Mikrodenetleyici ile AC voltaj ölçümü. Galvanik izolasyonlu çok fonksiyonlu wattmetre

Belirli bir elektrikli ekipmanın gücünü ölçmek genellikle gereklidir. Ek olarak, bazen hem yük akımını I hem de voltajı U'yu ve sadece gücü değil (hangisi olduğu önemli değil), aynı zamanda toplam P ve aktif S'yi (çoğu zaman karıştırılırlar ve Hangisinin şu veya bu şekilde kastedildiği her zaman açıklığa kavuşturulmaz). Ayrıca, bazı özel durumlarda, P/S'ye (başka bir deyişle kosinüs φ (phi) - gerilim ile akım arasındaki faz açısı), reaktif güç Q'ya ve φ'ye eşit ağ güç faktörünün bilinmesi gerekir.

Çeşitli elektrik terimlerinin ve derin teorik temellerin açıklaması bu makalenin kapsamı dışındadır; tüm bunlar, TOE ile ilgili ders kitapları (örneğin) ve İnternet'teki bir dizi yayın gibi özel kaynaklarda bulunabilir.

Sıradan bir multimetre yukarıdaki sorunların çözümünde yardımcı olmayacaktır çünkü... Ağdaki yük akımını ve gerilimini aynı anda (2 cihazla) ölçerek yalnızca S=UI elde edebiliriz ve diğer tüm parametrelere erişilemez kalır, çünkü Bunları hesaplamak için yalnızca sen ve ben yeterli değiliz.

Mevcut çözümler

Bu sorunları çözmek için özel cihazlar vardır - wattmetreler ve evrensel volt-amper-faz ölçerler, ancak o zamandan beri Genel amaçlı cihazlar olmayıp özel ekipmanlar oldukları için bulunması oldukça zordur ve bazen ucuz da değildir. Ayrıca bu tür cihazlar her zaman tüm parametreleri aynı anda göstermez. Örneğin internette çok basit ve ucuz tasarımlar var, ancak bunlar oldukça uzmanlaşmış (örneğin, yalnızca φ'yi ölçüyorlar).

AVR MK'nin kullanımına bir örnek olarak Atmel, erişilebilir bir eleman tabanına dayanan belirli bir elektrik sayacının tasarımının bir açıklamasını yayınlar. Ancak bu ürün bir ölçüm cihazı olarak pek uygun değildir, çünkü... numaralı çarklara sahip (ev elektrik sayaçlarına benzer) bir elektro-mekanik sayaçta yalnızca tüketilen gücü gösterir.

Makalenin yazarı internette oldukça evrensel bir cihaz bulmayı başardı -. Bu, ATMega8 MCU üzerine kurulu ve yukarıdaki parametrelerin tümünü ölçen bir wattmetredir. Ancak ayrıntılı bir analiz, cihazın, bazıları o makalede özetlenen birçok eksikliğe sahip olduğunu ortaya çıkardı. Bu aynı zamanda aşağıda daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.

Şirket, elektrik sayaçları oluşturmak ve diğer elektriksel ölçüm sorunlarını çözmek için tasarlanmış bir dizi farklı elektriksel ölçüm mikro devreleri (Enerji Ölçer IC) sunmaktadır. Çok pahalı değiller, ayrıntılı teknik belgelere ve çeşitli mikrodenetleyicilerle birlikte kullanımlarına ilişkin birçok örneğe sahipler, ancak ne yazık ki bu mikro devreler her yerde bulunmuyor ve her zaman mevcut değil (bazen bir tür hizmet dışı veya hafif kırık bulmak daha kolaydır) makalenin yazarı için önerilen cihazda bunları kullanmayı reddetmenin ana nedeni olan bir tür mikro devre içeren elektrik sayacı.

Aynı zamanda, yukarıda açıklanan tüm görevler, AD'nin mikro devrelerinden çok daha uygun fiyatlı ve bazen daha ucuz olan sıradan AVR mikrodenetleyicileri için oldukça zordur. Üstelik evrensel bir ölçüm cihazı oluşturmak için MK ve diğer bileşenler olmadan hala yapamazsınız.

Değişken voltaj/akım, güç ve frekansı ölçme yöntemleri

Cihazın tasarımını düşünmeden önce, değişken voltajı, akımı ve elektrik şebekesinin diğer parametrelerini ölçmenin bazı teorik yönleri üzerinde durmak gerekir.
Gerilim ve akımın ortalama karekök değerlerini ölçeceğimizi hemen not edelim, çünkü bunlar olağan etkin değerlere en yakın şekilde karşılık gelir - .

Herhangi bir sinyalin ölçümden önce normalleştirilmesi gerekir; izin verilen aralığa ve kullanılan ölçüm biriminin diğer parametrelerine getirin. Devremizdeki ölçüm ünitesi, AVR MK'ye entegre edilmiş, 0-5V aralığında voltajı ölçebilen bir ADC'dir. Buna başka voltajların uygulanması (negatif veya 5V'den yüksek) en iyi ihtimalle yalnızca ADC'nin ve en kötü durumda tüm MK'nin arızalanmasına yol açacaktır.

AC şebeke voltajı ölçümü 2 noktadan oluşur:

1. Sinüs dalgasının negatif yarım dalgasını “koyacak bir yere”, çünkü ADC aralığına girmez.
2. Pozitif yarım dalganın maksimum (genlik) değerinin 5V'u aşmadığından emin olun.

En basit durumda, her iki nokta da bir diyot ve seri bağlı bir voltaj bölücü ile çözülür (ayarları kolaylaştırmak için sıradan dirençler artı çok turlu bir potansiyometre kullanabilirsiniz).
Düzgün bağlanmış bir diyot, yarım dalga doğrultucunun rolünü oynar ve negatif yarım dalgayı keserek diğer devreye geçmesini engeller.

Bölücü voltajı gerekli aralığa düşürür (ölçeklendirir). Bölme katsayısı standart 220V'ye göre değil, en az 260V'ye göre seçilmelidir, çünkü Ağdaki voltaj son derece nadiren 220V'tur, genellikle belirli sınırlar dahilinde dalgalanır ve ayrıca genellikle kısa süreli "dalgalanmalar" (yüksek voltaj) ve "düşmeler" (düşük voltaj) vardır.

Bu devre basit, ucuz, güvenilir ve yeterli doğruluğa sahip, bunun sonucunda hem dijital hem de analog AC voltmetrelerin büyük çoğunluğu buna dayanıyor. Cihaz da bu prensiple çalışıyor.

Gerçek voltajı elde etmek için, diyot tarafından kesilen negatif yarım dalgayı "telafi etmek" için ADC girişinde ölçülen voltajı bölücünün bölme faktörü ile ve 2 ile çarpmak gerekir.
Bu yaklaşımın dezavantajları şunlardır:

1. Yalnızca ideal bir diyot, negatif yarım dalga gerilimini sıfır seviyesinde keser. Gerçek diyotlar +0,4..+1V voltajda biraz daha geç açılır. Onlar. her zaman pozitif yarım dalganın bir kısmını kaybederiz.
2. Gerçek efektif voltajı hesaplarken 2 ile çarpmak yalnızca gerçek sinüzoid için geçerlidir; Negatif bir yarım dalga, aynı periyotta pozitif bir yarım dalgaya kesinlikle simetrik olduğunda. Gerçek güç ağlarında çok fazla girişimin, reaktif yüklerin ve diğer faktörlerin varlığında sinüzoidin yarılarının genellikle asimetrik olduğunu söyleyebiliriz. Bu nedenle, 2 ile çarpma, güvenilir bir şekilde tahmin edilemeyen (ve dikkate alınamayan) bazı ek hatalar taşır.

Ancak genliğin ve etkin gerilim değerinin sürekli değiştiği durumlarda bu hatalar göz ardı edilebilir.

Gerilimi ölçmenin başka bir yolu daha vardır - sinüs dalgasının tamamını 0..+5V aralığına "sığdırın". Bunu yapmak için, onu ADC aralığının yarısı kadar (yani +2,5 V) "yükseltmeniz" ve bölücüyü, sinüzoidin tamamı 0 ile +5 V arasında kalacak şekilde ayarlamanız gerekir.

Bu durumda, her iki dezavantaj da ortadan kaldırılmıştır - bir diyot gerekli değildir ve ADC, her iki voltaj yarım dalgasını tüm "özellikleri" ile ölçer. Daha sonraki hesaplamalarda devrenin eklediği +2,5V'yi de bir şekilde hesaba katmak gerekir. Ancak mikrodenetleyici yazılımının (bilgi işlem) yardımıyla bunu yapmak çok kolaydır.
Bu yöntemin gözle görülür tek dezavantajı bölme katsayısıdır. 2 kat daha fazla (sadece bir değil, her iki yarım dalgaya da girdiğimiz için), bu da ölçüm hatasını artırır. Ancak yine de, voltajın genlik ve değer olarak sürekli değiştiği koşullar altında bu, gözle görülür hatalara yol açmaz.

Bu yöntem için en az iki devre çözümü vardır - op-amp üzerinde önerilen cihazın devresinde (aynı +2,5V) kullanılan orta nokta sürücüsü ve bölücüler ve kapasitörler.
Ancak bölücüler ölçülen ağın ve cihazımızın galvanik izolasyonunu sağlamaz. Bu bir takım rahatsızlıklara neden olur.

Bu nedenle galvanik izolasyonu olmayan bir cihaz çok dikkatli kullanılmalı, topraklanmamalı, tüm devre elemanları ortamdan dikkatlice izole edilmeli ve bazı önlemler alınmalıdır. Ayrıca ölçüm sonuçlarını bir yere, örneğin bir PC'ye aktarmak istersek, cihazımızı basit bir MAX232 tipi dönüştürücü aracılığıyla doğrudan örneğin bir COM portuna bağlayamayız. Bunu yapmak için, tüm iletişim hatlarını örneğin optokuplörler vb. ile ayırmanız gerekecektir.

