Панельный измеритель постоянного тока с использованием Arduino | Полный проект электроники

Панельные счетчики в регулируемых источниках питания используются для отображения электрических параметров, таких как напряжение и ток. Здесь представлена схема панельного измерителя постоянного тока для отображения постоянного напряжения и тока источников питания, в том числе самодельных.

Цепь и работа

Принципиальная схема панельного счетчика постоянного тока с использованием Arduino показана на рис. 1. Схема построена на плате Arduino Uno (Board1), микросхеме датчика тока ACS712 (IC1), 16×2 LCD (LCD1), npn-транзистор BC547 (T1), пьезозуммер (PZ1) и несколько других компонентов.

Напряжение источника питания измеряется с помощью делителя напряжения, построенного на резисторах R1 и R2. Ток, потребляемый нагрузкой, измеряется с помощью ACS712. Выборочные значения напряжения и тока передаются на Arduino, которая является мозгом схемы и выполняет вычисления для отображения параметров на ЖК-дисплее1.

Напряжение на аналоговых и цифровых выводах Arduino не должно превышать 5 В. Следовательно, на ЖК-дисплее1 отображается предупреждающее сообщение и звучит зуммер всякий раз, когда измеренное напряжение и ток выходят за пределы.

Arduino Uno

Arduino Uno — это популярная плата разработки микроконтроллера с открытым исходным кодом (MCU) на базе ATmega328P MCU. Он имеет 14 контактов цифрового ввода-вывода (I/O) (шесть из которых могут использоваться как выходы PWM), шесть аналоговых входов, кристалл 16 МГц, разъем USB, разъем питания и разъем ICSP. Он поставляется с предустановленным загрузчиком Arduino.

ACS712

Датчик тока IC ACS712 точно определяет переменный или постоянный ток и выдает аналоговое напряжение, пропорциональное проходящему через него току. Его внутренний вид показан на рис. 2. Устройство представляет собой прецизионную линейную схему Холла с малым смещением и медной проводящей дорожкой, расположенной вблизи поверхности кристалла. Приложенный ток, протекающий по медному проводящему пути, создает магнитное поле, которое ИС Холла преобразует в пропорциональное напряжение. Точность устройства оптимизируется за счет непосредственной близости магнитного сигнала к датчику Холла.

Выходное напряжение микросхемы составляет 2,5 В, когда через него не проходит ток — оно колеблется около 2,5 В со скоростью 185 мВ/А для версии на 5 А, 100 мВ/А для версии на 20 А и 66 мВ/А для версии на 30 А.

На графике, показанном на рис. 3, показана зависимость выходного напряжения от измеренного тока микросхемы датчика версии 5А. В этой схеме используется легкодоступный сенсорный модуль версии 5А.

Внутреннее сопротивление проводящего пути составляет 1,2 мОм, что обеспечивает низкие потери мощности. Клеммы токопроводящего пути (контакты с 1 по 4) электрически изолированы от сигнальных проводов (контакты с 5 по 8). Это позволяет использовать ACS712 в приложениях, требующих электрической изоляции без использования оптоизоляторов или других дорогостоящих методов изоляции.

Программное обеспечение разработано на платформе Arduino. После записи кода (PanelMeter.ino) в ATmega328 на Arduino Uno отключите блок питания USB от компьютера/ноутбука. Подключите источник питания 9 В к CON1.

Во время тестирования вход 5 В, 5 А использовался в качестве источника питания на CON1. Нагрузка, подключенная к CON3, может иметь разные значения (от 1E до 5E). В качестве нагрузки на CON3 используется проволочный резистор мощностью 10 Вт. Значения тока и напряжения отображаются на ЖК-дисплее1. Когда ток превышает 5 А, на ЖК-дисплее 1 отображается сообщение о превышении допустимого диапазона, а зуммер издает звуковой сигнал, предупреждающий пользователя. Используется слаботочный пьезоэлектрический зуммер дискового типа.

Создание и тестирование

Схема панельного измерителя постоянного тока PCB в реальном размере с использованием Arduino показана на рис. 4, а схема его компонентов — на рис. 5. После сборки схемы на PCB и записи кода в MCU подключите 9 В к разъему CON2 для питания схемы. Подключите потенциометр VR1 на передней панели шкафа для контроля контрастности ЖК-дисплея 1. Подключите вход 5 В, 5 А к CON1 и нагрузку к CON3 для измерения тока.

Загрузите PDF-файлы PCB и макетов компонентов: нажмите здесь

Загрузить исходный код: нажмите здесь

Используйте перемычки для подключения схемы к плате Arduino. Питание Arduino может осуществляться от внешнего адаптера 9 В, 500 мА или кабеля USB A-B.

Если ток отображается со знаком минус (-), это либо означает, что он течет в противоположном направлении, либо входные контакты микросхемы датчика тока перепутаны. Чтобы использовать сильноточный зуммер катушки, используйте драйвер с внешним источником питания вместо источника питания Arduino. Для дополнительной защиты подключите стабилитрон между аналоговыми входными контактами (A0 и A1) и землей Arduino.

А. Самиуддин имеет степень бакалавра технических наук в области электротехники и электроники. Его интересы включают LED освещение, силовую электронику, микроконтроллеры и программирование Arduino.

Эта статья была впервые опубликована 23 ноября 2018 г. Эта статья была недавно обновлена 13 февраля 2019 г.