Mjerenje izmjenične struje pomoću avr. Kako izmjeriti negativni napon pomoću ADC-a
Jednostavan voltmetar izmjeničnog napona frekvencije 50 Hz izrađen je u obliku ugrađenog modula koji se može koristiti zasebno ili ugraditi u gotov uređaj.
Voltmetar je sastavljen na mikrokontroleru PIC16F676 i 3-znamenkastom indikatoru i ne sadrži mnogo dijelova.
Glavne karakteristike voltmetra:
Oblik mjerenog napona je sinusoidan
Maksimalna vrijednost izmjerenog napona je 250 V;
Frekvencija mjerenog napona - 40…60 Hz;
Razlučivost prikaza rezultata mjerenja je 1 V;
Napon napajanja voltmetra je 7…15 V.
Prosječna potrošnja struje - 20 mA
Dvije mogućnosti dizajna: sa i bez napajanja na brodu
Jednostrana PCB
Kompaktan dizajn
Prikaz izmjerenih vrijednosti na 3-cifrenom LED indikatoru
Principski prikaz voltmetra za mjerenje izmjeničnog napona
Implementirano izravno mjerenje izmjeničnog napona s naknadnim izračunom njegove vrijednosti i izlazom na indikator. Izmjereni napon se dovodi na ulazni razdjelnik izveden na R3, R4, R5 i preko razdjelnog kondenzatora C4 dovodi na ADC ulaz mikrokontrolera.
Otpornici R6 i R7 stvaraju napon od 2,5 volta (pola snage) na ulazu ADC-a. Kondenzator C5, relativno malog kapaciteta, zaobilazi ADC ulaz i pomaže smanjiti pogreške mjerenja. Mikrokontroler organizira rad indikatora u dinamičkom načinu rada na temelju prekida od mjerača vremena.
--
Hvala na pozornosti!
Igor Kotov, glavni urednik časopisa Datagor
▼ 🕗 01/07/14 ⚖️ 19,18 Kb ⇣ 239 Pozdrav, čitatelju! Moje ime je Igor, imam 45 godina, Sibirac sam i strastveni elektroničar amater. Smislio sam, stvorio i održavam ovu prekrasnu stranicu od 2006.
Više od 10 godina naš časopis postoji samo na moj trošak.
Dobro! Gratis je gotov. Ako želite datoteke i korisne članke, pomozite mi!
Spajanje senzora struje na mikrokontroler
Nakon što smo se upoznali s osnovama teorije, možemo prijeći na problematiku čitanja, transformiranja i vizualizacije podataka. Drugim riječima, dizajnirat ćemo jednostavan mjerač istosmjerne struje.
Analogni izlaz senzora spojen je na jedan od ADC kanala mikrokontrolera. Sve potrebne transformacije i izračuni implementirani su u program mikrokontrolera. Za prikaz podataka koristi se LCD indikator s 2 retka.
Eksperimentalni dizajn
Za eksperimentiranje sa strujnim senzorom potrebno je sastaviti strukturu prema dijagramu prikazanom na slici 8. Autor je za to koristio matičnu ploču i modul temeljen na mikrokontroleru (slika 9).
Modul strujnog senzora ACS712-05B može se kupiti gotov (prodaje se vrlo jeftino na eBayu) ili ga možete sami napraviti. Kapacitet kondenzatora filtra odabran je na 1 nF, a za napajanje je ugrađen kondenzator za blokiranje od 0,1 µF. Za označavanje uključenosti, zalemljena je LED dioda s otpornikom za gašenje. Napajanje i izlazni signal senzora spojeni su na konektor na jednoj strani ploče modula, 2-pinski konektor za mjerenje struje koja teče nalazi se na suprotnoj strani.
Za pokuse mjerenja struje povezujemo podesivi izvor konstantnog napona na priključke senzora za mjerenje struje preko serijskog otpornika od 2,7 Ohma / 2 W. Izlaz senzora spojen je na priključak RA0/AN0 (pin 17) mikrokontrolera. Dvoredni znakovni LCD indikator spojen je na priključak B mikrokontrolera i radi u 4-bitnom načinu rada.
Mikrokontroler se napaja naponom od +5 V, isti napon se koristi kao referentni za ADC. Potrebni izračuni i transformacije implementirani su u program mikrokontrolera.
U nastavku su navedeni matematički izrazi korišteni u procesu pretvorbe.