Bu dezavantajın üstesinden gelmek için, bölücünün önüne (güç kaynağında olduğu gibi) normal bir düşürücü transformatör yerleştirebilir ve önce sinüzoidi ADC aralığına uyacak şekilde bölme katsayısını ayarlayabilirsiniz. Önerilen cihazda kullanılan çözüm tam olarak budur.

Sonuç olarak, ortalama karesel voltaj değerinin hesaplanmasına yönelik formülü sunuyoruz: burada N, periyot başına ölçüm sayısıdır (örnekleme frekansı), u i anlık voltaj ölçümleridir. K – bölücü ve transformatörü dikkate alan katsayı.
Ölçümler hem bir periyotta hem de daha sonra ortalama alınarak birkaç periyotta gerçekleştirilebilir. Osiloskop gibi yapılar inşa etmekten bahsetmiyorsak ortalama tercih edilir çünkü Genellikle anlık değerler değil, ortalama değerler ilgi çekicidir.

Mevcut ölçüm.
Hiçbir ADC tek başına akımı ölçemez. ADC yalnızca voltajı ölçer. Bu, akımı gerilime dönüştürmek, bu gerilimi ölçmek ve tekrar akıma dönüştürmek gerektiği anlamına gelir.
Akımı voltaja dönüştürmenin en basit yolu, esasen güçlü bir düşük dirençli Rsh direnci olan bir şönttür. Akan yük akımı In, direnç boyunca In değeriyle doğru orantılı bir gerilim düşüşü Ush yaratır. Şönt direncini bilerek, Ohm yasasını kullanarak yük akımını hesaplayabiliriz: In=Ush/Rsh. Hem ibreli hem de dijital ampermetrelerin büyük çoğunluğu bir şönte dayanmaktadır.

Bu yöntem oldukça basit, anlaşılır ve ucuzdur. Ek olarak, böyle bir düğüm tamamen doğrusaldır (tüm çalışma akımı aralığı boyunca In=Ush/Rsh eşitliği gözlemlenir) ve herhangi bir reaktif bileşene sahip değildir, çünkü direnç %100 aktif bir elemandır.
Ancak basitlik ve düşük maliyetin yanı sıra şönt tabanlı devrelerin bir takım dezavantajları vardır:

Dezavantajlar 2, 3 ve 4 çok ciddidir, çok feci sonuçlara yol açabilirler (cihazın hasar görmesi, elektrik çarpması vb.). Bu nedenle yaygın olarak kullanılan ampermetrelerin hepsinde “yüksek akımları (10A ve üzeri) 10-20 saniyeden fazla ölçmeyin” anlamına gelen uyarı işaretleri bulunur.
Tasarım bir şönte dayanmaktadır, bu da dört dezavantajın tümüne sahip olduğu anlamına gelir.

Akımı ölçmenin başka bir yolu da bir akım transformatörü (CT) kullanmaktır. Böyle bir transformatör, içinden yükün beslendiği birkaç (1-3) tur telin geçirildiği bir bobindir. Güçlü endüstriyel CT'lerde tel dönüşleri yerine kalın metal bir bara (plaka) kullanılır. CT'nin çalışma prensibi esas olarak geleneksel bir transformatörünkiyle aynıdır - birincil sargının (I1, yük akımı, In) iletkenindeki akımın elektromanyetik alanı, ikincil sargıda bir akımı (I2) indükler, In ile orantılıdır. Yani I2=In*K, K – akım aktarım katsayısı (değerleri standartlaştırılmıştır – 1:500, 1:1000 vb.). Daha sonra bu akım, şönt Rb tarafından geleneksel bir voltmetre (veya ADC) ile zaten ölçülebilen ve gerilime dönüştürülebilen gerilime dönüştürülür. Çünkü Sekonder sargı akımı her zaman çok küçüktür, bu nedenle burada çok güçlü şöntlere gerek yoktur ve maksimum güçte çalıştıkları için yanmazlar.

25A'ya kadar akımlar için derecelendirilmiş CT'ler için şönt direncinin gücü genellikle yalnızca 0,125 W'tur. Ve bu, nadir ve az bulunan özel bir parça değil, yaygın kullanım için sıradan, kolayca erişilebilen bir dirençtir.

CT kullanıldığında yük akımının hesaplanması şu şekildedir: In=I2/K. I2=U2/(Rb+R2), burada U2, şönt Rb üzerindeki voltajdır, R2, sekonder sargının direncidir. Dolayısıyla In = U2/(K*(Rb+R2))). Esasen aynı Ohm kanunu.
CT'ler ve bunların çalışma prensipleri hakkında daha fazla bilgiyi özel makalelerde okuyabilirsiniz, örneğin.

TT'nin şantlara göre başlıca avantajları:

1. Galvanik izolasyon.
2. Büyük akımları ölçme imkanı (örneğin endüstriyel 500A).
3. Kırık bir sargı, ölçüm devresinin geri kalanının yanmasına yol açmaz.
4. CT, birincil sargının birkaç tel dönüşü olması ve endüktansının son derece düşük olması nedeniyle ölçülen devrede neredeyse hiç bozulma yaratmaz. Güçlü endüstriyel CT'lerde bu birkaç dönüş bile yoktur; yalnızca bir sargı veya baradan geçirilen kalın ve güçlü bir tel vardır.

Ancak bir takım dezavantajlar var:

1. CT'ler şönt dirençlerden çok daha pahalıdır.
2. Bazı durumlarda CT'ler çıkış akımında girişe göre bir miktar faz kayması üretir.
3. İkincil sargı şantındaki bir kopma, yanmasına (esasen CT'nin kendisine zarar vermesine) ve ölçülen devrenin parametrelerinin bozulmasına yol açar.
4. Geniş bir akım aralığında CT'ler doğrusal değildir, yani. yukarıdaki K bir sabit değildir. Bu, transformatör çekirdeğinin manyetik histerezisinin doğrudan bir sonucudur. Bu, ölçülen akımların tüm aralığını parçalara (alt aralıklara) bölerek ve her alt aralık için farklı bir K kullanarak telafi edilebilir. Ayrıca, düşük histerezise sahip çeşitli özel alaşımlardan yapılmış çekirdeklere sahip CT'ler vardır.

Akımı ölçmenin diğer yöntemleri ve CT türleri burada dikkate alınmamaktadır. Örneğin bu konuyla ilgili birçok inceleme ve makale var.

Önerilen cihaz, ölçülen ağdan galvanik izolasyon sağlamak için CT kullanır.
RMS akım değerini hesaplama formülü neredeyse voltajla aynıdır.

Aktif ve reaktif gücün ölçümü .
TOE'den () yükün aktif gücünün, bir frekans periyodu boyunca anlık voltaj ve akımın çarpımının integrali olarak hesaplandığı bilinmektedir: . Dijital ölçüm cihazlarında integraller hesaplanmaz, dolayısıyla bu formül şu şekli alır: burada u, i, bir ADC kullanılarak ölçülen akım ve voltajın anlık değerleridir, N, periyot başına akım ve voltaj ölçümlerinin sayısıdır. Gerilim ve akıma benzer şekilde, aktif güç de birkaç periyotta ölçülebilir ve N buna göre ayarlanabilir.
Toplam (S), aktif (P) ve reaktif (Q) güçler eşitlikle ilişkilidir. Bu nedenle S ve P'yi bilerek kolayca hesaplayabilirsiniz.

Ağ güç faktörünün ve faz açısının ölçülmesi.
Bu iki parametre kesin olarak birbiriyle ilişkilidir, çünkü güç faktörü gerilim ve akım arasındaki faz açısının (φ) kosinüsünden başka bir şey değildir (bkz. TOE). Bu nedenle bunlardan herhangi biri ölçülebilir ve ikincisi basit trigonometri kullanılarak hesaplanır.

İlk yöntem (belki de en bariz ve basit olanı), gerilim sinüzoidi periyodunun başlangıcı ile mevcut sinüzoidin başlangıcı arasındaki süreyi tespit etmek, bunu φ cinsinden yeniden hesaplamak ve ardından kosinüsü belirlemektir. Açıyı belirleme algoritması bu şekilde çalışır.

Bununla birlikte, çok ciddi bir dezavantajı vardır - bu yöntem açıkça yalnızca ideal ve "saf" sinüzoidler üzerinde, gerçek hayatta son derece nadir görülen, müdahale olmadan çalışır. Aslında, elektrik şebekeleri çeşitli müdahaleler, müdahaleler ve diğer "yapılarla" doludur ve bu da dönemin "gerçek" başlangıcını doğru bir şekilde belirlemeyi zorlaştırır.

Bu nedenle, diyelim ki, bir apartman dairesinde bu yöntem tamamen normal bir sonuç verecekse, o zaman çok sayıda takım tezgahı, kaynak makinesi ve diğer güçlü elektrikli ekipmanın bulunduğu bazı fabrikalarda, tamamen saçmalık ortaya çıkabilir (örneğin, açının sürekli değişen değeri). ). "Zararsız" yüklerde bile bazen mevcut sinüzoidler gibi güçlü distorsiyonlar gözlemlenebilir. Örneğin yazarın Sven BF-11R hoparlörleri var; içinden geçen akımın şekli, sinüs dalgasından çok çok aşamalı piramidal yarım dalgalara sahip bir tür parçalanmış testereyi anımsatıyor. Adil olmak gerekirse, yazarın teknik yetenek eksikliği nedeniyle bu konu üzerinde geniş çaplı bir araştırma yapmadığını belirtmekte fayda var.

İkinci yöntem ilişkiden çıkar . Yani voltajı, akımı ve aktif gücü bilerek güç faktörünü kolayca belirleyebilirsiniz. Daha öte, . Yazara göre bu yöntem en güvenilir olanıdır. Önerilen cihazda kullanılan şey budur.

Üç gücün, açının ve kosinüsün hepsinin yalnızca U olduğunda hesaplanması gerektiği açıktır.<>0 ve ben<>0. Aksi takdirde, herhangi bir hesaplama yapılmadan basitçe sıfıra sıfırlanabilirler.

Cihaz şeması, ayrıntılar

Wattmetrenin elektrik devre şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.

