계산
avr을 이용한 AC 전류 측정. ADC를 사용하여 음의 전압을 측정하는 방법

avr을 이용한 AC 전류 측정. ADC를 사용하여 음의 전압을 측정하는 방법

50Hz 주파수의 간단한 교류 전압계는 내장형 모듈 형태로 제작되어 별도로 사용하거나 완성된 장치에 내장할 수 있습니다.
전압계는 PIC16F676 마이크로컨트롤러와 3자리 표시기에 조립되어 있으며 부품이 많지 않습니다.

전압계의 주요 특성:
측정된 전압의 모양은 정현파입니다.
측정된 전압의 최대값은 250V입니다.
측정된 전압의 주파수 - 40~60Hz;
측정 결과 표시 해상도는 1V입니다.
전압계 공급 전압은 7~15V입니다.
평균 전류 소비 - 20mA
두 가지 설계 옵션: 온보드 전원 공급 장치 포함 및 미포함
단면 PCB
컴팩트한 디자인
3자리 LED 표시기에 측정값 표시

교류 전압 측정용 전압계의 개략도

후속 값 계산 및 표시기로의 출력을 통해 교류 전압을 직접 측정했습니다. 측정된 전압은 R3, R4, R5에 만들어진 입력 분배기에 공급되고 분리 커패시터 C4를 통해 마이크로 컨트롤러의 ADC 입력에 공급됩니다.

저항 R6 및 R7은 ADC 입력에서 2.5V(전력의 절반)의 전압을 생성합니다. 비교적 작은 용량의 커패시터 C5는 ADC 입력을 우회하여 측정 오류를 줄이는 데 도움이 됩니다. 마이크로 컨트롤러는 타이머의 중단을 기반으로 동적 모드에서 표시기 작동을 구성합니다.

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관심을 가져주셔서 감사합니다!
Datagor 매거진의 편집장 Igor Kotov

▼ 🕗 01/07/14 ⚖️ 19.18Kb ⇣ 239 안녕하세요, 독자님!제 이름은 Igor이고 45세입니다. 저는 시베리아 사람이고 열렬한 아마추어 전자 엔지니어입니다. 저는 2006년부터 이 멋진 사이트를 고안하고 만들고 유지해 왔습니다.
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전류 센서를 마이크로 컨트롤러에 연결

이론의 기본 사항을 숙지한 후 데이터 읽기, 변환 및 시각화 문제로 넘어갈 수 있습니다. 즉, 간단한 DC 전류계를 설계하겠습니다.

센서의 아날로그 출력은 마이크로 컨트롤러의 ADC 채널 중 하나에 연결됩니다. 필요한 모든 변환과 계산은 마이크로컨트롤러 프로그램에서 구현됩니다. 2줄 문자 LCD 표시기는 데이터를 표시하는 데 사용됩니다.

실험적 설계

전류 센서를 실험하려면 그림 8의 다이어그램에 따라 구조를 조립해야 합니다. 저자는 이를 위해 브레드보드와 마이크로 컨트롤러 기반 모듈을 사용했습니다(그림 9).

ACS712-05B 전류 센서 모듈은 기성품으로 구매하거나(eBay에서 매우 저렴하게 판매됨) 직접 제작할 수 있습니다. 필터 커패시터의 커패시턴스는 1nF로 선택되었으며 전원 공급 장치에는 0.1μF의 차단 커패시터가 설치되었습니다. 전원이 켜졌음을 표시하기 위해 담금질 저항이 있는 LED가 납땜됩니다. 센서의 전원 공급 및 출력 신호는 모듈 보드의 한쪽 커넥터에 연결되고, 반대쪽에는 흐르는 전류를 측정하기 위한 2핀 커넥터가 있습니다.

전류 측정 실험을 위해 2.7Ω/2W 직렬 저항을 통해 조정 가능한 정전압 소스를 센서의 전류 측정 단자에 연결합니다. 센서 출력은 마이크로컨트롤러의 RA0/AN0 포트(핀 17)에 연결됩니다. 2줄 문자 LCD 표시기는 마이크로컨트롤러의 포트 B에 연결되어 있으며 4비트 모드에서 작동합니다.

마이크로 컨트롤러는 +5V의 전압으로 전원을 공급받으며 동일한 전압이 ADC의 기준으로 사용됩니다. 필요한 계산과 변환은 마이크로컨트롤러 프로그램에서 구현됩니다.

