Interruttore di carico automatico (vuoto) con ACS712 e Arduino: 7 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Ciao a tutti, Far funzionare un utensile elettrico in uno spazio chiuso è un trambusto, perché tutta la polvere creata nell'aria e la polvere nell'aria, significa polvere nei polmoni. Far funzionare il tuo shop vac può eliminare alcuni di questi rischi, ma accenderlo e spegnerlo ogni volta che usi uno strumento è una seccatura.

Per alleviare questo dolore, ho costruito questo interruttore automatico che ospita un Arduino con un sensore di corrente per rilevare quando un utensile elettrico è in funzione e accendere automaticamente l'aspirapolvere. Cinque secondi dopo che l'utensile si è fermato, anche il vuoto si ferma.

Forniture

Per realizzare questo interruttore ho utilizzato i seguenti componenti e materiali:

• Arduino Uno -
• Sensore di corrente ACS712 -
• Attiny85 -
• Presa CI -
• Relè a stato solido -
• Relè meccanico 5V-https://s.click.aliexpress.com/e/_dVu7qTb
• HLK-PM01 Alimentazione 5V -
• Prototipo PCB -
• Filo -
• Cavi Dupont -
• Custodia in plastica -
• Saldatore -
• Saldatura -
• Tagliafili -

Passaggio 1: rilevamento della corrente con ACS712

Il protagonista del progetto è questo sensore di corrente ACS712 che funziona secondo il principio dell'effetto Hall. La corrente che scorre attraverso il chip genera un campo magnetico che un sensore ad effetto hall poi legge ed emette una tensione proporzionale alla corrente che lo attraversa.

Quando non scorre corrente, la tensione di uscita è a metà della tensione di ingresso e poiché misura la corrente alternata e continua quando la corrente scorre in una direzione, la tensione aumenta mentre quando la corrente cambia direzione, la tensione diminuisce.

Se colleghiamo il sensore ad un Arduino e tracciamo l'uscita del sensore possiamo seguire questo comportamento quando misuriamo la corrente che scorre attraverso una lampadina.

Se osserviamo più da vicino i valori tracciati sullo schermo possiamo notare che il sensore è molto sensibile al rumore quindi anche se fornisce letture abbastanza buone, non può essere utilizzato in situazioni in cui è richiesta precisione.

Nel nostro caso, abbiamo bisogno solo di informazioni generali se scorre una corrente significativa o meno, quindi non siamo influenzati dal rumore che raccoglie.

Passaggio 2: misurazione corretta della corrente alternata

L'interruttore che stiamo costruendo rileverà gli apparecchi CA, quindi dobbiamo misurare la corrente CA. Se dobbiamo semplicemente misurare il valore attuale della corrente che scorre, possiamo misurare in un dato momento e questo potrebbe darci un'indicazione sbagliata. Ad esempio, se misuriamo al picco dell'onda sinusoidale, registreremo un flusso di corrente elevato e quindi attiveremo il vuoto. Tuttavia, se misuriamo nel punto di zero-crossing, non registreremo alcuna corrente e supporremo erroneamente che lo strumento non sia acceso.

Per mitigare questo problema, dobbiamo misurare i valori più volte durante un certo periodo di tempo e identificare i valori più alti e più bassi per la corrente. Possiamo quindi calcolare la differenza tra e con l'aiuto della formula nelle immagini, calcolare il vero valore RMS per la corrente.

Il vero valore RMS è la corrente CC equivalente che dovrebbe fluire nello stesso circuito per fornire la stessa potenza.

Passaggio 3: costruire un circuito prototipo

Per iniziare a misurare con il sensore, è necessario interrompere uno dei collegamenti al carico e posizionare i due terminali del sensore ACS712 in serie al carico. Il sensore viene quindi alimentato da 5V dall'Arduino e il suo pin di uscita è collegato a un ingresso analogico su Uno.

Per il controllo del negozio vac, abbiamo bisogno di un relè per controllare la spina di uscita. Puoi usare un relè a stato solido o uno meccanico mentre sto usando, ma assicurati che sia valutato per la potenza del tuo negozio vac. Al momento non avevo un relè a canale singolo, quindi userò questo modulo relè a 2 canali per ora e lo sostituirò in seguito.

La spina di uscita per il negozio vac sarà collegata tramite il relè e il suo contatto normalmente aperto. Una volta attivato il relè, il circuito verrà chiuso e l'aspirapolvere del negozio verrà attivato automaticamente.

Il relè è controllato tramite il pin 7 sull'Arduino al momento, quindi ogni volta che rileviamo che una corrente scorre attraverso il sensore possiamo abbassare quel pin e questo accenderà il vuoto.

Passaggio 4: Spiegazione del codice e funzionalità

Una caratteristica davvero interessante che ho anche aggiunto al codice del progetto è un leggero ritardo per mantenere il vuoto in funzione per altri 5 secondi dopo l'arresto dello strumento. Questo aiuterà davvero con la polvere residua che si crea mentre lo strumento si ferma completamente.