Pirinç. 1. Elektrik devre şeması

Cihaz devresi 2 parçadan oluşur - analog (DIP anahtarları SW1'in solunda) ve dijital (sağda).

Analog parça gerilim (T1), akım (T2) ve eşleşen düğümler için ölçüm transformatörlerinden oluşur.
Direnç R2, ADC'ye sağlanan voltajın ince ayarını yapmak için bir potansiyometredir.
T2, 0,125 W gücünde 100 Ohm şönt direnç R1'e yüklenen bir Talema AC1025 akım transformatörüdür. Bu direnç parametreleri transformatör üreticisi tarafından tavsiye edilmektedir. Ayrıca yazarın araştırmasına göre böyle bir direnç, kullanılan CT'nin en iyi doğrusallığını sağlar. Birincil sargı, 1-1,5 mm kesitli 2 tur sıradan tek damarlı teldir, bu, 2 kW'a kadar güce ve 10A'ya kadar akıma sahip ev yükleri için oldukça yeterlidir. Bu telin kalınlığı devrenin özelliklerini ve konfigürasyonunu etkilemez.

Düğüm R3, C1, C3, DA1.1 – sinüzoidleri ADC aralığının yarısına “yükseltmek” için orta nokta şekillendirici. Op amp DA1 – temelde herhangi biri. Yazar hem LM358'i hem de raydan raya MCP601'i kullanmıştır. Durum pin yapısı (en azından DIP) açısından bunlar aynıdır.

Bölücü R4, R5, R6 – büyük (4-5A arası) akımları ölçmek için bir zincir.
Diyot çiftleri VD1-VD2, VD3-VD4, VD5-VD6 ve R7, ADC girişlerinin aşırı gerilime karşı klasik korumasıdır (daha kesin olarak, sinüzoidin 0..+5V sınırlarının ötesine geçmesinden). VD1-VD4 – tercihen Schottky. Ayrıca BAV199 (1 düzenek 1 çift diyot içerir) veya benzeri gibi "özel" diyot düzeneklerini de kullanabilirsiniz.
Tüm potansiyometreler (R2, R3 ve R5) tercihen çok turludur. Devre düğümlerinin en hassas ayarını yapmanıza izin verecekler.

Kullanılan transformatörlerin 50/60 Hz frekanstaki akımlarla çalışacak şekilde tasarlanması ve yüksek frekanslı sinyalleri iyi iletmemesi nedeniyle devre ADC girişlerinde herhangi bir filtre içermemektedir. Ancak gerekli ekipmanın bulunmaması nedeniyle (farklı frekanslarda jeneratörler vb.) Yazar tarafından ayrıntılı çalışmalar yapılmamıştır.

Akımı ölçmek için 2 kanal sağlanır - düşük akım (T2-R7-ADC2) ve yüksek akım (T2-R4-R5-R6-ADC3). Bu karar, büyük yüklerin (4-5A ve üzeri), CT çıkışında genlik olarak 4,5-5V'u aşan bir voltajın ortaya çıkmasına yol açmasından kaynaklanmaktadır. Böyle bir voltajın yarım dalgalarının üst kısımları VD3, VD4 diyot çifti tarafından kesilecektir; bu, belirtilen değerlerin üzerindeki akımı ölçmenin neredeyse imkansız olduğu anlamına gelir. Denetleyici ürün yazılımı, iki sinyalden hangisinin kullanılacağını otomatik olarak seçer.

Dijital parça devreler - AtMega16 mikrodenetleyici, standart alfanümerik LCD ekran tipi HD44780 ve diğer elemanlar. Bu bileşenler için bağlantı devreleri standarttır. Ekranı bağlarken, belirli modele ait belgelere göre yönlendirilmelisiniz, çünkü Farklı pin çıkışları (pin çıkışları) vardır. Yazar 2'yi biliyor. Diyagram en yaygın olanı göstermektedir.
Sergilemenin tek şartı Ruslaştırılmış olması gerektiğidir, çünkü Tüm mesajlar Rusça olarak verilmektedir.

Direnç R8, LCD'de istenen görüntü kontrastı seviyesini ayarlamak için kullanılan normal bir dirençtir (çok turlu değil).
R9 ve SB5 – arka ışık. R9 değeri belirtilmemiştir çünkü Farklı LCD modelleri farklı arka ışık akımına sahiptir. Belirli bir ekranın arka ışık akım değeri kullanılarak Ohm kanunu kullanılarak hesaplanabilir. Ekran arkadan aydınlatılmıyorsa R9 ve SB5'e hiç gerek yoktur.

R11, VD6 – “Güç sağlandı” göstergesi.
Dijital parça için özel bir ayar gerekli değildir. Bakım yapılabilir parçalar, doğru kurulum ve programlanmış bir kontrol cihazı ile devre, güç uygulandıktan hemen sonra çalışmaya başlar.

MK'nin kendisi AtMega 16/16A'nın modifikasyonları olabilir. L harfiyle yapılan değişiklik kullanılamaz - normalde 16 MHz frekansında çalışmaz. “L harfli AVR'ler 16 MHz frekansında nasıl çalıştırılır” gibi hız aşırtma konuları burada ele alınmıyor. Diğerlerini kullanabilirsiniz - Mega32, 64, 128, ancak onlar için ürün yazılımını buna göre yeniden derlemeniz gerekecektir.

Programlarken (ürün yazılımı) wattmetr.hex dosyasını denetleyiciye yüklemenin yanı sıra şunları da yapmanız gerekir:
1. Kuvars rezonatör modunu ayarlayın (CKSEL3..0=1111)
2. CKOPT=0'ı ayarlayın (kuvars 16MHz olduğundan gerekli)
3. JTAGEN=1'i ayarlayın. Bu yapılmazsa JTAG denetleyicisi (PC'nin en önemli 4 biti) yazılım tarafından kapatılamayacağından LCD düzgün çalışmayacaktır.
4. EEPROM'u ilk yapılandırma bilgileriyle birlikte güncelleyin (wattmetr.eep dosyası).

Yazar, programlama için LPT arayüzüne sahip ayrı bir PonyProg programcısı kullanmıştır. Yazarın tasarımında bir DIP paketinde bir denetleyici ve bunun için bir konektör kullanılır, bu nedenle şemada ve baskılı devre kartında bir ISP programlayıcısını bağlamak için bir konektör yoktur, ancak PB5-PB7 bacakları (programcı bunlara bağlı) bilinçli olarak serbest bırakılıyor.

Tüm düğmeler sabit değildir. Beklenen çalışma koşullarına bağlı olarak tasarımları herhangi bir şekildedir. SB1-SB3 ve VD5 yalnızca cihazı kurarken ve kalibre ederken kullanılır, böylece doğrudan karta yerleştirilebilirler, SB4 ve SB2 ayrıca ekranda bilgi görüntüleme modlarını değiştirmek için kullanılır, bu nedenle görüntülemek daha iyidir Kalibrasyon kolaylığı için dışarıda veya çoğaltın (paralel bağlı 2 düğme - kartta ve kasada). Yinelenen düğmeleri bağlamak için kartta konektörler için özel musluklar yapılmıştır.
Butonların ve LED'in amacı aşağıda “Kalibrasyon” ve “Çalıştırma” bölümlerinde açıklanacaktır.

Diyagramın herhangi bir UART seviye dönüştürücüyü (kontrolörün 14, 15 pinleri) içermediğine dikkat edilmelidir. Bunun nedeni, böyle bir dönüştürücünün türünün ve varlığının veya yokluğunun büyük ölçüde cihazın neye bağlanacağına bağlı olmasıdır. Eğer bir COM bağlantı noktasıysa, o zaman bir MAX232 yongasıdır, eğer USB ise, o zaman FT232BM gibi bir şeydir, eğer başka bir denetleyiciye bağlıysa, o zaman belki dönüştürücülere hiç ihtiyaç duyulmaz, vb.

Yazarın tasarımı başka bir AVR mikro denetleyicisine bağlanmayı içeriyor, dolayısıyla içinde hiçbir dönüştürücü yok. Direnç R12, iletim olmadığında (UART çalışma kurallarına göre) veya bu arayüz hiç kullanılmadığında Rx girişinde yüksek bir seviyeyi korumak için gereklidir.

MAX232, FT232 vb. için montaj şemaları burada verilmemiştir; bu mikro devrelerin belgelerinde bulunabilirler. Yerel UART arayüzüne (PL2303 gibi) sahip eski cep telefonlarının USB kablolarını da kullanabilirsiniz. Ancak bundan önce kablonun çıkışının log olduğundan emin olmalısınız. RS232 değil TTL seviyeleri.
Arayüzün çalışmasını test etmek için yazar, başka bir kart üzerine monte edilmiş bir MAX232 düğümü kullandı. Bu ünite, bilgisayar CD/DVD sürücüsünden gelen standart bir ses kablosu kullanılarak cihaza bağlandı.

Devre herhangi bir 5V DC kaynaktan beslenir. Örneğin, tek çipli dengeleyici LM7805 üzerindeki klasik bir güç kaynağından - Şek. 2. Ayrıca 5V sağlayan herhangi bir güç kaynağını, pili, bilgisayarın USB bağlantı noktasını vb. de kullanabilirsiniz.

Pirinç. 2. Güç kaynağı

Devreye, ölçülen yükün bağlı olduğu aynı ağdan güç vermeyi planlıyorsanız (örneğin, günlük yaşamda, bir apartman dairesinde olduğu gibi), o zaman her iki devrenin T1 transformatörlerini birleştirebilirsiniz. Onlar. iki bağımsız ikincil sargılı bir tane kullanın. Yani yazarın kopyasında her biri iki ikincil 15V olan bir transformatör kullanılıyor.

Devre herhangi bir uygun şekilde monte edilebilir.