변환 과정에 사용되는 수학적 표현은 다음과 같습니다.

전류 센서 감도 Sens = 0.185V/A. 공급 Vcc = 5V 및 기준 전압 Vref = 5V인 경우 계산된 관계는 다음과 같습니다.

ADC 출력 코드

따라서

결과적으로 전류 계산 공식은 다음과 같습니다.

중요 사항. 위의 관계는 ADC의 공급 전압과 기준 전압이 5V라는 가정을 기반으로 합니다. 그러나 전류 I와 ADC 출력 코드 Count와 관련된 마지막 식은 전원 전압이 변동하더라도 유효합니다. 이는 설명의 이론적 부분에서 논의되었습니다.

마지막 표현에서 센서의 현재 분해능은 26.4mA이며 이는 513 ADC 샘플에 해당하며 예상 결과보다 한 샘플 더 많은 것을 알 수 있습니다. 따라서 이 구현에서는 작은 전류를 측정할 수 없다는 결론을 내릴 수 있습니다. 작은 전류를 측정할 때 분해능과 감도를 높이려면 연산 증폭기를 사용해야 합니다. 이러한 회로의 예가 그림 10에 나와 있습니다.

마이크로컨트롤러 프로그램

PIC16F1847 마이크로컨트롤러 프로그램은 C 언어로 작성되었으며 mikroC Pro 환경(mikroElektronika)에서 컴파일됩니다. 측정 결과는 소수점 이하 두 자리의 정확도로 2줄 LCD 표시기에 표시됩니다.

출구

입력 전류가 0인 경우 ACS712 출력 전압은 이상적으로 Vcc/2여야 합니다. 즉, ADC에서 숫자 512를 읽어야 합니다. 센서 출력 전압이 4.9mV만큼 드리프트하면 변환 결과가 ADC의 최하위 비트 1만큼 이동하게 됩니다(그림 11). (Vref = 5.0V의 경우 10비트 ADC의 분해능은 5/1024 = 4.9mV입니다.) 이는 26mA의 입력 전류에 해당합니다. 변동의 영향을 줄이려면 여러 번 측정한 다음 결과를 평균화하는 것이 좋습니다.

조정된 전원 공급 장치의 출력 전압을 1V로 설정하면
저항은 약 370mA의 전류를 전달해야 합니다. 실험에서 측정된 전류값은 390mA로, 이는 ADC의 최하위 숫자의 한 단위만큼 정확한 결과를 초과합니다(그림 12).


그림 12.

2V의 전압에서 표시기는 760mA를 표시합니다.

이것으로 ACS712 전류 센서에 대한 논의를 마칩니다. 그러나 우리는 한 가지 문제를 더 다루지 않았습니다. 이 센서를 사용하여 AC 전류를 측정하는 방법은 무엇입니까? 센서는 테스트 리드를 통해 흐르는 전류에 따라 즉각적인 응답을 제공한다는 점을 명심하십시오. 전류가 양의 방향(핀 1과 2에서 핀 3과 4로)으로 흐르면 센서의 감도는 양이고 출력 전압은 Vcc/2보다 큽니다. 전류의 방향이 바뀌면 감도는 음수가 되고 센서의 출력 전압은 Vcc/2 레벨 아래로 떨어집니다. 이는 AC 신호를 측정할 때 마이크로컨트롤러의 ADC가 전류의 RMS 값을 계산할 수 있을 만큼 빠르게 샘플링해야 함을 의미합니다.

다운로드

마이크로 컨트롤러 프로그램의 소스 코드 및 펌웨어 파일 -

AC 전압계

N. 오스트로크호프, 수르구트

이 기사에서는 교류 전압계에 대해 설명합니다. 에 조립되어 있습니다.
마이크로컨트롤러이며 독립형 측정 장치로 사용할 수 있습니다.
또는 저주파 발생기의 내장 전압계로 사용됩니다.

제안된 전압계는 다음과 같이 설계된다.
1Hz ~ 1Hz의 주파수로 정현파 교류 전압을 측정하는 경우
800kHz. 측정된 전압 간격 - 0~3 V(또는 외부 연결 시 0~30 V)
전압 분배기 1:10). 측정 결과가 표시됩니다.
4자리 LED 표시기. 측정 정확도가 결정됩니다.
마이크로컨트롤러 및 참조 소스에 내장된 ADC의 매개변수
전압은 2mV와 동일합니다(간격 0~3V의 경우). 전압계의 전원은 다음과 같습니다.
안정화된 전압 소스 5 V 및 전류 40...65 mA V 소비
사용된 표시기와 빛의 밝기에 따라 다릅니다. 현재 소비
내장 극성 변환기에서 5mA를 초과하지 않습니다.

