Modulo di misurazione della potenza fai-da-te per Arduino: 9 passaggi (con immagini)

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

Ciao a tutti, spero che stiate andando alla grande! In questo tutorial ti mostrerò come ho realizzato questo modulo misuratore di potenza/wattmetro da utilizzare con una scheda Arduino. Questo misuratore di potenza può calcolare la potenza consumata da e il carico CC. Insieme alla potenza, questo modulo può anche darci letture accurate di tensione e corrente. Può facilmente misurare basse tensioni (circa 2V) e basse correnti, fino a 50 mA con un errore non superiore a 20mA. La precisione dipende dalla scelta dei componenti in base alle vostre esigenze.

Forniture

• IC LM358 doppio OP-AMP
• Base CI a 8 pin
• Resistenza di shunt (8,6 milliOhm nel mio caso)
• Resistori: 100K, 10K, 2.2K, 1K (1/2watt)
• Condensatori: condensatori ceramici 3 * 0.1uF
• Veroboard o zero board
• Morsetti a vite
• Saldatore e saldatore
• Arduino Uno o qualsiasi altra scheda compatibile
• Display OLED
• Collegamento dei fili breadbard

Passaggio 1: raccolta dei componenti richiesti

Questo progetto utilizza componenti molto semplici e facili da ottenere: includono resistori, condensatori ceramici, amplificatore operazionale e una veroboard per la prototipazione.

La scelta e il valore dei componenti dipendono dal tipo di applicazione e dal range di potenza che si desidera misurare.

Passaggio 2: il principio di funzionamento

Il funzionamento del modulo di potenza si basa su due concetti della teoria dei circuiti e dell'elettricità di base: il concetto di partitore di tensione per la misurazione della tensione di ingresso e la legge di Ohm per calcolare la corrente che scorre attraverso il circuito. Stiamo usando un resistore shunt per creare una caduta di tensione molto piccola su di esso. Questa caduta di tensione è proporzionale alla quantità di corrente che scorre attraverso lo shunt. Questa piccola tensione quando amplificata da un amplificatore operazionale può essere utilizzata come ingresso a un microcontrollore che può essere programmato per darci il valore corrente. L'amplificatore operazionale viene utilizzato come amplificatore non invertente in cui il guadagno è determinato dai valori del feedback resistore R2 e R1. L'utilizzo della configurazione non invertente ci permette di avere una massa comune come riferimento di misura. Per questo, la corrente viene misurata sul lato basso del circuito. Per la mia applicazione ho scelto un guadagno di 46 utilizzando un resistore da 100K e 2,2K come rete di feedback. La misura della tensione viene effettuata utilizzando un circuito divisore di tensione che divide la tensione di ingresso in proporzione alla rete di resistori utilizzata.

Sia il valore di corrente dall'OP-Amp che il valore di tensione dalla rete del divisore possono essere immessi in due ingressi analogici dell'arduino in modo da poter calcolare la potenza consumata da un carico.

Passaggio 3: mettere insieme le parti

Iniziamo la costruzione del nostro modulo di potenza decidendo la posizione dei morsetti a vite per il collegamento di ingresso e uscita. Dopo aver contrassegnato le posizioni appropriate, saldiamo i terminali a vite e il resistore di shunt in posizione.

Passaggio 4: aggiunta delle parti per la rete di rilevamento della tensione

Per il rilevamento della tensione in ingresso sto utilizzando una rete divisore di tensione di 10K e 1K. Ho anche aggiunto un condensatore da 0,1 uF attraverso il resistore da 1K per appianare le tensioni. La rete di rilevamento della tensione è saldata vicino al terminale di ingresso

Passaggio 5: aggiunta delle parti per la rete di rilevamento corrente

La corrente viene misurata calcolando e amplificando la caduta di tensione attraverso il resistore di shunt con un guadagno predefinito impostato dalla rete di resistori. Viene utilizzata la modalità di amplificazione non invertente. È desiderabile mantenere piccole le tracce di saldatura in modo da evitare cadute di tensione indesiderate.

Passaggio 6: completamento delle connessioni rimanenti e completamento della build

Con le reti di rilevamento della tensione e della corrente collegate e saldate, è il momento di saldare i pin dell'intestazione maschio e realizzare i collegamenti necessari di potenza e uscite di segnale. Il modulo sarà alimentato dalla tensione di esercizio standard di 5 volt che possiamo facilmente ottenere da una scheda arduino. Le due uscite di rilevamento della tensione saranno collegate agli ingressi analogici dell'arduino.

Passaggio 7: collegamento del modulo con Arduino

Con il modulo completo, ora è finalmente giunto il momento di collegarlo con un Arduino e farlo funzionare. Per vedere i valori, ho utilizzato un display OLED che utilizzava il protocollo I2C per comunicare con arduino. I parametri visualizzati sullo schermo sono Tensione, Corrente e Potenza.

Passaggio 8: codice del progetto e schema elettrico

Ho allegato lo schema elettrico e il codice del modulo di alimentazione in questo passaggio (in precedenza avevo allegato il file.ino e.txt contenente il codice ma un errore del server ha reso il codice inaccessibile o illeggibile per gli utenti, quindi ho scritto l'intero codice in questo passaggio. So che non è un buon modo per condividere il codice:(). Sentiti libero di modificare questo codice in base alle tue esigenze. Spero che questo progetto ti sia stato utile. Condividi il tuo feedback nei commenti. Saluti!

#includere

#includere

#includere

#includere

#define OLED_RESET 4 Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);

valore float=0;

corrente flottante=0;

tensione galleggiante=0;

potenza galleggiante=0;

void setup() {

pinMode(A0, INGRESSO);

pinMode(A1, INGRESSO);

display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); // inizializza con l'indirizzo I2C 0x3C (per il 128x32) display.display();

ritardo (2000);

// Cancella il buffer.

display.clearDisplay();

display.setTextSize(1);

display.setCursor(0, 0);

display.setTextColor(BIANCO);

Serial.begin(9600); // Per vedere i valori sul monitor seriale

}

ciclo vuoto() {

// prendendo la media per letture stabili

for(int i=0;i<20;i++) {

corrente=corrente + analogRead(A0);

tensione=tensione + analogRead(A1); }

corrente=(corrente/20); corrente=corrente * 0,0123 * 5,0; // valore di calibrazione, da modificare in base ai componenti utilizzati

tensione=(tensione/20); tensione=tensione* 0,0508 * 5,0; // valore di calibrazione, da modificare in base ai componenti utilizzati

potenza= tensione*corrente;

//stampa i valori sul monitor seriale

Serial.print (tensione);

Serial.print(" ");

Serial.print(corrente);

Serial.print(" ");

Serial.println(potenza);

// stampa i valori sul display OLED

display.setCursor(0, 0);

display.print("Tensione: ");

display.print(tensione);

display.println("V");

display.setCursor(0, 10);

display.print("Attualmente: ");

display.print(corrente);

display.println("A");

display.setCursor(0, 20);

display.print("Potenza: ");

display.print(potenza);

display.println("W");

display.display();

ritardo (500); // frequenza di aggiornamento impostata dal ritardo

display.clearDisplay();

}