Makaleye ayrıca tanınmış programda oluşturulmuş bir baskılı devre kartı çizimi de eşlik ediyor. Çift taraflı PCB kullanımını ve az sayıda vias (metalize) deliğin uygulanmasını içerir. Bununla birlikte, çift taraflı kablolama ve metalize delikler açmak imkansız görünüyorsa (örneğin evde kullanarak), o zaman:
1. tek taraflı PCB'ye yalnızca tüm parçaların büyük kısmını içeren M2 katmanını yerleştirin;
2. Metalize vialar yerine normal vialar yapabilirsiniz;
3. M1 katmanının tüm izlerini (ilgili yollarla birlikte) aktarma kablolarıyla değiştirin. Dirençler ve kapasitörler gibi radyo bileşenlerinin bacaklarını kesmek için kullanılması çok uygundur.

Aşağıdaki özelliklere de dikkat edilmelidir:

• Kart üzerindeki T1 ve T2 ölçü transformatörleri yönlendirilmemiştir, çünkü farklı tasarım ve boyutlarda olabilirler. Örneğin yazarın kopyası, güç kaynağı transformatörünün ikinci sargısını T1 olarak kullanıyor. Transformatör sargıları, konnektörlü teller kullanılarak panele bağlanır.
• R1 (CT şantı) kart üzerine yönlendirilmez, doğrudan CT pinlerine lehimlenmelidir. Bu, şant arızası riskini azaltır.
• Bir LCD'yi bağlamak için kartta, kontak sırası Şekil 1'de gösterilen en yaygın ekran düzenine karşılık gelen bir konektör bulunur. Cihazı monte ederken LCD kopyanızın açıklamasını kontrol ettiğinizden emin olun, çünkü pratikte birçok farklılık vardır - standart olmayan kontak sırası, ekran kartının yan tarafındaki konumları, SMD kontakları vb.
• Kartta dörtlü bir DIP anahtarı var çünkü... Satışta üçlü bulmak her zaman mümkün olmuyor. Üçlü kullanmak mümkünse, karttaki sol anahtar yerine (kontrolörün 40. ayağının devresi), bir tel köprüyü lehimlemelisiniz (veya M1 katmanına bir yol döşemeli ve 2 ek metalize delik açmalısınız) ).

Dikkat! Yazar, cihazı bir devre tahtası üzerinde topladı ve hata ayıklamasını yaptı, çünkü başka bir cihazın parçası olarak kullanılması amaçlanmıştır. Bu nedenle önerilen tasarım çizimi yalnızca teoriktir ve pratikte test edilmemiştir.
Şekil 2'ye göre BP. 2 hazır fabrika yapımı bir trafo merkezine monte edildi. Çizimi de ektedir.

Şemanın kurulması

Dikkat! Devreyi kurmadan önce, SW1'in 3 DIP anahtarının tümünü açmalısınız (veya MK'yi devreden çıkarmalısınız). Eğer dörtlü anahtar kullanılıyorsa kontrolörün 40. ayağının hattının açılmasına gerek yoktur.
Genel olarak DIP anahtarlarının manipülasyonu tercih edilir çünkü Yazar böyle bir durumla karşılaşmamış olsa da, LCD'lerin bazı kopyalarının (veya modellerinin) açıldıktan hemen sonra başlatılmazsa yandığına dair bilgiler var. Denetleyici kaldırılırsa, onu başlatacak kimse olmayacaktır.

Devrenin kurulması, R2, R3 ve R5 potansiyometrelerinin aşağıdaki sırayla ayarlanmasına bağlıdır:
1. Yük bağlantısı kesikken, A noktasındaki voltajı devre topraklamasına göre +2,5V'a ayarlamak için R3'ü kullanın.
2. T1'e voltaj uygulayın ve R2 çıkışını A noktasına göre 1V'ye ayarlayın. Bir osiloskopunuz varsa, R2 çıkışındaki sinüzoidi +1..+4.5V dahilinde olacak şekilde (yani diyotlar tarafından kesilmeyecek şekilde) kontrol edin. VD1-VD2). Voltajı biraz artırma yeteneğine sahip bir laboratuvar ototransformatörünüz veya stabilizatörünüz varsa, T1 girişine artırılmış bir voltaj uygulayabilir (örneğin, 260-270V) ve sinüs dalgasını buna göre ayarlayabilirsiniz. giriş voltajı aralığının üzerindeki marj.
3. Güçlü bir yük bağlayın (4-5A - örneğin 1 kW'lık bir demir) ve bölücü çıkışındaki voltajı girişinden yaklaşık 5 kat daha düşük bir değere ayarlamak için R5'i kullanın. Normal bir voltmetre kullanıyorsanız, o zaman A noktasına göre. Bir osiloskopunuz varsa, bölücü çıkışından gelen sinüzoidin diyotlar tarafından kesilmediğinden emin olun.

Ölçümleri her zaman yere göre bir osiloskopla yapın.
Sinüs dalgasının bir yerde kesilmesi durumunda cihazın okumaları hatalı olacaktır.
Yapılandırmadan sonra devrenin analog kısmı ile MK arasındaki bağlantıyı yeniden kurarız (tüm DIP anahtarlarını açarız).
Cihaz kalibrasyonu aşağıda açıklanmıştır.

Firmware

Denetleyici mikro kodu, CvAVR derleyicisi kullanılarak C dilinde yazılmıştır.
Sürekli olarak ADC kanallarını yoklar, girişlerindeki voltajı ölçülen gerçek değerlere yeniden hesaplar ve elde edilen değerleri ekranda görüntüler.

Her ölçüm döngüsü 0,5 saniye sürer ve bunun ardından veriler işlenir (ölçülen parametreler hesaplanır) ve görüntülenir. Her ölçüm, ADC1-ADC3 girişlerindeki voltajların ölçülmesini ve gerekli voltaj, akım vb.'nin hesaplandığı ön değerlerin hesaplanmasını içerir. Bu yaklaşım aşağıda daha ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.

Ölçümler, 5 kHz frekansta TC0 zamanlayıcı kesintileri kullanılarak gerçekleştirilir.
Onlar. Periyot başına 100 kez (20 ms), zamanlayıcı kesmesinde 3 ADC kanalının (ADC1-ADC3) tamamından ölçümler alınır. 0,5 saniye sonra zamanlayıcı kapanır ve hesaplamalar gerçekleştirilir. Orta nokta voltajı (ADC0), zamanlayıcı başlamadan önce her defasında ölçülür. Bu, rastgele orta nokta voltaj dalgalanmalarının cihaz okumaları üzerindeki etkisini azaltmanıza olanak tanır.

Şimdi denetleyici mikro kodunda uygulanan fiziksel büyüklükleri ölçme yöntemlerine bakalım.
Çeşitli elektriksel büyüklüklerin ölçülmesine yönelik teorik yaklaşımlar yukarıda verilmiştir, ancak burada teoriden pratik farklılıkları ve bu ölçümlerin uygulanmasının özelliklerini dikkate almak gerekir.
Teorik girişte verilen tüm formüllerin doğrudan bir mikrodenetleyicide uygulanması imkansız olmasa da çok zordur.

Gerçek şu ki, hepsi her zaman içlerinde bulunan tüm niceliklerin (örneğin anlık voltaj ve akım) gerçek (programlama dilinde konuşursak kayan nokta) sayılar olduğunu ima eder. Ancak genel olarak mikro denetleyicilerde ve özel olarak AVR'de, 10 saat döngüsünde bile bu tür iki sayıyı toplayabilecek veya çarpabilecek aritmetik yardımcı işlemci yoktur. Bu tür eylemler, çok yavaş çalışan yazılım emülasyonu yoluyla gerçekleştirilir. Karekök çıkarmaya ve φ hesaplamasında kullanılan trigonometrik fonksiyon arccos'u (ark kosinüs) hesaplamaya yönelik zaman alıcı, yinelemeli algoritmalardan bahsetmiyorum bile.

Başka bir deyişle, bu tür eylemleri her milisaniyede bir bile çağrılan bir kesme işleyicisinde uygularsanız, bu tür bir işleyici 1 ms içinde tamamlayamayacaktır ve bu da en iyi ihtimalle korkunç "frenlere" yol açacaktır ve çoğu denetleyicinin tamamen donması muhtemeldir. Bunların her ikisi de aslında cihazın tamamen çalışamaz hale gelmesi anlamına gelir.

Bunları hesaplamak için tablo algoritmaları (karekök ve ark kosinüs için) ve "ölçeklendirilmiş" değerlerin manipülasyonu (örneğin, akım kesirli amper cinsinden değil, tamsayı miliamper - 1.253 olarak hesaplanabilir) gibi diğer yöntemleri kullanabilirsiniz. A = 1253mA), vb. Ancak kendi eksikliklerinin çoğu var - program kodu gereksiz işlemlerle "şişirilmiş", bu da zaten oldukça karmaşık algoritmaları kafa karıştırıcı ve belirsiz hale getiriyor. Ayrıca bu, bazen MK'de çok eksik olan bellek tüketimini (hem RAM hem de Flash) artırır. Bu tür hesaplamaların doğruluğu da sıklıkla zarar görmektedir.
Aynı zamanda, teorik formüllerin basit matematiksel dönüşümleri, standart C kütüphanesindeki kayan nokta ve sqrt ve arccos işlevlerini kullanma yeteneğini korurken tüm bu sorunlardan tamamen kaçınmanıza olanak tanır.

Gerilim hesaplama örneğini kullanarak bu yöntemi ele alalım.
Makalenin teorik kısmında formül (1) verilmiştir, burada u i anlık voltaj değeridir ve bu da u=K*u adc (2) olarak hesaplanır, burada u adc ADC'deki voltajdır giriş, K, transformatör T1 ve bölücü R2'nin genel bölünme oranını dikkate alan bir sabittir. MK'deki belgelere göre (3). (3)'ü (2)'ye ve ardından (1)'e değiştirerek, ADC i'nin, ölçümün tamamlanması üzerine ADC veri kaydından okunan değer olduğunu elde ederiz. Ve bu tamamen tam sayı bir değerdir ve hatta işaretsizdir.
Buradan kare alma (esasen çarpma) ve toplamanın (TC0 zamanlayıcı kesme işleyicisinin gövdesinde yapılması gereken), MK'nin (bir donanım tamsayı çarpanı içerdiğini unutmayalım) 1'de kolayca başa çıkabileceği tamsayı işlemleri olduğu sonucu çıkar. -2 ölçü. Belirli sayıda frekans periyodu için anlık ADC örneklerinin karelerinin tam sayı toplamına sahip olduğunuzda ve bunların sayısını (yukarıdaki formüllerde N) bildiğinizde, kayan nokta ve standart matematik dili fonksiyonlarını kullanarak ölçümleri durdurabilir ve diğer tüm hesaplamaları gerçekleştirebilirsiniz. Si.

