Obvod striedavého voltmetra bez transformátora pomocou Arduina

V tomto článku sa dozvieme, ako vyrobiť beztransformátorový voltmeter AC pomocou Arduina.

Tvorba analógový voltmeter nie je ľahká úloha, pretože pri zostavovaní musíte mať dobrú znalosť fyzikálnych veličín, ako je krútiaci moment, rýchlosť, čo môže byť pre ich praktické použitie veľmi ťažké.

Autor:Ankit Negi

Ale a digitálny voltmeter v porovnaní s je možné vyrobiť analógový voltmeter rýchlo a to tiež s veľmi malým úsilím. Teraz je možné vyrobiť denný digitálny voltmeter pomocou mikrokontroléra alebo vývojovej dosky, ako je arduino, pomocou 4-5 riadkového kódu.

Prečo je tento obvod voltmetra striedavého prúdu iný?

Ak pôjdete na Google a hľadáte „AC voltmeter pomocou arduino“, nájdete veľa obvodov po celom internete. Ale takmer vo všetkých týchto obvodoch nájdete používaný transformátor.

Obvod v tomto projekte tento problém úplne rieši výmenou transformátora z obvodu rozdeľovača vysokého wattového napätia. Tento obvod sa dá ľahko vytvoriť na malom prkénku po pár minútach. Potrebné komponenty:

Na uskutočnenie tohto projektu potrebujete nasledujúce komponenty:

1. Arduino

2. 100k ohmový rezistor (2 watt)

3. Rezistor 1k ohm (2 watt)

4. Dióda 1N4007

5. Jedna zenerova dióda 5 voltov

6. 1 uf kondenzátor

7. Pripojenie vodičov

SCHÉMA OKRUHU:

Pripojte káble podľa schémy zapojenia.

A) Vytvorte delič napätia pomocou rezistorov, pričom nezabudnite, že odpor 1 k ohm by mal byť pripojený k zemi.

B) Pripojte terminál p-diódy priamo za rezistor 1 k ohm, ako je znázornené na obr. a jeho n- terminál na kondenzátor 1 uf.

C) Nezabudnite zapojiť zenerovu diódu paralelne s kondenzátorom (vysvetlené nižšie)

D) Pripojte vodič od kladného pólu kondenzátora k analógovému kolíku A0 arduina.

E) ** Pripojte uzemňovací kolík arduina k celkovému obvodu uzemnenia, inak nebude fungovať.

CIEĽ ARDUINO ::

Môžete použiť akýkoľvek mikrokontrolér, ale použil som arduino kvôli jeho ľahkému IDE. V podstate funkciou arduina alebo ľubovoľného mikrokontroléra je brať napätie na rezistore 1 k ohm ako analógový vstup a prevádzať túto hodnotu na sieťový AC hodnotu napätia pomocou vzorca (vysvetlený v pracovnej časti). Arduino túto sieťovú hodnotu ďalej tlačí na sériový monitor alebo obrazovku notebooku.

OBVOD ROZDIELA NAPÄTIA:

Ako už bolo spomenuté v časti s komponentmi, rezistory (ktoré tvoria obvod deliča napätia) musia mať vysoký výkon, pretože ich budeme pripájať priamo k sieťovému napájaciemu zdroju.

A preto tento obvod deliča napätia nahrádza transformátor. Pretože arduino môže ako analógový vstup brať maximálne 5 V, obvod rozdeľovača napätia sa používa na rozdelenie vysokého napätia v sieti na nízke napätie (menej ako 5 V). Predpokladajme, že napätie v sieti je 350 voltov (ot./min.)

Čo dáva maximálne alebo špičkové napätie = 300 * 1,414 = 494,2 voltov

Takže špičkové napätie na rezistore 1 k ohm je = (494,2 voltov / 101 k) * 1 k = 4,9 voltov (maximum)

Poznámka: * ale ani pri 350 otáčkach za minútu to nie je 4,9 voltu, čo znamená, že v skutočnosti bude napätie na analógovom kolíku arduina menšie ako 4,9 v.

Z týchto výpočtov teda vyplýva, že tento obvod môže bezpečne merať napätie a.c okolo 385 ot / min.

PREČO DIÓDA?

Pretože arduino nemôže brať ako vstup záporné napätie, je veľmi dôležité odstrániť zápornú časť vstupnej vlny a.c sin cez odpor 1 k ohm. Opraví sa to pomocou diódy. Pre lepšie výsledky môžete použiť aj mostíkový usmerňovač.

PREČO KAPACITOR?
Aj po usmernení sú vo vlne prítomné vlnky a na ich odstránenie sa používa kondenzátor. Pred napájaním na arduino kondenzátor vyhladí napätie.