장치에는 다음이 포함됩니다(그림 참조).
쌀. 1) AC-DC 전압 변환기, 버퍼 포함
DC 전압 증폭기, 디지털 전압계 및 변환기
공급 전압의 극성. AC-AC 전압 변환기
비교기 DA1에 상수 수집, 요소에 펄스 발생기
DD1.1-DD1.4 및 스위칭 트랜지스터 VT1. 그의 작품을 살펴보자
자세한 내용은. 장치 입력에 신호가 없다고 가정해 보겠습니다. 그러면 긴장이
비교기 DA1의 반전 입력에서 0과 같고 비반전 입력에서 결정됩니다.
전압 분배기 R19R22 및 다이어그램에 표시된 정격은 약 -80입니다.
mV. 이 경우 비교기 출력에는 낮은 레벨이 있으며 이는
펄스 발생기를 작동시킬 수 있습니다. 발전기의 특징은 다음과 같습니다.
발전기 출력(핀 8)에서 비교기 DA1 출력의 각 전압 강하
요소 DD1.2) 하나의 펄스가 생성됩니다. 가라 앉을 때 쉬는 날이 있으면
비교기의 상태는 변경되지 않고 다음 펄스가 생성됩니다.

펄스 지속 시간은 다음에 따라 다릅니다.
요소 R16, C5의 값은 약 0.5μs입니다. 낮은 수준에서
요소 DD1.2의 출력 전압, 트랜지스터 VT1이 열립니다. 교단
저항 R17, R18 및 R20은 개방형 트랜지스터를 통해 선택됩니다.
10mA의 전류가 흘러 커패시터 C8 및 C11을 충전합니다. 유효기간 동안
각 펄스는 밀리볼트 단위로 이러한 커패시터를 충전합니다. 안정된 상태
모드에서는 전압이 -80mV에서 0으로 증가하고 반복률은
발전기 펄스는 감소하고 트랜지스터 VT1의 콜렉터 전류 펄스는
저항을 통해 커패시터 C11의 느린 방전만 보상합니다.
R22. 따라서 작은 초기 음수 오프셋으로 인해
입력 신호가 없어도 인버터는 정상적으로 작동합니다.
방법. 반복률 변화로 인해 AC 입력 전압이 인가되는 경우
발전기 펄스에 따라 커패시터 C11의 전압이 변경됩니다.
입력 신호의 진폭. 저역 통과 필터 R21C12는 출력 전압을 평활화합니다.
변환기 주의해야 할 점은
입력 전압의 양의 반파이므로 비대칭인 경우
0을 기준으로 하면 추가 오류가 발생합니다.

이득이 있는 버퍼 증폭기
기어 1.2는 연산 증폭기 DA3에 조립됩니다. 출력에 연결된 다이오드 VD1은 다음을 보호합니다.
음극의 전압으로부터 마이크로 컨트롤러 입력. 연산 증폭기 DA3의 출력에서
저항성 전압 분배기 R1R2R3 및 R4R5 정전압을 통해
다음과 같이 구성된 마이크로컨트롤러 DD2의 PC0 및 PC1 라인에 도착합니다.
ADC 입력. 커패시터 C1 및 C2는 추가로 간섭 및 간섭을 억제합니다. 실제로
디지털 전압계는 DD2 마이크로 컨트롤러에 조립되어 있습니다.
내장형 10비트 ADC 및 내부 1.1V 기준 전압 소스.

마이크로컨트롤러용 프로그램
BASCOM-AVR 환경을 사용하여 작성되었으며 세 가지 또는
공통 양극 또는 공통이 있는 4자리 디지털 LED 표시기
음극을 사용하여 전류(정현파 신호의 경우) 또는
입력 신호 전압의 진폭 값은 물론 밝기도 변경됩니다.
표시등 PC3 라인 신호의 논리적 레벨은 적용 유형을 지정합니다.
표시기 - 공통 양극(낮음) 또는 공통 음극(높음) 및 라인에 있음
PC4는 자릿수로, 4는 낮은 값이고 3은 높은 값입니다. 프로그램
작업 시작 시 이 라인의 신호 레벨을 한 번 읽고 조정합니다.
해당 표시기와 함께 작동하는 마이크로 컨트롤러. 4비트의 경우
표시기를 사용하면 측정 결과가 X.ХХХ(B) 형식으로 표시됩니다.
- 전압이 1V를 초과하는 경우 XXX(mV) 최대 1V 및 Х.ХХ(V). 사용 시
세 자리 표시기의 해당 숫자의 단자는 세 개의 단자로 연결됩니다.
그림 4비트의 최상위 비트 1.

