جهاز استشعار التيار الكهربائي DIY لاردوينو: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

مرحبًا بكم ، أتمنى أن تكون جيدًا وفي هذا البرنامج التعليمي سأوضح لك كيف صنعت مستشعرًا حاليًا لـ Arduino باستخدام بعض المكونات الإلكترونية الأساسية وتحويل محلي الصنع. يمكن لهذه التحويلة التعامل بسهولة مع مقدار كبير من التيار ، حوالي 10-15 أمبير. الدقة أيضًا جيدة جدًا وتمكنت من الحصول على نتائج جيدة جدًا أثناء قياس التيارات المنخفضة حوالي 100 مللي أمبير.

اللوازم

1. Arduino Uno أو ما يعادلها وسلك البرمجة
2. OP- أمبير LM358
3. أسلاك العبور
4. 100 كيلو أوم المقاوم
5. 220 كيلو أوم المقاوم
6. 10 كم المقاوم
7. Veroboard أو Zero PCB board
8. تحويلة (8 إلى 10 مللي أوم)

الخطوة الأولى: جمع الأجزاء المطلوبة

الأجزاء الرئيسية التي ستحتاجها لهذا البناء هي Shunt جنبًا إلى جنب مع مكبر التشغيل IC. بالنسبة لتطبيقي ، أستخدم IC LM358 وهو عبارة عن ثنائي ثنائي الشريحة OP-AMP 8 pin DIP IC الذي أستخدم منه مضخمًا تشغيليًا واحدًا فقط. ستحتاج أيضًا إلى مقاومات لدائرة مكبر الصوت غير المقلوبة. لقد اخترت 320K و 10 K كمقاومات. يعتمد اختيار مقاومتك تمامًا على مقدار الربح الذي تريده ، والآن يتم تشغيل OP-AMP بواسطة 5 فولت من Arduino. لذلك نحتاج إلى التأكد من أن جهد الخرج من OP-AMP عندما يمر التيار الكامل عبر التحويلة يجب أن يكون أقل من 5 فولت ، ويفضل أن يكون 4 فولت للاحتفاظ ببعض هامش الخطأ. إذا اخترنا مكسبًا مرتفعًا بدرجة كافية ، ثم لقيمة أقل للتيار ، فإن OP-AMP ستنتقل إلى منطقة التشبع وتعطي 5 فولت فقط فوق أي قيمة حالية ، لذا تأكد من اختيار قيمة كسب مكبر الصوت بشكل مناسب. قد تحتاج أيضًا إلى نموذج أولي لـ PCB أو لوحة توصيل لتجربة هذه الدائرة. بالنسبة لوحدة التحكم الصغيرة ، أستخدم Arduino UNO للحصول على المدخلات من خرج مكبر الصوت. يمكنك اختيار أي لوحة Arduino معادلة تريدها.

الخطوة 2: صنع مقاوم التحويل الخاص بك

القلب الرئيسي للمشروع هو المقاوم التحويلية المستخدمة لتوفير انخفاض الجهد الصغير. يمكنك بسهولة إجراء هذه التحويلة دون الكثير من المتاعب. إذا كان لديك سلك فولاذي صلب سميك ، فيمكنك قطع طول معقول لهذا السلك ويمكنك استخدامه كتحويل. بديل آخر لذلك هو إنقاذ مقاومات التحويل من عدة أمتار قديمة أو تالفة تمامًا كما هو موضح هنا. النطاق الحالي الذي تريد قياسه يعتمد إلى حد كبير على قيمة المقاوم التحويل. يمكنك عادةً استخدام التحويلات بترتيب من 8 إلى 10 مللي أوم.

الخطوة 3: مخطط الدائرة للمشروع

إليك النظرية بأكملها كملخص وأيضًا مخطط الدائرة لوحدة المستشعر الحالي الذي يوضح تنفيذ التكوين غير المقلوب لـ OP-AMP الذي يوفر الكسب الضروري. لقد قمت أيضًا بتوصيل مكثف 0.1 فائق التوهج عند خرج OP-AMP لتخفيف جهد الخرج وتقليل أي ضوضاء عالية التردد في حالة حدوثها.