Trenutna osjetljivost senzora Sens = 0,185 V/A. S napajanjem Vcc = 5 V i referentnim naponom Vref = 5 V, izračunati odnosi bit će sljedeći:
ADC izlazni kod
Stoga
Kao rezultat toga, formula za izračunavanje struje je sljedeća:
Važna nota. Gore navedeni odnosi temelje se na pretpostavci da su napon napajanja i referentni napon za ADC jednaki 5 V. Međutim, posljednji izraz koji povezuje struju I i ADC izlazni kod Count ostaje važeći čak i ako napon napajanja fluktuira. O tome je bilo riječi u teoretskom dijelu opisa.
Iz zadnjeg izraza vidljivo je da je trenutna rezolucija senzora 26,4 mA, što odgovara 513 ADC uzoraka, što je jedan uzorak više od očekivanog rezultata. Stoga možemo zaključiti da ova izvedba ne dopušta mjerenje malih struja. Za povećanje razlučivosti i osjetljivosti pri mjerenju malih struja morat ćete koristiti operacijsko pojačalo. Primjer takvog sklopa prikazan je na slici 10.
Program za mikrokontroler
Program mikrokontrolera PIC16F1847 napisan je u C jeziku i kompajliran u okruženju mikroC Pro (mikroElektronika). Rezultati mjerenja prikazuju se na dvolinijski LCD indikator s točnošću do dvije decimale.
Izlaz
Uz nultu ulaznu struju, izlazni napon ACS712 bi idealno trebao biti striktno Vcc/2, tj. S ADC-a treba očitati broj 512. Pomicanje izlaznog napona senzora za 4,9 mV uzrokuje pomak rezultata pretvorbe za 1 najmanje značajan bit ADC-a (Slika 11). (Za Vref = 5,0 V, rezolucija 10-bitnog ADC-a bit će 5/1024 = 4,9 mV), što odgovara 26 mA ulazne struje. Imajte na umu da je za smanjenje utjecaja fluktuacija preporučljivo napraviti nekoliko mjerenja, a zatim izračunati prosjek njihovih rezultata.
Ako je izlazni napon reguliranog napajanja postavljen na 1 V, kroz
otpornik bi trebao nositi struju od oko 370 mA. Izmjerena vrijednost struje u eksperimentu je 390 mA, što premašuje točan rezultat za jednu jedinicu najmanje značajne znamenke ADC (slika 12).
|
|
|
| Slika 12. | |
Pri naponu od 2 V, indikator će pokazati 760 mA.
Ovo zaključuje našu raspravu o senzoru struje ACS712. Međutim, nismo se dotakli još jednog pitanja. Kako izmjeriti izmjeničnu struju pomoću ovog senzora? Imajte na umu da senzor daje trenutni odgovor koji odgovara struji koja teče kroz ispitne vodove. Ako struja teče u pozitivnom smjeru (od pinova 1 i 2 do pinova 3 i 4), osjetljivost senzora je pozitivna i izlazni napon je veći od Vcc/2. Ako struja promijeni smjer, osjetljivost će biti negativna i izlazni napon senzora će pasti ispod razine Vcc/2. To znači da prilikom mjerenja AC signala, ADC mikrokontrolera mora uzorkovati dovoljno brzo da bi mogao izračunati efektivnu vrijednost struje.
Preuzimanja
Izvorni kod programa mikrokontrolera i datoteka za firmware -
AC voltmetar
N. OSTROUKHOV, Surgut
U članku je opisan voltmetar izmjeničnog napona. Sastavlja se na
mikrokontroler i može se koristiti kao samostalan mjerni uređaj
ili kao ugrađeni voltmetar u niskofrekventnom generatoru.
Predloženi voltmetar je dizajniran
za mjerenje sinusoidnog izmjeničnog napona frekvencije od 1 Hz do
800 kHz. Interval izmjerenog napona - 0…3 V (ili 0…30 V s vanjskim
djelitelj napona 1:10). Rezultat mjerenja je prikazan na
četveroznamenkasti LED indikator. Određuje se točnost mjerenja
parametri ADC-a ugrađenog u mikrokontroler i referentni izvor
napon i jednak je 2 mV (za interval 0...3 V). Voltmetar se napaja iz
izvor stabiliziranog napona 5 V i troši struju 40...65 mA V
ovisno o korištenom indikatoru i svjetlini njegova sjaja. Trenutna potrošnja
iz ugrađenog pretvarača polariteta, ne prelazi 5 mA.