PC2 라인 컨트롤의 신호 레벨
외부를 사용할 때 필요한 측정 결과에 10을 곱합니다.
전압 분배기 1:10. 레벨이 낮을 때 결과는 신호에 곱해지지 않습니다.
라인 PB6은 표시기의 밝기를 제어합니다. 높은 수준에서는
감소합니다. 밝기의 변화는 사이의 비율의 변화로 인해 발생합니다.
각 측정 주기 내 표시기의 조명 시간 및 꺼짐 시간.
프로그램에 지정된 상수를 사용하면 밝기가 약 두 번 변경됩니다.
PB7 라인에 인가되면 입력전압의 실효값이 표시됩니다.
높은 레벨 및 진폭 - 낮음. RS2, PB6 및 라인의 신호 레벨
PB7 프로그램은 각 사이클의 측정값을 분석하므로 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.
언제든지 변경이 가능하므로 스위치를 이용하면 편리합니다. 지속
한 측정 주기는 1.1초와 같습니다. 이 시간 동안 ADC는 약 1100을 수행합니다.
샘플 중 최대 하나를 선택하고 필요한 경우 다음을 곱합니다.
필요한 계수.

측정된 상수의 경우
전압은 전체 사이클에 대해 한 번 측정하고 교대로 측정하는 데 충분합니다.
500Hz 미만의 주파수에서는 커패시터 C8의 전압입니다. C11이 눈에 띄게 변화함
주기 동안. 따라서 1ms 간격으로 1100회 측정을 수행하면
해당 기간의 최대값을 기록합니다. 극성 변환기
공급 전압은 표준 회로에 따라 DA2 칩에 조립됩니다. 그 사람 쉬는 날이야
전압 -5V는 비교기 DA1 및 연산 증폭기 DA3에 전력을 공급합니다. XP2 커넥터는 다음 용도로 사용됩니다.
마이크로 컨트롤러의 하드웨어 내 프로그래밍.

전압계는 상수를 사용합니다.
저항기 C2-23, MLT, 튜닝 - Bourns 시리즈 3296, 산화물
커패시터를 가져오고 나머지는 K10-17입니다. 74AC00 마이크로 회로는 다음과 같습니다.
KR555LAZ, 트랜지스터 KT361G로 교체하십시오 - KT3107 시리즈 중 하나로 교체하십시오. 다이오드 1N5818
최소 허용 직류 전류를 갖는 게르마늄 또는 쇼트키 다이오드로 교체하십시오.
50mA. ICL7660 칩의 대체품은 작성자에게 알려지지 않았지만 변환기는
전압 극성 +5/-5 V는 다음에 게시된 것 중 하나에 따라 수집될 수 있습니다.
잡지 "라디오" 계획. 또한 변환기를 제거할 수도 있습니다.
완전히 양극성 안정화 전원 공급 장치를 사용합니다. 특히
범위는 비교기에 따라 다르므로 비교기 선택에 집중해야 합니다.
작동 주파수. 비교기 LM319 (아날로그 KA319, LT319)의 선택은 두 가지 때문입니다.
기준 - 필요한 속도와 가용성. 비교기 LM306,
LM361, LM710은 더 빠르지만 획득하기가 더 어려운 것으로 나타났습니다.
게다가 더 비싸요. 더 접근하기 쉬운 곳은 LM311(KR554SAZ의 국내 아날로그)과
LM393. 예상대로 LM311 비교기를 장치에 설치할 때,
주파수 범위가 250kHz로 좁아졌습니다. 저항 R6은 상대적으로
장치가 내장형으로 사용되었기 때문에 약간의 저항이 있습니다.
우퍼 발생기의 전압계. 독립형 측정기로 장치를 사용하는 경우
저항은 증가할 수 있지만 상대적으로 인해 측정 오류가 증가합니다.
비교기 DA1의 큰 입력 전류.