الخطوة 4: جمع كل ذلك معًا …

الآن حان الوقت أخيرًا لإخراج وحدة الاستشعار الحالية من هذه المكونات. لهذا قمت بقص قطعة صغيرة من اللوح الخشبي ورتبت المكونات الخاصة بي بطريقة يمكنني من خلالها تجنب استخدام أي أسلاك أو موصلات توصيل ويمكن توصيل الدائرة بأكملها باستخدام وصلات لحام مباشرة. لتوصيل الحمل من خلال التحويلة ، استخدمت المحطات اللولبية ، مما يجعل التوصيلات أكثر تنظيمًا وفي نفس الوقت يجعل من السهل جدًا تبديل / استبدال الأحمال المختلفة التي أرغب في قياس التيار من أجلها. تأكد من تحديد الأطراف اللولبية ذات النوعية الجيدة والقادرة على التعامل مع التيارات الكبيرة. لقد أرفقت بعض الصور لعملية اللحام وكما ترى فإن آثار اللحام ظهرت بشكل جيد دون استخدام أي وصلة توصيل أو سلك. هذا جعل وحدتي أكثر دواما. لإعطائك منظورًا عن مدى صغر هذه الوحدة ، احتفظت بها جنبًا إلى جنب مع عملة روبية هندية 2 والحجم قابل للمقارنة تقريبًا. يمكّنك هذا الحجم الصغير من ملاءمة هذه الوحدة في مشاريعك بسهولة. إذا كان بإمكانك استخدام مكونات SMD ، فيمكن حتى تقليل الحجم.

الخطوة الخامسة: معايرة المستشعر لإعطاء قراءات صحيحة

بعد إنشاء الوحدة بأكملها هنا يأتي جزء صعب طفيف ، معايرة أو بالأحرى الخروج بالكود الضروري لقياس القيمة الصحيحة للتيار. الآن بشكل أساسي ، نقوم بضرب انخفاض الجهد في التحويلة لإعطائنا جهدًا مضخمًا ، مرتفعًا بما يكفي لتسجيل وظيفة Arduino analogRead (). الآن المقاومة ثابتة ، يكون جهد الخرج خطيًا فيما يتعلق بحجم التيار الذي يمر عبر التحويلة. تتمثل الطريقة السهلة لمعايرة هذه الوحدة في استخدام مقياس متعدد فعلي لحساب قيمة التيار المار عبر دائرة معينة. لاحظ قيمة التيار هذه ، باستخدام وظيفة اردوينو والمراقبة التسلسلية ، انظر إلى القيمة التناظرية القادمة (تتراوح من 0 إلى 1023. استخدم المتغير كنوع بيانات عائم للحصول على قيم أفضل). يمكننا الآن مضاعفة هذه القيمة التناظرية بثابت للحصول على القيمة الحالية المطلوبة ، وبما أن العلاقة بين الجهد والتيار خطية ، فإن هذا الثابت سيكون هو نفسه تقريبًا لنطاق التيار بأكمله ، على الرغم من أنه قد يتعين عليك القيام ببعض الأمور الطفيفة التعديلات في وقت لاحق. يمكنك تجربة 4-5 قيم حالية معروفة للحصول على القيمة الثابتة. سوف أذكر الكود الذي استخدمته لهذا العرض التوضيحي.

الخطوة السادسة: الاستنتاجات النهائية

يعمل هذا المستشعر الحالي جيدًا في معظم التطبيقات التي تعمل بالتيار المستمر ولديه خطأ أقل من 70 مللي أمبير إذا تمت معايرته بشكل صحيح. مهما كانت هناك بعض القيود على هذا التصميم ، في التيارات المنخفضة جدًا أو العالية جدًا ، يصبح الانحراف عن القيمة الفعلية كبيرًا. لذا فإن بعض التعديل في الكود ضروري للحالات الحدودية. أحد البدائل هو استخدام مضخم الأجهزة ، الذي يحتوي على دوائر دقيقة لتضخيم الفولتية الصغيرة جدًا ويمكن استخدامه أيضًا في الجانب العالي من الدائرة. كما يمكن تحسين الدائرة باستخدام OP-AMP أفضل ومنخفض الضوضاء. بالنسبة للتطبيق الخاص بي ، فهو يعمل بشكل جيد ويعطي إخراجًا قابلًا للتكرار. أخطط لعمل مقياس واط ، حيث سأستخدم نظام قياس التيار التحويلي هذا. اتمنى انكم استمتعتم بهذا البناء