Uređaj uključuje (pogledajte dijagram na
riža. 1) uključuje AC-DC pretvarač napona, međuspremnik
Pojačalo istosmjernog napona, digitalni voltmetar i pretvarač
polaritet napona napajanja. Pretvarač AC u AC napon
konstanta prikupljena na komparatoru DA1, generator impulsa na elementima
DD1.1-DD1.4 i sklopni tranzistor VT1. Pogledajmo njegov rad
Više detalja. Pretpostavimo da na ulazu uređaja nema signala. Zatim napetost
na invertirajućem ulazu komparatora DA1 jednaka je nuli, a na neinvertirajućem ulazu određena je
razdjelnik napona R19R22 i s vrijednostima navedenim na dijagramu iznosi oko -80
mV. U ovom slučaju postoji niska razina na izlazu komparatora, što
omogućuje rad generatora impulsa. Osobitost generatora je u tome što kada
svaki pad napona na izlazu komparatora DA1 na izlazu generatora (pin 8
element DD1.2) generira se jedan impuls. Ako do trenutka kada se stiša ima slobodan dan
stanje komparatora se neće promijeniti, sljedeći će se impuls generirati itd.
Trajanje impulsa ovisi o
vrijednosti elemenata R16, C5 i iznosi približno 0,5 μs. Na niskoj razini
napon na izlazu elementa DD1.2, tranzistor VT1 se otvara. Denominacije
otpornici R17, R18 i R20 odabrani su tako da kroz otvoreni tranzistor
tekla je struja od 10 mA koja puni kondenzatore C8 i C11. Tijekom roka valjanosti
Svaki impuls puni ove kondenzatore za djeliće milivolta. U stabilnom stanju
modu, napon na njima će se povećati od -80 mV do nule, brzina ponavljanja
impulsi generatora će se smanjiti i impulsi struje kolektora tranzistora VT1
samo će kompenzirati sporo pražnjenje kondenzatora C11 kroz otpornik
R22. Dakle, zbog malog početnog negativnog pomaka,
čak i u nedostatku ulaznog signala, pretvarač radi normalno
način rada. Kada se zbog promjene brzine ponavljanja primijeni izmjenični ulazni napon
impulsa generatora, napon na kondenzatoru C11 mijenja se u skladu s
amplituda ulaznog signala. Niskopropusni filtar R21C12 uglađuje izlazni napon
konverter Treba napomenuti da samo
pozitivni poluval ulaznog napona, pa ako je nesimetričan
u odnosu na nulu, pojavit će se dodatna pogreška.
Buffer pojačalo s pojačanjem
zupčanici 1.2 sastavljeni su na op-amp DA3. Dioda VD1 spojena na njegov izlaz štiti
ulazi mikrokontrolera od napona negativnog polariteta. Iz izlaza op-amp DA3
kroz otporne razdjelnike napona R1R2R3 i R4R5 konstantnog napona
dolazi na linije PC0 i PC1 mikrokontrolera DD2, koje su konfigurirane kao
ADC ulazi. Kondenzatori C1 i C2 dodatno suzbijaju smetnje i smetnje. Zapravo
digitalni voltmetar sastavljen je na mikrokontroleru DD2, koji koristi
Ugrađeni 10-bitni ADC i unutarnji izvor referentnog napona od 1,1 V.
Program za mikrokontroler
napisan korištenjem BASCOM-AVR okruženja i omogućuje korištenje tri- ili
četveroznamenkasti digitalni LED indikatori sa zajedničkom anodom ili zajedničkim
katoda i omogućuje prikaz struje (za sinusni signal) odn
vrijednost amplitude napona ulaznog signala, kao i promjenu svjetline
svjetlosni indikator Logička razina signala na liniji PC3 određuje vrstu primijenjenog
indikator - sa zajedničkom anodom (nisko) ili sa zajedničkom katodom (visoko), i na liniji
PC4 je broj njegovih znamenki, četiri za niske i tri za visoke. Program
na početku rada jednom očitava razine signala na tim linijama i prilagođava
mikrokontroler za rad s odgovarajućim indikatorom. Za četiri bita
indikator, rezultat mjerenja se prikazuje u obliku X.HHH (B), za troznamenkasti
- XXX (mV) do 1 V i H.HH (V), ako je napon veći od 1 V. Kada se koristi
troznamenkastog indikatora, izvodi njegovih znamenki spojeni su kao izvodi tri
najznačajniji bitovi četiri bita na sl. 1.
Razina signala na liniji PC2 kontrolira
množenje rezultata mjerenja s 10, što je potrebno pri korištenju vanjskog
djelitelj napona 1:10. Kada je razina niska, rezultat se ne množi sa Signal
linija PB6 kontrolira svjetlinu indikatora; na visokoj razini
smanjuje se. Promjena svjetline nastaje kao rezultat promjene omjera između
vrijeme osvjetljenja i vrijeme gašenja indikatora unutar svakog ciklusa mjerenja.