Ayrıca, her kanalın ölçümünden hemen sonra, ADC0 kanalından (orta nokta) gelen kod, okunan ADC kodundan çıkarılır, böylece sinüzoidlerin 2,5V'luk yükselişi telafi edilir.

İlgili ifadeler hem akım (yük akımı ile şönt R1 üzerindeki gerilim arasındaki ilişki dikkate alındığında yalnızca farklı bir K katsayısı vardır) hem de aktif güç için geçerlidir.

Kosinüs ve diğer nicelikler için formüllerin dönüştürülmesine gerek yoktur çünkü bunların tümü, halihazırda mevcut olan voltaj, akım ve aktif güce dayalı olarak zamanlayıcı kesintisinin dışında hesaplanır.

Önerilen donanım yazılımının önemli bir dezavantajı, CT'nin doğrusal olmamasını telafi edecek mekanizmaların neredeyse tamamen bulunmamasıdır. Bunun iki nedeni var.

İlk ve asıl mesele, yazarın, CT çıkışındaki voltajın yük akımına bağımlılığının doğru bir grafiğini oluşturmak için çeşitli yük akımları oluşturmak için belirli bir test tezgahının bulunmamasıdır. Ev aletleri buna pek uygun değil çünkü... tüm akım aralığının tek tip araştırılmasına izin vermezler. TT için DS'de verilen grafikler de uygun değildir çünkü bu tür bir görev için çok küçük ve çok kabalar. Birçok TT modeli için DS bu dezavantajdan muzdariptir.

İkincisi, böyle bir algoritmayı uygulamak için kullanılan MK'de olası bir RAM belleği eksikliğidir. AtMega32 gibi daha büyük belleğe sahip başka bir MK ile değiştirmek gerekebilir. Ancak ilk nedenden dolayı bu yönde detaylı çalışmalar yapılmamıştır.
Bu dezavantaj, 2 akım ölçüm kanalının ve aralarında kontrollü bir anahtarlama eşiğinin bulunmasıyla kısmen telafi edilir, çünkü Her kanal kendi kalibrasyon faktörünü kullanır. Onlar. En sık ölçülen yükler için kabul edilebilir okumalar elde edilebilir.

Diğer bir dezavantaj, cihazın bazen negatif aktif güç P göstermesidir (tabii ki bir J elektrik jeneratörünü takmadığınız sürece bu olamaz). Bunun nedeni, ölçümlerin ağ ile senkronize olmamasıdır; Ölçümler periyodun başında başlamalıdır ancak önerilen devrede ve mikro kodda benzer senkronizasyon vardır.

Çünkü hata yalnızca güç işaretiyle ilgiliyse, bu eksiklik ayarlarda belirlenen P modulo kullanılarak kısmen "telafi edilebilir".

Cihaz kalibrasyonu/ayarlaması

Çünkü Cihaz bir ölçüm cihazı olduğundan kullanımdan önce kalibre edilmesi gerekmektedir.
Kalibrasyon SB1-SB4 düğmeleri kullanılarak gerçekleştirilir. Ayarlar/kalibrasyon moduna giriş ve kalibrasyon aşamaları arasında geçiş SB1 butonu ile yapılır. Bazı durumlarda ekranda birden fazla değer görüntülenebilir ancak her aşamada değişen değer her zaman aynıdır, köşeli parantez içine alınmıştır "<", ">". Diğerleri referansınız ve genel bilginiz için sağlanmıştır.

Düzenlenebilir değerler sırasıyla SB2, SB3 - azaltma/artırma düğmeleri kullanılarak değiştirilebilir. Tüm değerler (aksi belirtilmedikçe) en yakın yüzde birliğe kadar belirtilmelidir. Doğruluk modu SB4 düğmesiyle ayarlanır ve VD5 LED'i tarafından görüntülenir. VD5 açıksa, değişim adımı 0,01'dir (artan doğruluk), aksi takdirde - 0,1.

Kalibrasyon/ayar ilerlemesi:

1. Devreye güç uygulayın.
2. SB1'e basın. Cihaz ayarlar moduna girecek, ekranda “Ayarlar” ve ardından yaklaşık 1 saniye sonra “U gücü (destek)” yazısı görüntülenecektir. Burada devre besleme voltajını veya destek voltajını (kontrol cihazının AREF ayağı) belirtmelisiniz.
3. SB1'e basın. “Voltmetre” kelimeleri görünecektir. Sağındaki sayı, ADC1 girişindeki (A noktasına göre) etkili alternatif voltajdır, 2. satırdaki ise ADC1 voltajının elde edilen voltaja dönüşüm faktörüdür ve düzenlenebilir, sözde. “Arzu edilen” voltaj – ekranda görmek istediğimiz şey. Burada istenen voltajı ayarlamalısınız (bir referans voltmetre kullanarak). Dönüşüm faktörü otomatik olarak hesaplanır.

Daha sonra, ampermetrenin her iki kanalı da aynı şekilde kalibre edilir, mevcut ölçüm kanallarının değiştirilmesi için eşik ve aktif güç kullanımı modu ayarlanır - daha sonra, ayarları kontrol cihazının EEPROM'una kaydedebilir veya varsayılanları geri yükleyebilirsiniz. (“fabrika” ayarları olarak adlandırılır).
Geçerli kanallar Lo (ADC2) ve Hi (ADC3) olarak adlandırılır. Yüke seri bağlı bir referans ampermetre ile kalibre edilmeleri gerekir.

Yüksek akım (Hi) kanalı, yüksek güçlü (1 kW veya daha yüksek) bir yüke göre kalibre edilmelidir. Bunun nedeni, düşük yük akımlarının CT çıkışında düşük bir voltaj vermesidir; bu aynı zamanda azaltılmış bir R4-R6 bölücüsü olan ADC'nin gürültü ve hataları alanına girebilir. Sonuç olarak okumalar hatalıdır.
Anahtarlama eşiği, onda bir doğrulukla amper cinsinden ayarlanır. Bu değeri kullanarak kontrolör, ekranda görüntülemek ve S, P, Q, vb.'nin diğer hesaplamalarını yapmak için hangi akım kanalının kullanılacağını seçer. Eşik, kontrolörün VD3, VD4 diyotları tarafından bozulmadan bir sinüzoidi ölçeceği şekilde seçilmelidir. Yazarın araştırmasına göre 4A değeri oldukça kabul edilebilir. Bu genellikle ütünün 1 kW'lık mevcut tüketiminden biraz daha azdır. Eşiğin çalışmasını teşhis etmek için denetleyicinin pin 19'unu (PD5) kullanabilirsiniz. Kayıt. Cihaz Lo kanalını kullanıyorsa üzerinde 0, 1 – Hi oluşur. İstenirse bu bacağa bir teşhis LED'i bağlayabilirsiniz.

Fabrika ayarları:
ADC desteği (besleme voltajı) – 5V.
Gerilim dönüşüm faktörü – 150.
Düşük akım kanalı için dönüşüm faktörü 1,30'dur.
Yüksek akım kanalının dönüşüm faktörü 6,50'dir.
Mevcut kanalları değiştirme eşiği 4,00 A'dır.
Profili görüntüle – 1.
Aktif güç modu – “olduğu gibi”.

Cihazın çalıştırılması

Önerilen cihazın kullanımı oldukça kolaydır.
Gücü açtıktan hemen sonra bir karşılama mesajı belirir; 1 saniye sonra cihaz çalışma durumuna girer ve ölçülen parametreleri ekranda görüntülemeye başlar. Okumalar yaklaşık saniyede bir güncellenir.
Cihazda iki sözde “profilleri görüntüle” - aynı anda görüntülenen parametrelerin setleri:

1. Ekranın 1. satırı – U, I, S; 2. – P, cos(φ),φ.
2. 1. - U, I, S; 2. – P, Q, φ.

Profil seti ve bunların bileşimi sabittir; hiçbir değişiklik yolu sağlanmamıştır.
Profili değiştirmek için SB4 düğmesine basmanız ve ekranda “Profil değişti” mesajı görünene kadar basılı tutmanız gerekir. Bu mesaj göründükten sonra düğmeyi bırakın.

“Fabrika” ayarları 1. profili aktif olarak içerir. SB2 düğmesini kullanarak cihazın açıldığında hemen kullanması için geçerli profili hatırlayabilirsiniz. “Profil kaydedildi” mesajı görünene kadar SB2 düğmesini basılı tutmak gerekir. Cihaz kalibre edilirken mevcut profil değişmez, ancak ayarlar fabrika ayarlarına sıfırlandığında profil 1 geçerli profil olur.

Profil seçimi otomatik olarak kaydedilmez. Bu, EEPROM kaynağını kaydetmek için yapılır.
Profil seçimi, UART aracılığıyla bilgi çıkışının kompozisyonunu hiçbir şekilde etkilemez.

Ayrıca aşağıdaki özelliğe de dikkat etmelisiniz - birincil sargılı CT, işlevsel ve yapısal olarak bir radyo antenine benzer. Duvarlarda ve ilgili yapılarda gizli kabloları aramaya yönelik cihazlar bu prensiple çalışır. Bu bağlamda, yük olmadığında, cihaz bazen "çöp" - parazitin neden olduğu bir tür akım ve güç - görüntüler. Bu girişimler yük bağlıyken ölçüm sonuçlarında görülmez.
Bu olguyla mücadele etmek için hiçbir araç sağlanmamaktadır.

