Измеритель мощности постоянного тока для настольного источника питания 0–55 В, 20 А | Прототип

В этом проекте описывается, как сделать недорогую Измеритель мощности постоянного тока, который можно использовать для отображения напряжения, тока, мощности и времени работы. Это полезно и может использоваться в качестве дисплея для вашего настольного источника питания. Его можно использовать в разделе дисплея зарядного устройства 0–55 В, чтобы прошедшее время отображало фактическое время зарядки аккумулятора. Диапазон измеряемого напряжения этой цепи составляет 0–55 В постоянного тока, а ток зависит от типа используемого датчика. Здесь, в этом проекте, я использовал датчик Холла ACS 712 — 20 А, который имеет измерительную силу тока до 20 Ампер. Существует три типа ACS 712: 30 А, 20 А и 5 А. Все эти датчики имеют разное значение чувствительности, и эту чувствительность следует включить в формулу if, если вы используете другой датчик. Для получения дополнительной информации обратитесь к техническому описанию датчика.

Необходимые детали

1. Arduino Nano
2. Дисплей 20 X 4 LCD
3. ACS712 ELCTR20A-T
4. Сопротивление 100к
5. Сопротивление 10к
6. Переменное сопротивление 10 кОм
7. Печатная плата общего назначения
8. 2-контактный разъем TBC/разъем постоянного тока для входного питания
9. 2-контактный поляризованный провод: разъем relimate

Схема и описание

Измерение напряжения

Плата Arduino содержит 6-канальный (8 каналов в Mini и Nano, 16 в Mega) 10-битный аналого-цифровой преобразователь. Этот аналоговый канал преобразует напряжение от 0 до 5 в целое значение от 0 до 1024. Подавать напряжение более 5 на порт Arduino опасно, поэтому в этой схеме используется делитель напряжения для преобразования напряжения 0–55 в напряжение 0–5. Делитель напряжения построен с двумя цепями сопротивлений 100к и 10к. Коэффициент мощности = входное напряжение/выходное напряжение

Коэффициент мощности = 55/5=11

Значение напряжения можно измерить по формуле напряжение = {[ADC значение напряжения] x [5/1024] x [R2/R1+R2] x [коэффициент мощности]

Текущее измерение

Для измерения тока датчик тока ACS 712 соединен с Arduino. ACS 712 представляет собой датчик тока на эффекте Холла. Он имеет очень высокое время отклика, а погрешность вывода составляет около 1,5 процента. Но эту проблему можно решить с помощью интеллектуального программирования и умножения измеренного значения на стандартную ошибку датчика. Когда постоянный ток протекает через вход датчика, он дает пропорциональное постоянное напряжение на выходе датчика. Пропорциональная чувствительность датчика ACS 712

Примечание:

1. Никогда не подключайте IP+ и IP- параллельно к источнику питания, это может повредить ваше устройство.
2. Данное устройство представляет собой датчик Холла. Его не следует использовать вблизи сильных магнитных полей.
3. Если на дисплее отображается нулевой ток, но все в порядке, проверьте последовательное входное и выходное соединение датчика ACS712 и проверьте напряжение на выходе модуля. Оно должно быть Vcc/2.
4. Для наиболее точного результата запускайте Arduino от внешнего источника питания вместо USB.
5. Эта схема предназначена для измерения значений постоянного тока, поэтому не подключайте ее к переменному току.

Пин номер 7 — это выходной контакт датчика тока ACS 712. Датчик ACS712 ELCTR20A-T может измерять ток в диапазоне +-20, а выходная чувствительность составляет 100 мВ/А. Это означает, что выходное напряжение, которое появится на выходном контакте датчика тока, составляет 100 мВ на каждый ампер, проходящий через датчик Холла. Аналогично и для других датчиков с другой чувствительностью. Чтобы рассчитать ток по выходному напряжению ACS712, выполните расчеты в соответствии со следующими пунктами.

1. Когда ток через датчик не протекает, выходное напряжение будет Vcc / 2, где Vcc — напряжение источника питания, подаваемое на датчик тока ACS712.
2. Если Vcc равно 5 В, то выходное напряжение датчика тока будет равно 2,5 В, когда ток через датчик не проходит.
3. 2,5 В — напряжение смещения датчика, измеренное напряжение следует вычесть из напряжения смещения.
4. Выходное напряжение уменьшалось при прохождении через него тока.

Таким образом, мы можем рассчитать постоянный ток, используя следующую формулу

Ток = {2,5 – [Arduino измерил ADC значение напряжения] x [5/1024] x Sensitivity

Постоянный ток с помощью следующих команд:

AcsADCValue = AnalogRead(A5); // AnalogRead(A5)Считывает значение с аналогового вывода A5.

AcsValueF= (AcsADC*0.0048828125); // AcsValueF — напряжение, считываемое датчиком ACS 712 //5/1024=0.0048828125

float Current = AcsValueF/.1; // датчик ACS 712 20А имеет чувствительность 100мВ,

//Sensitivity для тока 30 А составляет 66 мВ, а чувствительность 5 А — 185 мВ
//используйте это значение в коде с учетом текущей мощности вашего датчика.
//Current = (AcsOffset – (измеренное аналоговое показание Arduino)) / Sensitivity)

После того, как схема собрана и протестирована, проверьте значение напряжения с помощью мультиметра и ежеминутно корректируйте значения в формуле, чтобы уменьшить погрешность.

AvgAcsADC должно быть 512 или 511, т.е. Arduino ADC считывает 5 В на порту A5 как 1024. При нулевом токе на порту A5 будет присутствовать 2,5 В. Это означает, что ADC Arduino читает 2,5 В как 512 или 511 (5/2 = 2,5 и 1024/2 = 512). Если оно равно 510 или ниже, результатом будет значение -ve в текущем показании. Поэтому для исправления ситуации сделайте активной следующую деактивированную строку (AvgAcsADC+=1) с числовым номером 1 или 2 в соответствии с входным сигналом вашего датчика.