Uz konstante navedene u programu, svjetlina se mijenja približno dva puta.
Efektivna vrijednost ulaznog napona prikazuje se kada se primijeni na liniju PB7
visoka razina i amplituda - niska. Razine signala na linijama RS2, PB6 i
Program PB7 analizira mjerenja u svakom ciklusu, te se stoga mogu
mijenjati u bilo koje vrijeme, za što je prikladno koristiti prekidače. Trajanje
jedan mjerni ciklus jednak je 1,1 s. Za to vrijeme ADC izvrši oko 1100
uzoraka, odabire se najveći i pomnoži s
traženi koeficijent.
Za konstantno izmjereno
napon bi bio dovoljan za jedno mjerenje za cijeli ciklus, a za izmjenični
s frekvencijom manjom od 500 Hz, napon na kondenzatorima C8. C11 se primjetno mijenja
tijekom ciklusa. Stoga je dopušteno 1100 mjerenja u intervalima od 1 ms
zabilježite najveću vrijednost za razdoblje. Pretvarač polariteta
napon napajanja je sastavljen na DA2 čipu prema standardnom krugu. Danas mu je slobodan dan
napon -5 V napaja komparator DA1 i op-amp DA3. XP2 konektor je namijenjen za
unutarnje hardversko programiranje mikrokontrolera.
Voltmetar koristi konstantu
otpornici C2-23, MLT, podešavanje - Bourns serija 3296, oksid
kondenzatori su iz uvoza, ostali su K10-17. Mikro krug 74AC00 može biti
zamijenite s KR555LAZ, tranzistor KT361G - s bilo kojom serijom KT3107. Dioda 1N5818
zamijenite bilo kojom germanijevom ili Schottkyjevom diodom s dopuštenom istosmjernom strujom od najmanje
50 mA. Zamjena za ICL7660 čip je nepoznata autoru, ali pretvarač
polaritet napona +5/-5 V može se prikupiti prema jednom od onih objavljenih u
časopis "Radio" sheme. Osim toga, pretvarač se može eliminirati
potpuno, koristeći bipolarno stabilizirano napajanje. Posebno
trebali biste se usredotočiti na odabir komparatora, budući da raspon ovisi o njemu
radne frekvencije. Izbor komparatora LM319 (analozi KA319, LT319) je zbog dva
kriteriji - potrebna brzina i dostupnost. Komparatori LM306,
LM361, LM710 su brži, ali pokazalo se da ih je teže nabaviti, jer
osim toga, skuplji su. Dostupniji su LM311 (domaći analog KR554SAZ) i
LM393. Prilikom ugradnje komparatora LM311 u uređaj, kao što se i očekivalo,
frekvencijski raspon se suzio na 250 kHz. Otpornik R6 ima relativno
blagi otpor budući da je uređaj korišten kao ugradbeni
voltmetar u generatoru woofera. Kada koristite uređaj u samostalnom brojilu, on
otpor se može povećati, ali će se pogreška mjerenja povećati zbog relativnog
velika ulazna struja komparatora DA1.
Krug razdjelnika napona 1:10
prikazano na sl. 2. Ovdje funkcije otpornika R2 u razdjelniku obavlja otpornik
R6 (vidi sliku 1). Razdjelnik napona postavlja se određenim redoslijedom.
Na njegov ulaz dolaze pravokutni impulsi frekvencije od nekoliko kiloherca,
amplituda 2...3 V (takav kalibracijski signal dostupan je u mnogim
osciloskopi), a ulaz osciloskopa spojen je na izlaz (na pin 5 DA1). Podešavanje
kondenzator C1 postiže pravokutni oblik impulsa. Slijedi osciloskop
koristite s djeliteljem ulaznog napona od 1:10. Svi dijelovi osim indikatora su montirani
na prototipnoj tiskanoj pločici dimenzija 100×70 mm pomoću žičane
montaža Izgled jedne od opcija uređaja prikazan je na sl. 3. Za
radi lakšeg povezivanja digitalnog indikatora koristi se konektor (nije prikazan na dijagramu
prikazano). Tijekom instalacije, zajednička žica XP1 ulaznog utikača i odgovarajućih priključaka kondenzatora
C8, C10, C11 i C13 trebaju biti spojeni na zajedničku žicu na jednom mjestu sa žicama
minimalna duljina. Elementi VT1, R20, C8, C10, C11 i C13 i komparator DA1
treba postaviti što je moguće kompaktnije, kondenzatore C3, C6 - što je više moguće
bliže stezaljkama komparatora DA1, a C4, C14, C15 - stezaljkama mikrokontrolera
DD2. Za postavljanje, ulaz uređaja je zatvoren, zajednički izlaz sonde osciloskopa
spojen na pozitivni izvod kondenzatora C13, a signalni izvod na emiter
tranzistor VT1. Na ekranu bi se trebao pojaviti puls negativnog polariteta
s amplitudom od oko 0,6 V i trajanjem od 0,5 μs. Ako zbog niske frekvencije
slijed impulsa će biti teško uočiti, tada će biti privremeno paralelan
Na kondenzator C11 spojen je otpornik s otporom od 0,1... 1 kOhm. napon
na kondenzatoru C12 kontrolira se voltmetrom visoke impedancije, trebao bi biti
blizu nule (plus ili minus nekoliko milivolti).