전압 분배기 회로 1:10
그림에 표시됩니다. 2. 여기서 분배기의 저항 R2의 기능은 저항에 의해 수행됩니다.
R6(그림 1 참조). 전압 분배기는 특정 순서로 설정됩니다.
수 킬로헤르츠 주파수의 직사각형 펄스가 입력에 공급됩니다.
진폭 2...3 V(이러한 교정 신호는 여러 곳에서 사용 가능)
오실로스코프), 오실로스코프 입력은 출력(DA1의 핀 5)에 연결됩니다. 조정
커패시터 C1은 직사각형 펄스 모양을 얻습니다. 오실로스코프는 다음과 같습니다
1:10의 입력 전압 분배기와 함께 사용하십시오. 인디케이터를 제외한 모든 부품이 장착되어 있습니다.
유선을 사용하여 100×70mm 크기의 프로토타입 회로 기판에
설치 장치 옵션 중 하나의 모양이 그림 1에 나와 있습니다. 3.
디지털 표시기를 쉽게 연결할 수 있도록 커넥터가 사용됩니다 (다이어그램에는 표시되지 않음)
표시됨). 설치 중에 XP1 입력 플러그의 공통 와이어와 해당 커패시터 터미널
C8, C10, C11 및 C13은 전선으로 한곳에서 공통 전선에 연결되어야 합니다.
최소 길이. 요소 VT1, R20, C8, C10, C11 및 C13 및 비교기 DA1
가능한 한 컴팩트하게 배치해야 하며, 커패시터 C3, C6은 최대한 많이 배치해야 합니다.
비교기 DA1 및 C4, C14, C15의 단자에 더 가깝습니다 - 마이크로 컨트롤러의 단자에
DD2. 설정하려면 장치의 입력이 닫히고 오실로스코프 프로브의 공통 출력이
커패시터 C13의 양극 단자에 연결되고 신호 단자는 이미 터에 연결됩니다.
트랜지스터 VT1. 음극의 펄스가 화면에 나타나야 합니다.
약 0.6V의 진폭과 0.5μs의 지속 시간을 갖습니다. 저주파로 인한 경우
펄스의 순서는 관찰하기 어렵고 일시적으로 평행합니다.
저항이 0.1...1 kOhm인 저항이 커패시터 C11에 연결됩니다. 전압
커패시터 C12는 고임피던스 전압계로 제어됩니다.
0에 가깝습니다(몇 밀리볼트 플러스 또는 마이너스).

연산 증폭기 DA3의 출력 전압
(몇 밀리볼트를 초과해서는 안 됨) 저항 R27 사용
0으로 설정합니다. 마이크로컨트롤러의 필수 작동 모드
PB6, PB7, RS2-RS4 라인에 필요한 레벨을 제공하여 설정합니다.
공통 와이어 또는 저항을 통해 +5V 전력선에 연결됨
저항 20~30kΩ. 예시적인 것이 장치의 입력에 연결됩니다
전압계를 사용하고 0.95 ... 1V의 정전압을 적용합니다. 서브스트링 저항
R4는 두 전압계의 판독값을 균등화합니다. 그런 다음 전압이 다음으로 증가합니다.
2.95...3 V 및 저항 R1은 다시 판독값을 균등화합니다. 저항기 선택
R8-R15 표시기의 원하는 밝기를 설정할 수 있습니다. 먼저 그들은 선택합니다
그 중 하나만 필요한 액면가를 지정하고 나머지는 설정합니다. ~에
선택 시 적용되는 포트의 최대 출력 전류가
마이크로 컨트롤러는 40mA를 초과해서는 안되며 총 전류 소비량은 200입니다.
엄마.

편집자로부터. 마이크로컨트롤러용 프로그램은 다음 페이지에 있습니다.
FTP-cep-vere(ftp://ftp.radio.ru/pub/ 2011/02/Vmetr.zip)

머리말

디지털 이전 시대에는 우리 모두가 일반 시계, 저울부터 시작하여... 흠,으로 끝나는 포인터 측정 도구에 만족해야 했기 때문에 바로 사용의 한계조차 찾을 수 없습니다! 글쎄, 정밀 실험실 마이크로 또는 훨씬 더 인상적인 피코 전류계를 가정 해 봅시다. 그리고 목적에 따라 정확도 등급도 꽤 많았습니다.