Yazara göre bunu aşmanın en radikal yolu yük soketine bir çeşit mikroswitch takıp mikrokodla sorgulamaktır. Anahtar açıksa yük bağlanmaz ve akım ölçümleri yapılmaz veya göz ardı edilir (akım sıfıra zorlanır).

Veri alışverişi arayüzüUART

Önerilen cihaz, standart bir UART seri arayüzü üzerinden ölçüm sonuçlarının çıktısını alma özelliğine sahiptir. O. bunu daha karmaşık cihazların bir parçası olarak kullanabilir veya otomatik bilgi toplamak için bir bilgisayara bağlayabilirsiniz.
Veri alışverişi parametreleri – 38400, 8N1.
Değişim protokolü çok basittir - tek baytlık 0xAA komutunu kullanarak, denetleyici aşağıdaki formatta - tabloda 15 baytlık bir bilgi bloğu üretir. 1.

Tablo 1.

Protokolün aşağıdaki özelliğine dikkat edilmelidir - tüm değerler tamsayı formatında iletilir (miliamper cinsinden akımlar, her zaman 1'den küçük olan kosinüs, 100 ile çarpılır). Bu, aşağıdaki nedenlerden dolayı yapılır:
- tamsayılar daha az yer kaplar - 1 veya 2 bayt. Kullanılan C dili lehçesindeki kayan nokta sayıları her zaman 4 bayttır. Ayrıca tüm çıktı değerleri, önemli bir doğruluk kaybı olmaksızın tamsayı formatına uyar.
- Çünkü Cihaza ne tür bir bilgisayar sistemi mimarisinin bağlanacağı önceden bilinmemektedir, bu durumda kayan sayıların formatı cihazda kullanılandan tamamen farklı olabilir ve bu da veri bloğunun kodunun çözülmesinde ek zorluklar ortaya çıkaracaktır.

İki baytlık sayılar sözde formatta iletilir. küçük Hintli - yani Önce düşük bayt, ardından yüksek bayt gelir.
Ayrıca özellikler de vardır:
- UART üzerinden kalibrasyon yapma ve kalibrasyon bilgilerini okuma imkanı yoktur;
- kalibrasyon modunda UART arayüzü mevcut değildir (MK buna yanıt vermez). Kalibrasyon devam ederken gönderilen veri istekleri kaybolur;
- MK yaklaşık saniyede bir kez bilgi gönderebilir (ölçümlerin tamamlanmasından ve ölçülen tüm değerlerin hesaplanmasından sonra), cihazı sorgulamak için bir sistem geliştirilirken bu dikkate alınmalıdır. Bu nedenle veri talepleriyle bunaltmamalısınız çünkü bu, ölçüm modülünün çalışmasını olumsuz etkileyebilir.

Cihazın nasıl çalıştırılacağını göstermek için yazar, PC için WinAppWattmeter.exe adlı bir Windows demo uygulaması geliştirdi. C# ile yazılmıştır ve WinXP ve üzeri ortamlarda çalışır. Ayrıca cihazın bağlanacağı yerde .NET 2.0 platformuna ve bir COM bağlantı noktasına (fiziksel veya sanal USB) sahip olmanız gerekir. Bu uygulamanın kaynakları VS.NET 2005 ve üzeri sürümlerde derlenmiştir. VS Express ve .NET Compact sürümleri test edilmemiştir.

Cihazın teknik özellikleri, avantajları ve dezavantajları

Avantajları:

1. Ölçülen ağdan galvanik izolasyonu tamamlayın.
2. Herhangi bir kaynaktan güç kaynağı imkanı - güç kaynağı, piller, bilgisayarın USB bağlantı noktası vb.
3. Geniş ayar aralığı.
4. Mevcut eleman tabanı.
5. Çok çeşitli ölçülen büyüklükler.
6. Ölçüm sonuçlarını diğer bilgisayar sistemlerine (örneğin bir PC'ye) aktarma imkanı.

Kusurlar:

1. CT'nin doğrusal olmaması, tüm aralıkta akım ölçümünde hatalara yol açar. Bu, ölçümlerin doğruluğunu değerlendirmeyi önemli ölçüde zorlaştırır (bazı akım aralıkları doğru ölçülür, geri kalanı hatalıdır ve bunda da farklıdır). Bu aralıklar büyük ölçüde cihaz kalibrasyon modunda ayarlanan katsayılara bağlıdır ve bu nedenle sabit değildir. Örneğin, cep telefonu şarj cihazları, havyalar veya apartman ampulleri gibi küçük yüklerde okumaların doğru olmasını, ancak daha güçlü yüklerin (ütü, saç kurutma makinesi, elektrikli soba, fırın, mikrodalga fırın, çamaşır makinesi) doğru olmasını sağlayacak şekilde kalibre edebilirsiniz. ) hatalarla ölçülecektir.
2. TT'nin kendisi elde edilmesi zor ve pahalı bir parça olabilir.
3. Yük olmadığında, cihaz bazen CT'nin birincil sargılarında indüklenen akımın bir kısmını ve bunun sonucunda bazı güç ve diğer parametreleri gösterir.

Cihazın detaylı teknik özellikleri verilmemiştir çünkü Yapılandırması ve ayarlanması için oldukça geniş olanaklar vardır.

Kullanılan CT modeli potansiyel olarak 25A'ya kadar akımların ölçülmesine izin verir, ancak bu aralığın tam olarak kullanılması için devrenin giriş (analog) aşamasını ve mikrokodu değiştirmek gerekir.
Ölçülen gerilim aralığı aynı zamanda kullanılan transformatöre de bağlıdır. "Güç kaynağından" normalse, bu yaklaşık 180-250V'luk "standart" bir aralıktır ve özel olarak yapılmış bir transformatör alırsanız 380 volt ölçebilirsiniz.

Değer aralıkları, kullanılan veri türlerine ve mikrokodun algoritmik özelliklerine göre belirlenir – U=1..999v, I=1mA..65A, S/P/Q – her biri 1..999 karşılık gelen birim.
Devrenin akım tüketimi, ekranın arka ışık akımı dikkate alınmadan 28-30 mA'dır. Bu akım farklı LCD modelleri için farklıdır. Tipik değeri 100-120 mA'dır.
Ayrıca farklı LCD ve op-amp modelleri kullanıldığında akım verilen değerlerden biraz farklı olabilir.

Fotoğraflar

Son olarak cihazın birkaç fotoğrafı.

Güç ünitesi. Fiziksel olarak iki bağımsız sargıya sahip bir transformatör vardır. Biri güç kaynağının kendisine hizmet ediyor, ikincisi (sağda 2 sarı kablo) - T1 ölçüsünde.

Cihaz geliştirme panosu. Not (bir kez daha): bu bir prototiptir. Trafo merkezi Sprint çizimine göre üretilmedi çünkü Cihazın halen geliştirilmekte olan başka bir ürün kapsamında çalıştırılması planlanıyor. Bu nedenle lütfen iki pad'e, ikinci ekrana ve soldaki LED'e dikkat etmeyin. Açıklanan cihazla hiçbir ilgisi yoktur.

Havya 25W. Profili görüntüle 2.

Yüksüz. Ekran profili 2. CT sargısındaki parazitleri ve aksaklıkları yakalıyoruz. Sonuç, ima ettiği her şeyle birlikte 68 mA'lık bir "sol" akımdır.

Yukarıdakiyle aynı, ancak müdahale olmadan. Profili görüntüle 2.

Demir 1kW. Profili görüntüle 1. Negatif aktif güç J - “düzeltme” modu devre dışı. Soldan ikinci LED yanıyor - yüksek akım kanalının (kontrol cihazının pin 19'u (PD5)) kullanıldığına dair bir işaret. Eşik seti – 4A

Tedarik edilen malzemelerin listesi

Wattmetr-Mega16-16MHz.zip – kaynaklara sahip denetleyici ürün yazılımı. Arşivde ayrıca hazır bir mikro kod dosyası wattmetr.hex ve bir fabrika ayarları dosyası (EEPROM) - wattmetr.eep bulunmaktadır.
WinAppWattmeter.zip – kaynaklara sahip demo uygulaması (.NET 2.0, VS.NET 2005+ altında C#). Ayrıca hazır bir exe dosyası da bulunmaktadır (virüssüz).
Plata\*.* - .lay formatında baskılı devre kartlarının çizimleri (Sprint 5).

1. L.A. Bessonov, Elektrik mühendisliğinin teorik temelleri, ed. 9, 2 cilt halinde. Moskova, “Yüksek Okul”, 1996.
2. Elektronik faz ölçer - http://kazus.ru/shemes/showpage/0/104/1.html Aka - Radyo No. 5, 1990, s.
3. Atmel AVR465: Sabotaj Algılamalı Tek Fazlı Güç/Enerji Ölçer.
4. MK'de dijital wattmetre - http://radiokot.ru/circuit/digital/measure/23/
5. Akım trafosu - http://bsvi.ru/transformator-toka/
6. Modern endüstriyel akım sensörleri. "Modern Elektronik", Ekim 2004
7. Etkin voltaj değerinin ölçümü - http://arv.radioliga.com/content/view/107/43/

Radyo elemanlarının listesi

DC ve AC akım ve gerilim sensörlerine bakacağımız sensör inceleme döngüsünün son kısmına geçiyoruz. Ana seride yer almayan diğer tüm sensörler için ileriki yazılarımızda aniden ihtiyaç duyulduğunda ek incelemeler yapacağız.
Bu makale, akım ve voltaj sensörlerini bir mikro denetleyiciye bağlama sorunlarını, güç kalitesi analizörlerinin çalışması için algoritmaların dikkate alınmasını, belirli güç kalitesi göstergelerinin anlamını ve ne anlama geldiklerini içeren, güç kalitesi parametrelerinin ölçülmesiyle ilgili yeni bir materyal dizisi açmaktadır. . Ayrıca, ilk makalenin yorumlarında bahsettiğimiz, dijitalleştirme ve veri işlemenin doğruluğu konusunda birçok kişinin endişe duyduğu konuya da değineceğiz.

