, μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε αυτό το κύκλωμα για τη μέτρηση έως και 30Α. Ας ξεκινήσουμε λοιπόν !!!

Απαιτούμενα υλικά:

1. PIC16F877Α
2. 7805 Ρυθμιστής τάσης
3. Τρέχων αισθητήρας ACS712
4. Οθόνη LCD 16 * 2
5. Ένα κουτί διακλάδωσης και φορτίο (Μόνο για δοκιμές)
6. Σύνδεση καλωδίων
7. Πυκνωτές
8. Ψωμί.
9. Τροφοδοσία - 12V

Λειτουργία αισθητήρα ρεύματος ACS712:

Πριν ξεκινήσουμε την κατασκευή του έργου, είναι πολύ σημαντικό για εμάς να κατανοήσουμε τη λειτουργία του αισθητήρα ACS712 Current, καθώς είναι το βασικό στοιχείο του έργου. Η μέτρηση του ρεύματος ειδικά του ρεύματος AC είναι πάντα μια δύσκολη δουλειά λόγω του θορύβου σε συνδυασμό με το ακατάλληλο πρόβλημα απομόνωσης κ.λπ.

Αυτή η ενότητα λειτουργεί βάσει της αρχής του Hall-effect, η οποία ανακαλύφθηκε από τον Δρ Edwin Hall. Σύμφωνα με την αρχή του, όταν ένας αγωγός μεταφοράς ρεύματος τοποθετείται σε μαγνητικό πεδίο, δημιουργείται τάση στα άκρα του κάθετα προς τις κατευθύνσεις τόσο του ρεύματος όσο και του μαγνητικού πεδίου. Ας μην μπαίνουμε πολύ βαθιά στην ιδέα αλλά, απλά, χρησιμοποιούμε έναν αισθητήρα αίθουσας για να μετρήσουμε το μαγνητικό πεδίο γύρω από έναν τρέχοντα αγωγό μεταφοράς. Αυτή η μέτρηση θα είναι σε όρους χιλιοστών βολτ που ονομάσαμε τάση τάσης. Αυτή η μετρούμενη τάση αίθουσας είναι ανάλογη με το ρεύμα που ρέει μέσω του αγωγού.

Το κύριο πλεονέκτημα της χρήσης του αισθητήρα ρεύματος ACS712 είναι ότι μπορεί να μετρήσει τόσο το ρεύμα AC όσο και το DC και παρέχει επίσης απομόνωση μεταξύ του φορτίου (φορτίο AC / DC) και της μονάδας μέτρησης (μέρος μικροελεγκτή). Όπως φαίνεται στην εικόνα έχουμε τρεις καρφίτσες στη μονάδα που είναι Vcc, Vout και Ground αντίστοιχα.

Το μπλοκ ακροδεκτών 2 ακίδων είναι εκεί όπου πρέπει να περάσει το τρέχον καλώδιο μεταφοράς. Η μονάδα λειτουργεί σε + 5V, οπότε το Vcc πρέπει να τροφοδοτείται από 5V και η γείωση πρέπει να συνδέεται με τη Γείωση του συστήματος. Ο πείρος Vout έχει τάση μετατόπισης 2500mV, που σημαίνει ότι όταν δεν υπάρχει ρεύμα που ρέει μέσω του καλωδίου τότε η τάση εξόδου θα είναι 2500mV και όταν το ρεύμα που ρέει είναι θετικό, η τάση θα είναι μεγαλύτερη από 2500mV και όταν το ρεύμα που ρέει είναι αρνητικό, το η τάση θα είναι μικρότερη από 2500mV.

Θα χρησιμοποιήσουμε τη μονάδα ADC του μικροελεγκτή PIC για να διαβάσουμε την τάση εξόδου (Vout) της μονάδας, η οποία θα είναι 512 (2500mV) όταν δεν ρέει ρεύμα μέσω του καλωδίου. Αυτή η τιμή θα μειωθεί καθώς το ρεύμα ρέει σε αρνητική κατεύθυνση και θα αυξάνεται καθώς το ρεύμα ρέει σε θετική κατεύθυνση. Ο παρακάτω πίνακας θα σας βοηθήσει να καταλάβετε πώς διαφέρει η τάση εξόδου και η τιμή ADC με βάση το ρεύμα που ρέει μέσω του καλωδίου.