예를 들어, 자동차 탱크의 연료량을 나타내는 일반적인 지표는 판독값의 최대 부정확성을 보여주는 가장 명확한 예입니다! 나는이 "디스플레이 미터"에 의존하고 미리 연료를 보급하지 않는 운전자를 한 명도 모릅니다. 열정적 인 비관론자들은 트렁크에 연료통 없이는 결코 차를 몰지 않았습니다!

그러나 실험실, 특히 국가 검증위원회에는 거울 눈금과 정확도 등급이 0.5보다 훨씬 나은 전철수가있었습니다.

그리고 우리 대부분은 만족하고 행복했습니다. 그리고 그들이 만족하지 못한다면, 물론 가능하다면 더 정확한 장비를 구입했습니다!

하지만 이제 디지털 시대가 도래했습니다. 우리 모두는 그것에 대해 만족했습니다. 이제 지표의 숫자를 즉시 확인할 수 있으며 우리에게 제공되는 "정확성"에 만족합니다. 더욱이 현대에는 이러한 유비쿼터스 "디지털"의 가격이 이제 희귀해진 "부정확한 스위치맨"보다 훨씬 저렴합니다. 그러나 숫자로 표시된 양이 무게이든 현재 강도이든 상관없이 여전히 아날로그로 남아 있다고 생각하는 사람은 거의 없습니다. 이는 이러한 양이 여전히 아날로그로 측정된다는 것을 의미합니다! 처리 및 프리젠테이션을 위해서만 디지털 가치로 변환됩니다. 여기에는 오류가 숨겨져 있으며, 같은 장소에 있는 서로 다른 두 개의 실내 온도계가 서로 다른 값을 표시하면 우리를 놀라게 합니다!

측정값에서 표시까지의 경로

전체 측정-표시 과정을 살펴보겠습니다. 게다가 의도적으로 전기량을 선택합니다. 첫째, 우리는 여전히 열 물리학자나 제빵사가 아닌 전자 엔지니어의 현장에 있습니다. 그들이 저의 비교 면허를 용서해 주시기를 바랍니다! 둘째, 개인적인 경험에서 얻은 예를 통해 추론을 강화하고 싶습니다.

먼저 현재의 강함을 선택합니다!

아날로그 양의 디지털 표현을 얻으려면 아날로그-디지털 변환기(ADC)가 필요하다는 진부한 말을 반복해야 합니다. 그러나 그 자체로는 여전히 거의 쓸모가 없기 때문에 계획된 모든 것을 완료하려면 다른 노드가 필요합니다. 즉:

ADC 자체 앞에는 정규화 장치가 필요합니다. 예를 들어 ADC 변환 범위에 대한 입력 값의 비율에 따라 정규화 증폭기 또는 감쇠기가 필요합니다.
ADC 이후의 디코더는 해당 표시기의 디지털 코드로 변환된 수치 등가물을 나타냅니다.

ADC와 디코더를 모두 결합한 기성품 미세 회로가 있습니다. 예를 들어 ICL7136 또는 이와 유사한 것이 멀티미터에 사용됩니다.

본질적으로 이러한 모든 노드는 어떤 형태로든 필요합니다. 아직 센서 자체의 이름을 지정하지 않았습니다. 이 경우 전류-전압 변환기 또는 단순히 션트입니다.

이제 전체 체인을 간략하게 살펴 보겠습니다. 션트(저항이 매우 낮은 강력한 저항)를 통해 흐르는 전류는 극에 전위차를 생성합니다. 구텐 타그, 옴 씨! 그러나 이 차이는 매우 작으며 모든 ADC가 이 값을 완전히 변환할 수 있는 것은 아니므로 션트의 신호(전압)를 허용 가능한 값으로 증폭해야 합니다. 이것이 정규화 증폭기가 필요한 이유입니다. 이제 입력에서 소화 가능한 전압을 수신한 ADC는 가능한 최소 오류로 변환을 수행합니다. 출력에서 선택한 범위에서 측정된 전류의 현재 값에 해당하는 숫자를 얻습니다. 이 숫자는 표시기에 표시하기 위해 그에 따라 디코딩되어야 합니다. 예를 들어 7세그먼트 표시 코드로 변환합니다.

여기서는 위의 각 단계에 대해 더 자세히 설명할 필요가 없다고 생각합니다. 이 기사에서는 다른 목표를 추구하기 때문입니다. 그리고 자세한 내용은 인터넷에서 많이 찾을 수 있습니다.