PREČO ZENER DIODE

Napätie vyššie ako 5 voltov môže arduino poškodiť. Preto sa na jeho ochranu používa 5 V zenerova dióda. Ak napätie v sieti stúpne nad 380 voltov, t. J. Nad 5 voltov na analógovom kolíku, dôjde k poruche zenerovej diódy. Teda skrat kondenzátora so zemou. To zaisťuje bezpečnosť arduina.

KÓD:

Napálte tento kód do svojho Arduina:

int x// initialise variable x
float y//initialise variable y
void setup()
{
pinMode(A0,INPUT) // set pin a0 as input pin
Serial.begin(9600)// begin serial communication between arduino and pc
}
void loop()
{
x=analogRead(A0)// read analog values from pin A0 across capacitor
y=(x*.380156)// converts analog value(x) into input ac supply value using this formula ( explained in woeking section)
Serial.print(' analaog input ' ) // specify name to the corresponding value to be printed
Serial.print(x) // print input analog value on serial monitor
Serial.print(' ac voltage ') // specify name to the corresponding value to be printed
Serial.print(y) // prints the ac value on Serial monitor
Serial.println()
}

Pochopenie kódu:

1. PREMENNÉ x:

X je vstupná analógová hodnota prijatá (napätie) z kolíka A0, ako je uvedené v kóde, t. J.

x = pinMode (A0, INPUT) // nastaví pin a0 ako vstupný pin

2. PREMENNÉ A:

Aby sme sa dostali k tomuto vzorcu y = (x * .380156), najskôr musíme urobiť nejaké výpočty:

Tento obvod tu vždy poskytuje napätie menšie ako skutočná hodnota na kolíku A0 arduina kvôli kondenzátoru a dióde. Čo znamená, že napätie na analógovom kolíku je vždy menšie ako napätie na rezistore 1 k ohm.

Preto musíme zistiť tú hodnotu vstupného striedavého napätia, pri ktorej dostaneme na kolíku A0 5 voltov alebo 1023 analógových hodnôt. Metódou „hit“ a „trial“ sa táto hodnota pohybuje okolo 550 voltov (špička), ako ukazuje simulácia.

V otáčkach 550 špičkových voltov = 550 / 1,414 = 388,96 voltov r.m.s. Preto pre túto hodnotu r.m.s dostaneme 5 voltov na kolíku A0. Takže tento obvod môže merať maximálne 389 voltov.

Teraz pre 1023 analógových hodnôt na kolíku A0 --- 389 a.c voltov = y

Čo dáva pre každú analógovú hodnotu (x) y = (389/1023) * x a.v voltov

ALEBO y = .38015 * x a.c voltov

Na obrázku môžete zreteľne pozorovať, že tlačená hodnota a.c na sériovom monitore je tiež 389 voltov

Tlač požadovaných hodnôt na obrazovke ::

Vyžadujeme vytlačenie dvoch hodnôt na sériový monitor, ako je to znázornené na simulačnom obrázku:

1. Hodnota analógového vstupu prijímaná analógovým pinom A0, ako je uvedené v kóde:

Serial.print ('analaog input') // zadajte názov zodpovedajúcej hodnoty, ktorá sa má vytlačiť

Serial.print (x) // tlač vstupnej analógovej hodnoty na sériový monitor

2. Skutočná hodnota striedavého napätia zo siete uvedená v kóde:

Serial.print ('ac voltage') // zadajte názov zodpovedajúcej hodnoty, ktorá sa má vytlačiť

Serial.print (y) // vytlačí hodnotu ac na Serial monitor

Fungovanie tohto netransformátorového voltmetra na striedavý prúd s použitím ARDUINO

1. Obvod deliča napätia prevádza alebo zmenšuje sieťové napätie na zodpovedajúcu hodnotu nízkeho napätia.

2. Toto napätie po náprave je odoberané analógovým pinom arduina a pomocou vzorca

y = 0,38015 * x a.c voltov sa prevedie na skutočné napätie v sieti a.c.

3. Táto prevedená hodnota sa potom vytlačí na sériový monitor IDE arduina.

SIMULÁCIA:

Ak chcete zistiť, ako blízko je vytlačená hodnota na obrazovke k skutočnej hodnote striedavého prúdu, spustí sa simulácia pre rôzne hodnoty striedavého napätia:

A) 220 voltov alebo 311 amplitúdy

B) 235 voltov alebo amplitúda 332,9

C) 300 voltov alebo 424,2

Z nasledujúcich výsledkov teda vyplýva, že pri napájaní striedavým prúdom 220 ukazuje arduino 217 voltov. A ako sa táto hodnota a.c zvyšuje, výsledky simulácie sa stávajú presnejšími, čo je viac podobné vstupnej hodnote a.c.