Αυτές οι τιμές υπολογίστηκαν με βάση τις πληροφορίες που δίνονται στο φύλλο δεδομένων του ACS712. Μπορείτε επίσης να τους υπολογίσετε χρησιμοποιώντας τους παρακάτω τύπους:

Τάση Vout (mV) = (Τιμή ADC / 1023) * 5000 ρεύμα μέσω του καλωδίου (A) = (Vout (mv) -2500) / 185

Τώρα, γνωρίζουμε πώς λειτουργεί ο αισθητήρας ACS712 και τι μπορούμε να περιμένουμε από αυτόν. Ας προχωρήσουμε στο διάγραμμα κυκλώματος.

Διάγραμμα κυκλώματος:

Το πλήρες διάγραμμα κυκλώματος αυτού του Digital Ammeter Project εμφανίζεται στην παρακάτω εικόνα.

Το πλήρες ψηφιακό κύκλωμα μετρητή ρεύματος λειτουργεί σε + 5V το οποίο ρυθμίζεται από έναν ρυθμιστή τάσης 7805. Έχουμε χρησιμοποιήσει μια οθόνη LCD 16X2 για να εμφανίσουμε την τιμή του ρεύματος. Ο πείρος εξόδου του αισθητήρα ρεύματος (Vout) είναι συνδεδεμένο με το 7 ^ου πείρου του PIC που είναι η AN4 να διαβάσει την αναλογική τάση.

Περαιτέρω η σύνδεση ακίδων για το PIC φαίνεται στον παρακάτω πίνακα

S.No:	Αριθμός Pin	Όνομα καρφιτσώματος	Συνδεδεμένος με
1	21	RD2	RS LCD
2	22	RD3	Ε της LCD
3	27	RD4	D4 της LCD
4	28	RD5	D5 της οθόνης LCD
5	29	RD6	D6 της οθόνης LCD
6	30	RD7	D7 της οθόνης LCD
7	7	ΑΝ4	Vout of Current Sesnor

Μπορείτε να δημιουργήσετε αυτό το ψηφιακό κύκλωμα αμπερόμετρου σε ένα breadboard ή να χρησιμοποιήσετε μια πλακέτα perf. Εάν παρακολουθήσατε τα μαθήματα PIC τότε μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε ξανά το υλικό που χρησιμοποιήσαμε για την εκμάθηση μικροελεγκτών PIC. Εδώ χρησιμοποιήσαμε το ίδιο perf Board που έχουμε κατασκευάσει για LED που αναβοσβήνει με μικροελεγκτή PIC, όπως φαίνεται παρακάτω:

Σημείωση: Δεν είναι υποχρεωτικό να δημιουργήσετε αυτήν την πλακέτα, μπορείτε απλώς να ακολουθήσετε το διάγραμμα κυκλώματος και να δημιουργήσετε το κύκλωμα σε μια πλακέτα ψωμιού και να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε κιτ ανατρεπόμενο για να πετάξετε το πρόγραμμά σας στον μικροελεγκτή PIC.

Προσομοίωση:

Αυτό το τρέχον κύκλωμα μετρητή μπορεί επίσης να προσομοιωθεί χρησιμοποιώντας το Proteus προτού συνεχίσετε με το Υλικό σας. Αντιστοιχίστε το hex αρχείο του κώδικα που δίνεται στο τέλος αυτού του σεμιναρίου και κάντε κλικ στο κουμπί αναπαραγωγής. Θα πρέπει να μπορείτε να παρατηρήσετε το ρεύμα στην οθόνη LCD. Έχω χρησιμοποιήσει μια Λάμπα ως φορτίο AC, μπορείτε να αλλάξετε την εσωτερική αντίσταση της Λάμπας κάνοντας κλικ πάνω της για να μεταβάλλετε το ρεύμα που διατρέχει.

Όπως μπορείτε να δείτε στην παραπάνω εικόνα, το Ammeter δείχνει το πραγματικό ρεύμα που ρέει μέσω της Λάμπας που είναι περίπου 3,52 A και η LCD δείχνει το ρεύμα να είναι περίπου 3,6A. Ωστόσο, σε πρακτική περίπτωση ενδέχεται να έχουμε σφάλμα έως 0,2A. Η τιμή και η τάση ADC σε (mV) εμφανίζονται επίσης στην οθόνη LCD για την κατανόησή σας.