Akım sensörleri

Şant ölçümü

Akımı ölçmenin en basit ve en doğru yolu. Bildiğiniz gibi aktif bir direnç üzerinden akım geçtiğinde, ölçülen akımla orantılı olarak direnç üzerinde bir gerilim düşüşü meydana gelir. Harika, bir direnç alıyoruz ve onu ölçülen devrenin açık devresine yerleştiriyoruz:


Şekil 10: Akım sensörü akım şöntü
Şönt boyunca voltaj düşüşü geçen akımla orantılıdır:
(10)
Buna göre sensör çıkışında gerekli voltaja bağlı olarak gerekli şönt direncini seçiyoruz. Ancak! Şönt üzerindeki voltaj düşüşü kayıplara ve ısınmaya neden olacağından yüksek akımlarda kayıpları sınırlamak için düşük giriş voltajı değerleriyle yetinmek zorunda kalıyoruz. Ticari olarak üretilen bu adamlar 75mV'luk standart bir çıkış voltajı sağlar:

Şekil 11: ShSM tipi akım şöntü
Şönt ölçüm kafalarının çoğu 75 mV'ye kalibre edilmiştir. İkinci vida çiftine dikkat edin; bunlar, kayıpları azaltmak için özel olarak bir ölçüm cihazına bağlanmak üzere tasarlanmıştır.
Bu tür şöntleri kullanarak akımı ölçmek için işlemsel yükselteçlerin kullanılması gerekir. Aynı zamanda ortalama kazanç 20-40 olup, yaygın olarak kullanılan işlemsel yükselteçlerin yetenekleri dahilindedir. Prensip olarak bu, bir bipolar transistör temelinde yapılabilir.
Aşağıdaki diyagramı elde ederiz:


Şekil 12: Bir op amp'in amplifikatör olarak kullanılması
Alternatif akımı ölçerken çıkış sinyalinin iki kutuplu olacağı ve işlemsel yükselticinin iki kutuplu bir güç kaynağından beslenmesi gerektiği dikkate alınmalıdır.
Her ihtimale karşı, planımızın nasıl çalıştığını görelim:


Şekil 13: Akım Sensörü Yükseltici Simülasyonu
Girişe 75mV uyguluyoruz, 20 ile çarpıyoruz, çıkışta 10A akım için 1,5V genlikli bir sinyalimiz var. Bir sonraki makalede bipolar sinyalin neden kötü olduğunu anlayacağız.
Avantajları:

• yüksek doğruluk;
• geniş voltaj ve frekans aralığı;

Kusurlar:

• galvanik izolasyon yoktur;
• düşük verimlilik.

Enstrüman akım trafosu

Bir ölçüm akımı transformatörü, birincil sargısı bir akım kaynağına bağlı olan ve ikincil sargısı ölçüm cihazlarına veya koruyucu otomatik cihazlara bağlanan bir transformatördür.
Akım transformatörleri, yüksek akım devrelerinde genellikle yüksek potansiyelde akımları ölçmek için kullanılır. Örneğin 10 kV'luk bir ağdaki akımı ölçmek istedik. Veya 220V cihazımızın ölçülen akım devresinin galvanik izolasyonunun basit ve nispeten ucuz bir yolunu elde etmek istiyoruz. Akım trafolarının temel sorunu sadece alternatif voltajı ölçebilmeleridir.
Akım trafosu her zaman yüklüdür. Akım trafosunun sekonder sargısı açık devre ise, üzerinde birkaç bin kilovoltluk bir potansiyel ortaya çıkacak, bu da personelin yaralanmasına ve izolasyonunu kırarak cihazı devre dışı bırakacaktır.
Transformatörler yerleşik bir birincil sargıyla birlikte gelir. Örneğin:

Şekil 14: Coilcraft CS2106L Serisi Akım Trafosu
Ya devasa bir otobüs şeklinde birincil sargıya benzeyen bu filler, hatta içinden kablo geçirmek için bir pencere bile var


Şekil 15: Endüstriyel çok amperli akım transformatörü
Akım trafosunun en büyük dezavantajı sadece belirli bir frekansta çalışmasıdır. Sola bir adım, sağa bir adım - yürütme. Metal çekirdek suçlanacak.
Ama onu çıkarırsak, bir hava transformatörü veya sözde alırız. Rogowski bobini:

Şekil 16: Rogowski bobini bağlantı şeması
Ölçülen devre ile etkileşim gerektiren diğer sensörlerin aksine Rogowski bobini, ölçülen devrenin kablolarının üzerine bir kayış gibi monte edilebilir.
Bazı ölçüm cihazları aşağıdaki sensörlerle donatılmıştır:


Şekil 17: Rogowski bobin sensörü
Ölçülen akımların aralığı onlarca amperden binlerce ampere kadardır ancak doğrulukları düşüktür.
Avantajları:

• Galvanik izolasyon;
• binlerce Amperlik yüksek akımlarla çalışın;

Kusurlar:

• yalnızca belirli bir frekans aralığındaki alternatif akımı ölçer (Rogowski bobini hariç);
• sinyalin fazını değiştirir ve telafi gerektirir

Hall etkili akım sensörleri

Bu tip sensörler, akım taşıyan bir iletken manyetik alana yerleştirildiğinde oluşan potansiyel farkının etkisini kullanır.

Şekil 18: Hall etkisi
Bir sensör oluştururken, manyetik bir devre alıyoruz, ölçülen devrenin telini içinden geçiriyoruz ve manyetik devre bölümüne bir Hall sensörü yerleştirerek açık tip bir akım sensörü elde ediyoruz:


Şekil 19: Açık tip Hall etkili akım sensörü
Böyle bir sensörün avantajı basitliğidir. Dezavantajı çekirdek mıknatıslanmasının varlığıdır, dolayısıyla okumaların doğrusal olmama durumu artar.
Çekirdeğe bir sargı ekleyelim ve içinden ölçülen akımla orantılı bir akım geçirelim:


Şekil 20: Dengeleyici Hall Etkisi Akım Sensörü
Sıfır çekirdek önyargısı ile sensörün doğrusallığını ve doğruluk sınıfını arttırıyoruz. Ancak tasarımı itibariyle böyle bir sensör akım trafolarına yakındır ve buna bağlı olarak maliyeti de ciddi oranda artar.
Transformatörler gibi, bir güç kablosunu bunların içinden geçirmenize izin veren sensör türleri de vardır:


Şekil 22: Hall etkili akım sensörü
Bölünmüş çekirdekli sensörler var - ancak bunların maliyeti çok yüksek.
Allegro tarafından 2,1 kV ve 3 kV galvanik izolasyonlu, Hall etkisine dayalı entegre güç devresine sahip sensörler üretilmektedir. Küçük boyutları nedeniyle yüksek doğruluk sağlamazlar ancak kompakttırlar ve kullanımları kolaydır.


Şekil 23: Allegro ACS754 akım sensörü

• ACS712 sensörü – ± %1,5 doğrulukla 30A'ya kadar doğru ve alternatif akımın ölçümü
• ACS713 sensörü – 30A'ya kadar DC akım ölçümü için optimize edilmiştir. Evrensel muadilinin iki katı hassasiyete sahiptir.
• ACS754 sensör – ± %1,5 doğrulukla 200A'e kadar doğru ve alternatif akımın ölçümü
• ACS755 sensörü – DC akım ölçümü için optimize edilmiştir.
• Sensör ACS756, 3-5V besleme voltajıyla 100A'ya kadar doğru ve alternatif akımı ölçmek için kullanılan bir sensördür.

Şekil 24: Sensör çıkış voltajı ve akım
Avantajları:

• 50-100 kHz ve daha yüksek frekanslara sahip geniş bir ölçülen akım aralığı;
• Doğru ve alternatif akımı ölçer.
• Galvanik izolasyon

Kusurlar:

• Masraflı

Ek bağlantılar:

DC ölçüm transformatörleri analogiu.ru/6/6-2-2.html
Rogowski bobinleri www.russianelectronics.ru/leader-r/review/2193/doc/54046
Wikipedia'da salon etkisi: ru.wikipedia.org/wiki/Hall_Effect
Salon sensörleri robocraft.ru/blog/electronics/594.html
Danilov A. Modern endüstriyel akım sensörleri www.soel.ru/cms/f/?/311512.pdf
HCPL-7851 analog amplifikatörünü temel alan devrelerin tasarımı www.kit-e.ru/assets/files/pdf/2010_04_26.pdf

Çözüm

Kendime, çeşitli cihazlar geliştirirken topluluk tarafından en yaygın olarak kullanılan sensörlerin bir incelemesini yapma görevini verdim. Sensörlerin çoğu, yakın gelecekte malzemelerim için ihtiyaç duyulmayacağı gerekçesiyle döngüye dahil edilmedi, ancak bazıları planlarda yer alıyor. İvme ve açısal hız sensörleri, pusula ve örneklerle mutlaka ayrı bir materyal yapacağım, yeni makaleler için bizi takip etmeye devam edin!

50 Hz frekanslı basit bir alternatif voltaj voltmetresi, ayrı olarak kullanılabilen veya bitmiş bir cihaza yerleştirilebilen yerleşik bir modül şeklinde yapılır.
Voltmetre PIC16F676 mikrodenetleyici ve 3 haneli gösterge üzerine monte edilmiştir ve çok fazla parça içermemektedir.

Voltmetrenin ana özellikleri:
Ölçülen voltajın şekli sinüzoidaldir
Ölçülen voltajın maksimum değeri 250 V'tur;
Ölçülen voltajın frekansı - 40…60 Hz;
Ölçüm sonucunu görüntüleme çözünürlüğü 1 V'tur;
Voltmetre besleme gerilimi 7…15 V'tur.
Ortalama akım tüketimi - 20 mA
İki tasarım seçeneği: gemide güç kaynağı olan ve olmayan
Tek Taraflı PCB
Kompakt tasarım
Ölçülen değerlerin 3 haneli LED göstergede görüntülenmesi

Alternatif voltajı ölçmek için bir voltmetrenin şematik diyagramı

Dirençler R6 ve R7, ADC girişinde 2,5 voltluk (gücün yarısı) bir voltaj oluşturur. Nispeten küçük kapasiteli Kapasitör C5, ADC girişini atlar ve ölçüm hatalarının azaltılmasına yardımcı olur. Mikrodenetleyici, zamanlayıcının kesintilerine bağlı olarak göstergenin dinamik modda çalışmasını düzenler.