Izlazni napon operacijskog pojačala DA3
(koja ne smije prelaziti nekoliko milivolti) s otpornikom R27
postaviti jednako nuli. Potreban način rada mikrokontrolera
postaviti dovodom potrebnih razina na vodove PB6, PB7, RS2-RS4, za koje su
spojen na zajedničku žicu ili na +5 V strujni vod preko otpornika
otpor 20...30 kOhm. Ogledni je spojen na ulaz uređaja
voltmetar i primijenite konstantni napon od 0,95 ... 1 V. Podnizni otpornik
R4 izjednačava očitanja oba voltmetra. Tada se napon povećava na
2,95...3 V i otpornik R1 ponovno izjednačava očitanja. Izbor otpornika
R8-R15 možete postaviti željenu svjetlinu indikatora. Prvo biraju
traženu denominaciju samo jednog od njih, a zatim postavite ostale. Na
odabirom, treba imati na umu da je primijenjena maksimalna izlazna struja priključka
mikrokontroler ne smije prelaziti 40 mA, a ukupna potrošnja struje - 200
mA.
Od urednika. Program za mikrokontroler je na našem
FTP-cep-vere na ftp://ftp.radio.ru/pub/ 2011/02/Vmetr.zip
Predgovor
U stara, pred-digitalna vremena, svatko od nas morao se zadovoljiti mjernim instrumentima sa kazaljkama, počevši od običnih satova, vaga pa sve do... hmm, tako da odmah ne možemo pronaći ni granicu njihove upotrebe! Pa, recimo - precizni laboratorijski mikro- ili još impresivniji - pikoampermetar. I bilo je dosta klasa točnosti, ovisno o namjeni.
Na primjer, obični indikator količine goriva u spremniku automobila najjasniji je primjer maksimalne netočnosti očitanja! Ne poznajem nijednog vozača koji bi se pouzdao u ovaj "mjerač zaslona" i ne bi sipao gorivo unaprijed. Okorjeli pesimisti vozači nikada nisu krenuli bez kanistera goriva u prtljažniku!
Ali u laboratorijima, posebno u Državnom verifikacijskom povjerenstvu, postojali su skretničari s zrcalnom ljestvicom i klasom točnosti mnogo boljom od 0,5.
I gotovo svi smo bili zadovoljni i sretni. A ako nisu bili zadovoljni, onda su nabavili točnije instrumente, naravno, ako je moguće!
Ali sada je stiglo digitalno doba. Svi smo bili sretni zbog toga - sada odmah možemo vidjeti brojke na indikatorima i zadovoljni smo ponuđenom "točnošću". Štoviše, u moderno doba ti sveprisutni "digitali" koštaju red veličine manje od "nepreciznih skretničara" koji su postali rijetkost. Međutim, malo ljudi misli da količine koje su nam prikazane u brojevima i dalje ostaju analogne, bilo da se radi o težini ili trenutnoj snazi - nije važno. To znači da se te veličine još uvijek mjere analogno! I samo za obradu i prezentaciju pretvaraju se u digitalnu vrijednost. Tu se kriju pogreške koje nas dovode do iznenađenja kada dva različita sobna termometra na istom mjestu pokazuju različite vrijednosti!
Put od izmjerene vrijednosti do indikatora
Pogledajmo cijeli proces mjerenja i indikacije. Štoviše, namjerno biram električnu količinu. Prvo, još uvijek smo na mjestu inženjera elektronike, a ne termofizičara ili pekara, neka mi oproste na licenci usporedbe! Drugo, želim ojačati svoje razmišljanje primjerima iz osobnog iskustva.
Prvo, biram snagu struje!