Προγραμματισμός του μικροελεγκτή PIC:

Όπως ειπώθηκε νωρίτερα, ο πλήρης κωδικός βρίσκεται στο τέλος αυτού του άρθρου. Ο κώδικας εξηγείται από μόνος του με γραμμές σχολίων και περιλαμβάνει απλώς την έννοια της διασύνδεσης μιας οθόνης LCD με τον μικροελεγκτή PIC και τη χρήση της ενότητας ADC στον μικροελεγκτή PIC, την οποία έχουμε ήδη καλύψει στα προηγούμενα σεμινάρια εκμάθησης μικροελεγκτών PIC.

Η τιμή που διαβάζεται από τον αισθητήρα δεν θα είναι ακριβής καθώς το ρεύμα εναλλάσσεται και υπόκειται επίσης σε θόρυβο. Ως εκ τούτου, διαβάζουμε την τιμή ADC για 20 φορές και τη μέση τιμή για να λάβουμε την κατάλληλη τρέχουσα τιμή όπως φαίνεται στον παρακάτω κώδικα.

Χρησιμοποιήσαμε τους ίδιους τύπους που εξηγήθηκαν παραπάνω για τον υπολογισμό της τάσης και της τρέχουσας τιμής.

για (int i = 0; i <20; i ++) // Τιμή ανάγνωσης για 20 φορές {adc = 0; adc = ADC_Read (4); // Διαβάστε το ADC Voltage = adc * 4.8828; // Υπολογίστε την τάση εάν (Τάση> = 2500) // Εάν το ρεύμα είναι θετικό Amps + = ((Τάση-2500) / 18,5); αλλιώς εάν (Τάση <= 2500) // Εάν το ρεύμα είναι αρνητικό Amps + = ((2500-Τάση) / 18,5) } Amps / = 20; // Μέση τιμή που διαβάστηκε για 20 φορές

Δεδομένου ότι αυτό το έργο μπορεί επίσης να διαβάσει το ρεύμα AC, η τρέχουσα ροή θα είναι επίσης αρνητική και θετική. Αυτή είναι η τιμή της τάσης εξόδου θα είναι πάνω και κάτω από 2500mV. Ως εκ τούτου, όπως φαίνεται παρακάτω, αλλάζουμε τους τύπους για αρνητικό και θετικό ρεύμα, ώστε να μην έχουμε αρνητική τιμή.

if (Τάση> = 2500) // Εάν το ρεύμα είναι θετικό Amps + = ((Τάση-2500) / 18,5); αλλιώς εάν (Τάση <= 2500) // Εάν το ρεύμα είναι αρνητικό Amps + = ((2500-Τάση) / 18,5);

Χρησιμοποιώντας έναν τρέχοντα αισθητήρα 30A:

Εάν πρέπει να μετρήσετε το ρεύμα περισσότερο από 5A, μπορείτε απλώς να αγοράσετε μια μονάδα ACS712-30A και να την συνδέσετε με τον ίδιο τρόπο και να αλλάξετε την παρακάτω γραμμή κώδικα αντικαθιστώντας την 18,5 με 0,66 όπως φαίνεται παρακάτω:

if (Τάση> = 2500) // Εάν το ρεύμα είναι θετικό Amps + = ((Τάση-2500) /0.66); αλλιώς εάν (Τάση <= 2500) // Εάν το ρεύμα είναι αρνητικό Amps + = ((2500-Τάση) /0.66);

Ελέγξτε επίσης 100mA Ammeter χρησιμοποιώντας AVR Microcontroller εάν θέλετε να μετρήσετε χαμηλό ρεύμα.

Εργαζόμενος:

Μόλις προγραμματίσετε τον μικροελεγκτή PIC και προετοιμάσετε το υλικό σας. Απλώς ενεργοποιήστε το φορτίο και τον μικροελεγκτή PIC, θα πρέπει να μπορείτε να δείτε το ρεύμα που περνά μέσα από το καλώδιο που εμφανίζεται στην οθόνη LCD.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Εάν χρησιμοποιείτε μονάδα ASC7125A, βεβαιωθείτε ότι το φορτίο σας δεν καταναλώνει περισσότερα από 5Α, επίσης, χρησιμοποιείτε καλώδια υψηλότερου εύρους για τρέχοντες αγωγούς μεταφοράς.

Η ολοκληρωμένη εργασία του έργου αμπερόμετρο με βάση τον μικροελεγκτή PIC εμφανίζεται στο παρακάτω βίντεο. Ελπίζω να δουλέψετε το έργο και να το απολαύσετε. Εάν έχετε αμφιβολίες, μπορείτε να τις γράψετε στην παρακάτω ενότητα σχολίων ή να τις δημοσιεύσετε στα φόρουμ μας.