--
İlginiz için teşekkür ederiz!
Datagor dergisinin genel yayın yönetmeni Igor Kotov

İyi! Bedava bitti. Dosyalar ve faydalı makaleler istiyorsanız bana yardım edin!

ADC - Analogdan dijitale dönüştürücü. Adından, girişe sayıya dönüştürülen bir analog sinyal verildiğini tahmin edebilirsiniz.

Söylenmesi gereken ilk şey mikrodenetleyicinin ADC'sinin sadece voltajı ölçebildiğidir. Diğer fiziksel büyüklükleri ölçmek için öncelikle gerilime dönüştürülmeleri gerekir. Sinyal her zaman referans voltajı adı verilen bir noktaya göre ölçülür; bu aynı nokta ölçülebilecek maksimum noktadır. Referans voltaj kaynağı (VS) olarak oldukça kararlı bir voltaj kaynağının seçilmesi önerilir, aksi takdirde tüm ölçümler referansla birlikte hareket edecektir.

En önemli özelliklerden biri ölçüm doğruluğunu etkileyen çözünürlüktür. Tüm ölçüm aralığı parçalara bölünmüştür. Minimum sıfır, maksimum voltaj ION. 8 bitlik bir ADC için bu 2^8=256 değerdir, 10 bitlik bir ADC için 2^10=1024 değerdir. Böylece bit derinliği ne kadar yüksek olursa sinyal o kadar doğru bir şekilde ölçülebilir.

Diyelim ki 0'dan 10V'a kadar bir sinyali ölçtünüz. Kullandığımız mikrodenetleyici 10 bit ADC'li Atmega8'dir. Bu, 10V aralığının 1024 değere bölüneceği anlamına gelir. 10V/1024=0,0097V - bu adımla voltajı ölçebiliriz. Ancak mikro denetleyicinin 0,0097, 0,0098, 0,0099... değerlerini aynı olarak değerlendireceğini unutmayın.

Yine de 0,01'lik bir adım oldukça iyidir. Bununla birlikte, bu doğruluğun karşılanmayacağı birkaç öneri vardır; örneğin, 10 bit doğrulukta ölçümler için, ADC'nin çalıştığı frekans 50-200 kHz olmalıdır. İlk dönüşüm 25 döngü, ardından 13 döngü sürer. Böylece 200 kHz frekansta maksimumu sıkıştırabiliriz
200.000/13 = 15.384 ölçüm.

Referans voltaj kaynağı olarak dahili bir kaynak veya harici bir kaynak kullanılabilir. Stabilitenin düşük olması nedeniyle dahili kaynak voltajının (2,3-2,7V) kullanılması önerilmez. AVCC veya Aref pinine program ayarlarına göre harici bir kaynak bağlanır.

Bir ADC kullanırken AVCC pininin bağlanması gerekir. AVCC voltajı, mikro denetleyici besleme voltajından 0,3V'tan fazla farklı olmamalıdır. Söylendiği gibi ölçülen maksimum voltaj referans voltajına (Vref) eşittir, 2V-AVCC aralığındadır. Yani mikrodenetleyici 5V'tan fazlasını ölçemez.

Ölçüm aralığını genişletmek için sinyali bir voltaj bölücü aracılığıyla ölçmeniz gerekir. Örneğin ölçülen maksimum voltaj 10V, referans voltajı 5V'dur. Ölçüm aralığını genişletmek için ölçülen sinyali 2 kat azaltmanız gerekir.

Böleni hesaplama formülü şöyle görünür:

U çıkış = U giriş R2 /(R1 + R2)

Değerlerimizi formülde yerine koyalım:

5 = 10*R2/(R1+R2)

onlar. herhangi iki özdeş direnci alıp şemaya göre bağlayabilirsiniz.

Bu nedenle, bir bölücü üzerinden voltajı ölçtüğümüzde, ortaya çıkan ADC değerini = Uout/Uin katsayısı ile çarpmamız gerekir.

Ölçülen voltajı hesaplamak için tam formül şöyle görünecektir:
U=(referans voltajı*ADC değeri*bölücü katsayısı)/ADC bitlerinin sayısı

Örnek: referans 5V, ölçülen ADC değeri = 512, bölücü faktörü =2, ADC 10 bit.

(5*512*2)/1024=5V - ölçülen gerçek gerilim değeri.

Bazı programcılar mikrodenetleyicinin bölen katsayısını otomatik olarak hesaplayacağı şekilde bir program yazar; bunun için çıkış sinyali standart bir cihazla ölçülür ve bu değer programa girilir. Mikro denetleyicinin kendisi gerçek voltajı her ADC değeriyle ilişkilendirir; sürecin kendisi bir kereliktir ve kalibrasyon olarak adlandırılır.

Yazılım uygulamasına geçelim. Belirtilen parametrelerle bir proje oluşturun. Ayrıca bilgileri görüntülemek için D bağlantı noktasına bir ekran bağlayacağız.

Ölçüm otomatik modda gerçekleştirilecek, kod kesintili olarak işlenecek, referans voltajı AVCC pinine bağlanacaktır. Esasen, yalnızca alınan verileri işlememiz gerekiyor. Ölçülen veriler adc_data değişkeninde saklanır. Birkaç kanalı taramanız gerekiyorsa, hangi kanalların taranacağını seçin; veriler adc_data'daki pin 0 için, adc_data'daki pin 1 için vb. olacaktır.

Ana döngüye şu satırları ekleyin:

sonuç=((5.00*adc_data)/1024.00); //ADC değerini volta dönüştürüyoruz
sprintf(lcd_buffer,"U=%.2fV",sonuç); //sonucu geçici bir değişkene koy
lcd_puts(lcd_buffer); //görüntülemek

Küçük bir not: Kayan nokta sayılarını kullanmak için proje ayarlarında (s)printf Özelliklerini değiştirmeniz gerekir: int, genişlikten kayan noktaya, genişlik, hassasiyet. Bu yapılmazsa onuncu ve yüzde birleri göremeyeceğiz.

Böylece ADC değerini volta dönüştürüp ekranda gösterdik. Proteus'taki sonuç şöyle görünür:

Direnç voltajı değiştirmek için kullanılabilir; ölçülen voltaj ekranda görüntülenir. Gerçek donanım üzerine montaj yaparken Aref ayağına 0,1 µF kapasitör bağlamanız gerekir. Ders biraz zor oldu ama beğeneceğinizi düşünüyorum.

Proteus dosyası ve ürün yazılımı:

Güncelleme:
Mevcut ölçüm:

Gerilimi, akımı ölçen ve yükün tükettiği toplam gücü 50 Hz frekansta gösteren oldukça basit bir cihaz.

Onarım çalışmaları sırasında veya yeni cihazları kontrol ederken ve test ederken, genellikle LATR'den voltaj sağlamak ve voltajı ve akımı kontrol etmek gerekir. Bu amaçlar için bir voltmetre-ampermetre geliştirildi ve LCD göstergeli bir mikrodenetleyici üzerine monte edildi. Gerilim ve akım ölçüldüğü için toplam güç kolayca hesaplanır. Sonuç çok kompakt bir ölçüm cihazıdır.
Özellikler
1. Ölçülen voltajdaki değişimin sınırları 0 – 255 Volt, çözünürlük ise 0,5 Volt'tur. Okumalar 1 voltluk artışlarla görüntülenir.
2. Ölçülen akımı değiştirme limitleri 0 – 10 Amper, çözünürlük 20 mA. Okumalar 10 mA artışlarla görüntülenir.
3. Görünür güç, akım ve voltajın çarpımı olarak hesaplanır ve yalnızca Volt-Amper cinsinden tam sayı değeri görüntülenir.

Şematik diyagram

Parça hariç. Dergimiz okuyuculardan gelen bağışlarla varlığını sürdürüyor. Bu makalenin tam sürümü yalnızca mevcuttur

Ölçülen akım R1 şöntünden akar, ondan çıkarılan voltaj işlemsel yükselteç tarafından yükseltilir ve R8 ve C8 zinciri aracılığıyla mikro denetleyicinin girişine beslenir. OP1'deki ilk aşama, geri besleme devresinde entegre kapasitör C3'e sahip bir ters çevirici amplifikatördür. OP1'den kaldırılan voltaj salınımının yaklaşık 5 Volt olması gerektiğinden, amplifikatör çipi artan güç (9-15 Volt) alır. OP2'deki ikinci aşama bir tekrarlayıcı tarafından açılır ve hiçbir özel özelliği yoktur. Kapasitör C3, mikro denetleyicinin ADC'sinin çalışması sırasında paraziti azaltmaya yarar.

RA0 ve RA1 ölçüm girişleri, R11 ve R13 dirençleri aracılığıyla 2,5 voltluk sabit stabilize bir öngerilim alır. Bu voltaj, giriş voltajlarının pozitif ve negatif yarı döngülerini doğru bir şekilde ölçmenizi sağlar.
PIC16F690 mikro denetleyicisine her biri 16 karakterden oluşan 2 satır görüntüleyen bir LCD ekran bağlanır. Direnç R14, optimum ekran kontrastını ayarlamak için kullanılır. Direnç R15, ekranın arka ışık akımını belirler.
Cihaza ayrı bir 9-12 Volt transformatörden güç verilmektedir. +5 Volt güç dengeleyici 78L05 çip üzerine monte edilmiştir ve herhangi bir özel özelliği yoktur.

--
İlginiz için teşekkür ederiz!

--
İlginiz için teşekkür ederiz!
Datagor dergisinin genel yayın yönetmeni Igor Kotov

İyi! Bedava bitti. Dosyalar ve faydalı makaleler istiyorsanız bana yardım edin!