Piccolo misuratore V/A con INA219: 9 passaggi (con immagini)

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

Stanco di ricollegare il multimetro quando vuoi misurare sia la tensione che la corrente su un piccolo progetto? Tiny V/A meter è il dispositivo di cui hai bisogno!

Non c'è niente di nuovo nel sensore di corrente high side INA219. Ci sono molti buoni progetti là fuori che utilizzano la sua capacità di misurare sia la corrente che la tensione su un carico. Inizialmente mi sono ispirato allo youtuber Julian Ilett e al suo video "10 Minute Arduino Project - INA219 Current Sensor". Ma volevo un misuratore compatto con un'interfaccia semplice e una custodia stampata in 3D, quindi ho deciso di realizzarlo da solo.

Informazioni sul sensore INA219:

L'INA219 è in grado di misurare ±3.2A con una risoluzione di 0.1mA. Lo fa misurando la caduta di tensione sulla resistenza da 0,1 ohm sul PCB. Quindi il sensore introdurrà una caduta di tensione molto piccola ma solo 320 mV nel peggiore dei casi (3,2 A). Ad esempio a 100 mA la caduta è di soli 10 mV. Se lo si desidera, è possibile modificare il resistore per ottenere una gamma o una risoluzione più elevate. Contemporaneamente il sensore misura anche la tensione del bus con una risoluzione di 4 mV. Nella mia esperienza le letture di tensione sono molto precise. La precisione delle letture correnti dipende dalla resistenza effettiva del resistore. In genere hanno una tolleranza dell'1% (ma non sono sicuro che dovresti fidarti delle bacheche eBay economiche). Credo che dovrebbe essere possibile calibrare i risultati se si conosce il valore preciso del resistore. Ma non ho approfondito ulteriormente la questione poiché la precisione è stata sufficiente per le mie esigenze. Il sensore ha diverse impostazioni di guadagno: queste non influiranno sulla risoluzione ma aiutano a ridurre il rumore nelle gamme basse.

Caratteristiche del piccolo misuratore V/A:

• Può essere alimentato da USB o dall'ingresso di alimentazione.

  • Se fornito da USB, l'alimentazione in ingresso può variare da 0 a 26 V. Solo la corrente di dispersione del sensore influisce sulla potenza assorbita. Bello se vuoi verificare la capacità di una batteria.
  • Quando alimentato dall'ingresso di alimentazione, questo può variare da 4 a 15 V. (Limitazioni del regolatore di tensione arduino).
  • L'input selezionato viene rilevato all'avvio o alla modifica e visualizzerà un messaggio di intervallo per l'utente.
• Può visualizzare contemporaneamente tensione, corrente, potenza e mAh.
• mAh può essere ripristinato.
• Interfaccia a un pulsante con pressione breve / lunga.
• Selezionare le gamme INA219: 26 V / 3,2 A, 26 V / 1 A o 16 V / 0,4 A.
• Selezionare la frequenza di campionamento 100, 200, 500 o 1000 ms.
• Abilita/disabilita la sospensione del sensore per ridurre la corrente di dispersione nel sensore.
• Le impostazioni sono memorizzate in EEPROM e ricaricate all'avvio

• Interfaccia seriale

  • Stampa i risultati su seriale. Può essere utilizzato per la registrazione.
  • Modificare le impostazioni con i comandi seriali

Forniture

1x Arduino Nano - Esempio eBay di Arduino Nano

1x scheda sensore INA219 - Esempio di scheda sensore viola INA219 eBay

1x OLED 0,96" I2C 128X64 4-pin - OLED 0,96" Blu I2C esempio eBay

1x interruttore tattile capacitivo TTP223 - Esempio di PCB con pulsante tattile capacitivo TTP223 eBay

1x presa femmina per presa jack di alimentazione - montaggio su foro presa jack di alimentazione femmina esempio eBay

1x jack di alimentazione maschio - jack di alimentazione maschio con terminali a vite esempio eBay o jack di alimentazione maschio con terminali push esempio eBay

1x interruttore a scorrimento 2 posizione 6 pin - interruttore a scorrimento 6 pin esempio eBay

fili

1x connettore maschio a 5 pin (opzionale) - 2,54 pin maschio intestazioni Esempio eBay

1x connettore femmina a 5 pin (opzionale) - Set di connettori Dupont esempio eBay o connettore a singola riga 2,54 pin ad esempio eBay

Tubo termoretraibile (opzionale)

Utensili:

Saldatore

Stampante 3D (se vuoi la custodia stampata in 3D)

Pistola a colla

Passaggio 1: schemi

Ho fatto due versioni degli schemi. Uno tradizionale e uno basato sull'immagine. Le connessioni sono identiche, quindi puoi usare quello che preferisci.