Morat ću ponoviti floskulu da vam je za dobivanje digitalnog prikaza analogne veličine potreban analogno-digitalni pretvarač (ADC). Ali budući da nam je sam po sebi još uvijek od male koristi, trebat će nam drugi čvorovi da dovršimo sve planirano. Naime:
- ispred samog ADC-a potreban vam je normalizacijski uređaj, recimo: normalizirajuće pojačalo ili prigušivač, ovisno o omjeru ulazne vrijednosti i raspona pretvorbe ADC-a;
- dekoder nakon ADC-a, za predstavljanje pretvorenog numeričkog ekvivalenta u digitalni kod odgovarajućeg indikatora.
Postoje gotovi mikrosklopovi koji kombiniraju i ADC i dekoder. Na primjer, ICL7136 ili sličan, koji se koristi u multimetrima.
U biti, svi ti čvorovi u ovom ili onom obliku jednostavno su neophodni. Još nisam nazvao sam senzor - u ovom slučaju, pretvarač struje u napon ili jednostavno shunt.
Dakle, prođimo ukratko kroz cijeli lanac. Struja koja teče kroz shunt (snažan otpornik s vrlo malim otporom) stvara potencijalnu razliku na njegovim polovima. Guten Tag, Herr Ohm! Ali ta razlika je prilično mala i nije svaki ADC u stanju u potpunosti pretvoriti ovu vrijednost, tako da se signal (napon) iz šanta mora pojačati na prihvatljivu vrijednost. Zbog toga je potrebno normalizirajuće pojačalo. Sada će ADC, primivši probavljivi napon na ulazu, izvršiti pretvorbu s minimalnom mogućom pogreškom. Na njegovom izlazu dobivamo broj koji odgovara trenutnoj vrijednosti izmjerene struje u odabranom rasponu, koji se mora dekodirati u skladu s tim za prikaz na indikatoru. Na primjer, pretvorite ga u indikatorski kod od sedam segmenata.
Ovdje ne vidim potrebu da se detaljnije zadržavam na svakoj od gore navedenih faza, jer u članku slijedim drugačiji cilj. A detalja se na Internetu može pronaći u izobilju.
Specifičnosti
Imam tzv elektroničko opterećenje s indikatorom protoka struje. Postoji osnovni dijagram samog opterećenja, ali tamo će vam trebati vanjski ampermetar za točnije postavljanje struje. Odlučio sam spojiti oba uređaja kako bih uštedio prostor i ne bih imao cijelo jato multimetara.
Moj ugrađeni ampermetar je sastavljen i programiran na Tiny26L MK. Dio ovog ampermetra je drugo (slobodno) op-amp LM358 čipa, koji je dio osnovnog kruga balasta. Oni. Ovo je moje standardizirano pojačalo jer je maksimalni pad napona preko šanta (5 A x 0,1 ohm) samo 0,5 volta, što očito nije dovoljno za puni raspon pretvorbe s internim referentnim naponom.
Prema T.O. (Engleski = Datasheet) nazivni napon ugrađenog referentnog izvora (ION) je 2,56 volta. Vrlo prikladna veličina! Međutim, u praksi se ne pokazuje tako sjajno: podešeni ION napon mog MK pokazao se na 2,86 volti! Kako sam ja to odredio, posebna je tema. Vratimo se ipak na zgodnih 2,56 volti. Pogledajte što se događa: najviše 0,5 volti padne na shunt, ADC pretvara maksimalno 2,56 volti. Normalizirajuće pojačalo s pojačanjem od 5 samo se sugerira, tada broj dobiven tijekom pretvorbe neće zahtijevati nikakvu naprednu aritmetiku za predstavljanje rezultata: 5 ampera = 2,5 volta = 250 jedinica (za 8-bitnu pretvorbu). Morate samo pomnožiti rezultat s dva i staviti decimalnu točku između stotica i desetica kako biste dobili vrlo prikladan prikaz: jedinice, desetinke i stotinke ampera. Konačna transformacija u znakove od sedam segmenata stvar je tehnologije. Sve je u redu, možete to implementirati u hardver!
Međutim, kao što sam već pokazao na primjeru ugrađenog ION-a, nije tako lako postići prihvatljivu (da ne kažem visoku!) točnost s korištenim komponentama. Možete krenuti putem matematičke kompenzacije pogrešaka, koristeći program u MK, iako će to zahtijevati kalibraciju. Ovaj put se prilično lako implementira u C i drugim jezicima visoke razine. Ali za mene, tvrdoglavog asemblera, petljanje s matematikom pomoću RISC instrukcija je dodatna glavobolja!