Per ottenere ciò nel codice, utilizzo due variabili in cui ottengo prima l'ora in millesimi corrente quando l'interruttore è acceso e quindi aggiorno quel valore a ogni iterazione del codice mentre lo strumento è acceso.

Quando lo strumento si spegne, ora otteniamo di nuovo il valore in millisecondi corrente e poi controlliamo se la differenza tra questi due è maggiore del nostro intervallo specificato. Se ciò è vero, disattiviamo il relè e aggiorniamo il valore precedente con quello attuale.

La funzione di misurazione principale nel codice si chiama misura e in essa assumiamo prima i valori minimo e massimo per i picchi ma affinché vengano cambiati definitivamente assumiamo valori invertiti dove 0 è il picco alto e 1024 è il picco basso.

Nel corso dell'intero periodo di intervallo definito dalla variabile iterazioni, leggiamo il valore del segnale di ingresso e aggiorniamo i valori minimi e massimi effettivi per i picchi.

Alla fine, calcoliamo la differenza e questo valore viene quindi utilizzato con la formula RMS di prima. Questa formula può essere semplificata semplicemente moltiplicando la differenza di picco con 0,3536 per ottenere il valore RMS.

Ognuna delle versioni del sensore per amperaggio diverso ha una sensibilità diversa, quindi questo valore deve essere nuovamente moltiplicato per un coefficiente calcolato sulla base dell'amperaggio del sensore.

Il codice completo è disponibile sulla mia pagina GitHub e il link per il download è sotto

Passaggio 5: minimizzare l'elettronica (opzionale)

A questo punto, la parte elettronica e codice del progetto è sostanzialmente terminata ma non sono ancora molto pratici. L'Arduino Uno è ottimo per la prototipazione in questo modo ma praticamente è davvero ingombrante quindi avremo bisogno di un involucro più grande.

Volevo inserire tutta l'elettronica in questo raccordo di plastica che ha dei bei cappucci per le estremità e per farlo, dovrò minimizzare l'elettronica. Alla fine ho dovuto ricorrere all'utilizzo di un recinto più grande per ora, ma una volta che avrò la scheda relè più piccola li cambierò.

L'Arduino Uno sarà sostituito con un chip Attiny85 che può essere programmato con Uno. Il processo è semplice e cercherò di fornire un tutorial separato per questo.

Per eliminare la necessità di alimentazione esterna, utilizzerò questo modulo HLK-PM01 che converte la corrente alternata in 5V e ha un ingombro davvero ridotto. Tutta l'elettronica sarà posizionata su un prototipo PCB a doppia faccia e collegata con fili.

Lo schema finale è disponibile su EasyEDA e il collegamento ad esso può essere trovato di seguito.

Passaggio 6: imballare l'elettronica in una custodia

Il tabellone finale non è sicuramente il mio miglior lavoro fintanto che si è rivelato un po' più disordinato di quanto avrei voluto. Sono sicuro che se ci passo più tempo sarà più bello, ma la cosa principale è che ha funzionato ed è sostanzialmente più piccolo di quello che era con Uno.

Per impacchettare il tutto, ho prima installato alcuni cavi alle spine di ingresso e uscita che sono lunghi circa 20 cm. Come custodia, ho rinunciato al raccordo perché alla fine era troppo piccolo, ma sono riuscito a inserire tutto all'interno di una scatola di giunzione.

Il cavo di ingresso viene quindi fatto passare attraverso il foro e collegato sul terminale di ingresso sulla scheda e lo stesso viene fatto sull'altro lato dove ora sono collegati i due cavi. L'una uscita è per il negozio vac e l'altra per lo strumento.

Con tutto collegato, mi sono assicurato di testare l'interruttore prima di mettere tutto nella custodia e chiuderlo tutto con il coperchio. Il raccordo sarebbe stato un involucro più carino in quanto proteggerà l'elettronica da eventuali liquidi o polvere che potrebbero finire su di loro nella mia officina, quindi una volta che avrò la nuova scheda relè sposterò tutto lì.

Passaggio 7: divertiti ad usarlo

Per utilizzare questo interruttore automatico, devi prima collegare la spina di ingresso a una presa a muro o una prolunga come nel mio caso e poi lo strumento e l'aspiratore da negozio sono collegati nelle loro prese appropriate.

All'avvio dello strumento, l'aspirapolvere si accende automaticamente e continuerà a funzionare per altri 5 secondi prima di spegnersi automaticamente.

Spero che tu sia riuscito a imparare qualcosa da questo Instructable, quindi per favore premi quel pulsante preferito se ti piace. Ho molti altri progetti che puoi vedere e non dimenticare di iscriverti al mio canale YouTube per non perderti i miei prossimi video.

Saluti e grazie per la lettura!