Descrizione

Il display OLED e il sensore INA219 utilizzano entrambi I2C, quindi necessitano di SDA e SCL collegati ad A4 e A5.

L'uscita del sensore tattile capacitivo collegheremo a D2 per l'input.

L'interruttore a scorrimento ha 6 pin - due file di 3 pin. Una riga verrà utilizzata per collegare l'ingresso di alimentazione a Vin su Arduino. L'altra riga collegherà D6 a terra. Usando il pull-up interno su D6, Arduino sarà in grado di vedere se è collegato o meno all'accensione di Vin.

Infine instradare il connettore positivo dell'ingresso di alimentazione (jack di alimentazione femmina) attraverso l'INA219 all'uscita positiva (jack di alimentazione maschio). In questo modo il sensore è in grado di misurare la corrente che lo attraversa.

Passaggio 2: stampa della custodia

La custodia è composta da una scatola e un coperchio. Entrambi dovrebbero essere facili da stampare e la maggior parte delle stampanti è in grado di stamparli senza supporto. Ma puoi aggiungere supporto se lo desideri.

Al termine le due parti si incastrano. Se stai molto attento sarai in grado di riaprirlo. Ma le due chiusure a molla sono un po' fragili e possono rompersi se non si presta attenzione.

Nessuna stampante 3D?

Se non hai accesso a una stampante 3D, sono sicuro che è possibile fare un altro caso. È possibile acquistare una custodia/scatola del progetto in plastica o alluminio. Oppure puoi creare qualcosa da te in legno o cartone. Essere creativo!

Passaggio 3: assemblaggio del coperchio

Il coperchio contiene lo schermo OLED e il pulsante touch capacitivo. Saldare i fili sui componenti prima di incollarli in posizione con una pistola per colla. Attenzione allo schermo OLED: a volte il vetro è montato di traverso sul PCB. Quindi allinealo prima di incollarlo in posizione. Se hai un connettore a 5 pin, aggiungilo ai fili. In caso contrario, è ancora possibile collegare lo schermo e il pulsante direttamente all'Arduino, ma è un po' più difficile lavorarci.

Passaggio 4: assemblaggio della scatola principale

Montare il jack di alimentazione femmina e l'interruttore a scorrimento e avvitarli in posizione. Se non riesci a trovare alcuna piccola vite che si adatti all'interruttore, puoi semplicemente incollarlo in posizione. Penso di aver preso il mio da una vecchia unità DVD che ho smontato:)

Rimuovere pin e connettori dall'INA219 (se montato) non c'è abbastanza spazio per quello nella scatola. Quindi cablare completamente Arduino e INA219 prima di incollarli in posizione nella scatola. Ancora una volta aggiungi il connettore a 5 pin se ce l'hai, o semplicemente collegalo direttamente al coperchio.

Quindi completare il cablaggio per l'interruttore e le prese di alimentazione. Sull'interruttore a scorrimento saldare i fili ai due pin più vicini al jack di alimentazione femmina su entrambe le file. In questo modo puoi far scorrere l'interruttore verso l'USB per selezionare l'alimentazione USB. E fai scorrere l'interruttore verso l'ingresso per l'alimentazione in ingresso. Facile da ricordare!

Non chiudere ancora il caso! È meglio verificare che tutto funzioni prima.

Passaggio 5: programmazione di Arduino

Se non hai già installato l'IDE Arduino, scaricalo da arduino.cc

È inoltre necessario installare le due librerie U8g2 e Adafruit INA219. Entrambi sono disponibili nel gestore della libreria. Per Adafruit INA219 assicurati di ottenere la versione 1.0.5: le versioni più recenti richiedono librerie aggiuntive e memoria flash, ma al momento non forniscono alcuna funzionalità aggiuntiva.

Quindi prendi il codice sorgente allegato in questo Instructable (Tiny-VA-Meter.ino e FlashMem.h) o ottieni l'ultima versione dal mio GitHub Tiny-VA-Meter Git. Ora apri Tiny-VA-Meter.ino con l'IDE Arduino.

Collega il Tiny V/A Meter al tuo computer con un cavo USB.

Dagli strumenti seleziona Scheda: "Arduino Nano", Processore: "ATmega328P" e la porta corretta. Potrebbe essere necessario cambiare il processore in "ATmega328P (vecchio bootloader)" a seconda del tuo arduino. Se hai errori di comunicazione, provalo.