Izabrao sam drugačiji put - korekciju pojačanja normalizirajućeg pojačala (NA). Za ovo vam ne treba puno - jedan otpornik za podrezivanje! Njegova vrijednost mora biti pravilno odabrana tako da raspon podešavanja bude dovoljan, ali ne i pretjeran.
Izbor normalizirajućih elemenata pojačala
Dakle, potrebno je odrediti raspon podešavanja. Prvi korak je određivanje tolerancija komponenti. Na primjer, moj shunt ima toleranciju pogreške od 1%. Ostali otpornici u krugu normalizirajućeg pojačala mogu imati toleranciju do 10%. I ne zaboravite netočnost našeg ION-a, koja je u mom slučaju iznosila gotovo +12%! To znači da će stvarni pretvoreni broj biti gotovo 12% manji. Ali budući da već znam ovu grešku, uzimam je u obzir u NU dobitku, koji bi trebao biti 5,72. A budući da stvarne pogreške ostalih komponenti nisu poznate, ostaje pronaći najveću moguću ukupnu pogrešku kako bi se izračunao raspon podešavanja.
Jednostavan zbroj ovih "postotaka" sugerira se sam po sebi: 1% shunta plus 2 puta 10% povratnih otpornika op-amp. Ukupno: 21%.
Da vidimo je li to stvarno tako. Da bismo to učinili, pogledajmo dio dijagrama gdje je prikazan ovaj NU s već odabranim vrijednostima:
Kao što vidite, postoji neinvertirajuće pojačalo s podesivim koeficijentom prijenosa, teoretski podesivim od 4,979 do 6,735 na vrijednosti naznačene u dijagramu. Ali, ako uzmemo u obzir našu moguću pogrešku od ±10% svakog od otpornika, dobivamo, s najgorom kombinacijom, Ku = 5,864 - 8,009, što jasno premašuje traženi koeficijent! Ako se ova kombinacija dogodi, morat ćete uzeti druge apoene. Bolje je odmah povećati vrijednost otpornika za podešavanje, na primjer, na 39k. Tada će donja granica Ku biti 5,454, što je već prihvatljivo.
Pa, ja – “pravi ovisnik o radiju” – morao sam izabrati trimer između onoga što je bilo dostupno i jednostavno sam imao sreće što sam uložio u asortiman! Da imam trimer druge vrijednosti ne bi bilo bitno, preračunao bih R2 i R3 koji kod mene imaju toleranciju od 5% da ne moram uzimati drugi trimer.
Prevladavanje svojih nedostataka i propusta
Čini se da je sve promišljeno i izračunato - dodajte naknadu. Prvo testirajmo ovaj dizajn na matičnoj ploči! Rečeno, učinjeno! Ku se obnavlja ne baš kako se očekivalo, ali u granicama potrebnog. Međutim, indikator nije htio pokazati 0,00 kada nije bilo struje opterećenja! Prije svega, sumnjao sam da je program u MK-u, ali kada je ADC ulaz bio kratko spojen na zajedničku žicu, pojavile su se dragocjene nule. To znači da nešto dolazi na ulaz MK, osim nula volti. Testiranje multimetrom potvrdilo je ovu pretpostavku i postavilo sljedeći zadatak. Ne ulazeći u detalje mog istraživanja, opisat ću samo rezultat.
Ispostavilo se da je razlog sljedeći: uopće nisam uzeo u obzir da op-amp koje sam koristio nije daleko od najbolje kvalitete. On čak nije ni tzv. "rail-to-rail". To znači da njegov izlazni potencijal nikada neće dosegnuti nijedan od opskrbnih polova, tj. u mom slučaju nikada neće biti jednak 0 volti! Sad, ako bi se napajao iz bipolarnog izvora, izlaz bi bio očekivana nula. Ali moje napajanje je unipolarno i nisam imao namjeru komplicirati sklop nikakvim pretvaračem. Rješenje je pronađeno u stvaranju “virtualne zemlje”, tj. Zahvaljujući zasebnom izvoru napajanja (za razliku od osnovnog strujnog kruga), mogao sam pomoću diode pomaknuti potencijal zajedničke žice u odnosu na negativni pol baterije.
Dakle, ploča je ugravirana i zalemljena. Vrijeme je da ovaj dizajn spakirate u kofer. Što je, zapravo, i učinjeno. Međutim, tijekom rada pojavio se još jedan mali nedostatak - pomicanje ulaznih krugova op-amp. To se izrazilo u negativnom pomaku očitanja, tj. pri struji od nekoliko desetaka miliampera, indikator je i dalje pokazivao nule, što mi nije odgovaralo! Dopustio bih pomak od nekoliko mA - i dalje se jedinice miliampera ne prikazuju. Morao sam uvesti prednaponski krug na ulaz NU.