Premi il pulsante di caricamento e attendi fino al termine.

Passaggio 6: verifica che tutto funzioni

Prima di chiudere il case è bene controllare che tutto sia collegato correttamente. Puoi seguire questi passaggi per verificare tutti i componenti:

1. Dall'alimentazione USB, il display dovrebbe accendersi e visualizzare le letture (indipendentemente dalla posizione dell'interruttore a scorrimento).

2. Verificare di poter cambiare menu toccando il pulsante.

3. Alimentare l'ingresso e verificare che lo strumento visualizzi la tensione corretta.

4. Provare a spostare l'interruttore a scorrimento e verificare che lo strumento visualizzi i messaggi di portata.

5. Ora puoi provare a impostare l'interruttore a scorrimento per l'alimentazione in ingresso e scollegare l'USB. Il contatore dovrebbe funzionare ancora.

6. Infine dovresti essere in grado di collegare un carico o un dispositivo all'uscita e verificare che il sensore stia leggendo l'assorbimento di corrente.

Se tutti questi passaggi hanno avuto successo, il tuo misuratore dovrebbe funzionare perfettamente! Ora puoi far scattare il coperchio in posizione!

Passaggio 7: impara a navigare nel menu

All'avvio, lo strumento inizierà mostrando l'intervallo di ingresso disponibile a seconda della posizione dell'interruttore a scorrimento: "Intervallo di ingresso: 0-26 V 3,2 A" o "Intervallo di ingresso: 4-15 V 3,2 A". Il messaggio verrà visualizzato solo per pochi secondi, ma puoi saltare con una breve pressione. Se l'interruttore a scorrimento viene modificato dopo l'avvio, verrà nuovamente visualizzato un nuovo messaggio per alcuni secondi.

In breve si naviga con una pressione breve e si seleziona con una pressione lunga (1 sec).

Lo strumento ha 3 pagine principali: display V/A, display e impostazioni V/A/W/Ah. Una breve pressione sul pulsante consente di saltare tra queste pagine.

Nella pagina V/A/W/Ah è possibile ripristinare i mAh con una pressione prolungata.

Nella pagina delle impostazioni è possibile inserire le impostazioni con una pressione prolungata. Ora puoi di nuovo navigare tra le diverse impostazioni con una breve pressione. Le impostazioni disponibili sono "Intervallo sensore", "Frequenza di aggiornamento" e "Sospensione sensore". Si alterna ogni impostazione premendo a lungo. Quando si naviga oltre l'ultima impostazione, lo strumento tornerà al menu del display V/A.

Passaggio 8: utilizzo dell'interfaccia seriale

Quando è collegato a un PC con USB è possibile utilizzare il monitor seriale Arduino (o un altro terminale) per comunicare con il Tiny V/A Meter. Utilizza la velocità di trasmissione 115200.

Con la frequenza di campionamento selezionata, lo strumento trasmetterà tutte le letture su seriale e potrai leggerle facilmente nel terminale.

Ma puoi anche modificare le impostazioni sul Tiny V/A Meter con i comandi seriali. Assicurati di selezionare "Nuova riga" come fine riga.

Qualsiasi comando non valido visualizzerà il menu di aiuto:

Comandi:- reset (reset mAh)

- leggi (Rispondi con gli ultimi risultati)

- log x (Auto tx di campioni - x può essere attivato o disattivato)

- sleep x (INA219 sleep tra campioni - x può essere acceso o spento)

- refresh x (imposta lo schermo e la frequenza di aggiornamento seriale. x può essere 100, 200, 500 o 1000)

- range x (Impostare range INA219. x può essere 0 per 3.2A, 1 per 1A o 2 per 0.4A)

Ad esempio, digitare "refresh 1000" per modificare la frequenza di campionamento a 1 sec. Oppure digita "log off" per disabilitare la trasmissione automatica dei risultati. Lo strumento risponderà con "OK" in caso di successo.

Passaggio 9: fatto

Ora usalo per misurare qualcosa di divertente:)

Ho cercato di aggiungere tutte le funzionalità che trovo utili. Ma sentiti libero di fare le tue modifiche. E per favore condividi se sei in grado di apportare dei fantastici miglioramenti al Piccolo Misuratore V/A!

Aggiornato il 14/06-2020: driver modificato e aggiunte ulteriori funzionalità! Non è ancora coperto da questa guida, ma puoi verificarlo sul mio GitHub.