Ocjene R4 i RZ odabrane su tako da daju prednapon od plus/minus nekoliko desetaka milivolti u odnosu na "virtualno uzemljenje". Nisam imao želju prepravljati gotovu ploču i dodao sam potrebnu podesivu pregradu umjesto Ku regulatora.
Općenito, dobiveni uređaj zadovoljava moje potrebe. Naravno, može se poboljšati dugo vremena, ali još nema potrebe!
Sljedeći put ću govoriti o digitalnom dijelu i matematici na primjeru volt-ampermetra u laboratorijskom napajanju.
Prilično jednostavan uređaj koji mjeri napon, struju i pokazuje ukupnu snagu koju troši opterećenje na frekvenciji od 50 Hz.
Tijekom popravaka ili prilikom provjere i testiranja novih uređaja često je potrebno dovod napona iz LATR-a, te je potrebno kontrolirati napon i struju. U tu svrhu razvijen je voltmetar-ampermetar i sastavljen na mikrokontroleru s LCD indikatorom. Budući da se mjere napon i struja, ukupna snaga se lako izračunava. Rezultat je vrlo kompaktan mjerač.
Tehnički podaci
1. Granice promjene izmjerenog napona su 0 – 255 V, rezolucija 0,5 V. Očitanja se prikazuju u koracima od 1 volta.
2. Granice za promjenu izmjerene struje 0 – 10 Ampera, rezolucija 20 mA. Očitanja se prikazuju u koracima od 10 mA.
3. Prividna snaga izračunava se kao umnožak struje i napona i prikazuje se samo cjelobrojna vrijednost u volt-amperima.
Shematski dijagram
Fragment isključen. Naš časopis postoji na donacijama čitatelja. Puna verzija ovog članka dostupna je samo
Primijenjeno u shemi izravno mjerenje izmjeničnog napona i struje mikrokontroler.
Izmjereni napon preko razdjelnika R7, R9, R12 i C12 dovodi se na ulaz mikrokontrolera preko kondenzatora C10. Kondenzator C12 zajedno s djeliteljem ulaznog napona čini integrirajući krug koji sprječava prodor impulsnog šuma.
Izmjerena struja teče kroz shunt R1, napon koji se uklanja iz njega pojačava se operacijskim pojačalom i, kroz lanac R8 i C8, dovodi se na ulaz mikrokontrolera. Prvi stupanj na OP1 je invertirajuće pojačalo s integrirajućim kondenzatorom C3 u povratnom krugu. Zbog činjenice da bi napon uklonjen iz OP1 trebao biti oko 5 volti, čip pojačala dobiva povećanu snagu (9-15 volti). Drugi stupanj na OP2 uključuje se repetitorom i nema nikakvih posebnosti. Kondenzator C3 služi za smanjenje smetnji tijekom rada ADC mikrokontrolera.
Mjerni ulazi RA0 i RA1 primaju konstantni stabilizirani prednapon od 2,5 volta preko otpornika R11 i R13. Ovaj napon omogućuje ispravno mjerenje pozitivnih i negativnih poluciklusa ulaznih napona.
Na mikrokontroler PIC16F690 spojen je LCD zaslon koji prikazuje 2 retka po 16 znakova. Otpornik R14 služi za postavljanje optimalnog kontrasta zaslona. Otpornik R15 određuje struju pozadinskog osvjetljenja zaslona.
Uređaj se napaja iz zasebnog transformatora od 9-12 V. Stabilizator snage +5 V sastavljen je na čipu 78L05 i nema posebnih značajki.
Uređaj sam napajao iz telefonskog adaptera. Zbog činjenice da ploča ima vlastiti most Br1, polaritet veze nije bitan. Važno je da napon na kondenzatoru C4 bude između 10 i 15 volti.
--
Hvala na pozornosti!
▼ 🕗 20.08.12 ⚖️ 18,04 Kb ⇣ 442 Pozdrav, čitatelju!
--
Hvala na pozornosti!
Igor Kotov, glavni urednik časopisa Datagor
▼ 🕗 20.08.12 ⚖️ 6,41 Kb ⇣ 457 Pozdrav, čitatelju! Moje ime je Igor, imam 45 godina, Sibirac sam i strastveni elektroničar amater. Smislio sam, stvorio i održavam ovu prekrasnu stranicu od 2006.
Više od 10 godina naš časopis postoji samo na moj trošak.
Dobro! Gratis je gotov. Ako želite datoteke i korisne članke, pomozite mi!