세부 사항

나는 소위 전류 흐름 표시기가 있는 전자 부하. 부하 자체에 대한 기본 다이어그램이 있지만 전류를 보다 정확하게 설정하려면 외부 전류계가 필요합니다. 공간을 절약하고 멀티미터 전체를 사용하지 않기 위해 두 장치를 모두 연결하기로 결정했습니다.

내 내장 전류계는 Tiny26L MK에서 조립 및 프로그래밍되었습니다. 이 전류계의 일부는 기본 안정기 회로의 일부인 LM358 칩의 두 번째 (무료) 연산 증폭기입니다. 저것들. 션트(5A x 0.1ohm) 전체의 최대 전압 강하가 0.5V에 불과하기 때문에 이것이 제가 표준화한 증폭기입니다. 이는 내부 기준 전압을 사용하는 전체 변환 범위에 대해 분명히 충분하지 않습니다.

T.O에 따르면 (영어 = 데이터시트) 내장 레퍼런스 소스(ION)의 공칭 전압은 2.56V입니다. 매우 편리한 크기! 그러나 실제로는 그다지 좋지 않습니다. MK의 조정된 ION 전압은 2.86V로 나타났습니다! 내가 이것을 결정한 방법은 별도의 주제입니다. 이제 편리한 2.56V로 돌아가 보겠습니다. 무슨 일이 일어나는지 보세요. 션트에서 최대 0.5V가 떨어지면 ADC는 최대 2.56V를 변환합니다. 이득이 5인 정규화 증폭기가 자체적으로 제안되면 변환 중에 얻은 숫자는 결과를 표현하기 위해 고급 산술이 필요하지 않습니다. 5암페어 = 2.5볼트 = 250단위(8비트 변환의 경우). 매우 편리한 표현을 얻으려면 결과에 2를 곱하고 소수점을 백과 십 사이에 넣으면 됩니다(단위, 암페어의 10분의 1, 100분의 1). 7분할 표지판으로의 최종 변환은 기술의 문제입니다. 모든 것이 괜찮습니다. 하드웨어로 구현할 수 있습니다!

그러나 내장 ION의 예를 통해 이미 보여드린 것처럼 사용된 구성 요소로 허용 가능한(높은 것은 말할 것도 없고) 정확도를 얻는 것이 그리 쉽지 않습니다. MK의 프로그램을 사용하여 수학적으로 오류를 보상하는 방법을 사용할 수 있지만 이를 위해서는 교정이 필요합니다. 이 경로는 C 및 기타 고급 언어에서 매우 쉽게 구현됩니다. 그러나 완고한 어셈블러인 나에게는 RISC 명령어를 사용하여 수학을 조작하는 것이 골칫거리입니다!

나는 정규화 증폭기(NA)의 이득을 수정하는 다른 경로를 선택했습니다. 이를 위해서는 트리밍 저항기가 많이 필요하지 않습니다! 조정 범위가 충분하되 과장되지 않도록 해당 값을 올바르게 선택해야 합니다.

정규화 증폭기 요소 선택

따라서 조정 범위를 결정하는 것이 필요합니다. 첫 번째 단계는 부품의 공차를 결정하는 것입니다. 예를 들어, 내 션트의 오류 허용 오차는 1%입니다. 정규화 증폭기 회로의 다른 저항은 최대 10%의 허용 오차를 가질 수 있습니다. 그리고 우리 ION의 부정확성을 잊지 마십시오. 제 경우에는 거의 +12%에 달했습니다! 이는 실제 변환된 숫자가 거의 12% 적다는 것을 의미합니다. 하지만 나는 이 오류를 이미 알고 있기 때문에 NU 게인(5.72)에서 이를 고려합니다. 그리고 다른 구성 요소의 실제 오류는 알 수 없으므로 조정 범위를 계산하려면 가능한 최대 총 오류를 찾아야 합니다.

이러한 "백분율"의 간단한 합은 션트의 1%에 연산 증폭기 피드백 저항의 2배 10%를 더한 것입니다. 합계: 21%.

이것이 정말로 그런지 봅시다. 이를 위해 이미 선택된 값이 있는 이 NU가 표시되는 다이어그램 부분을 살펴보겠습니다.

보시다시피, 다이어그램에 표시된 등급에서 이론적으로 4.979에서 6.735까지 조정 가능한 조정 가능한 전송 계수를 가진 비반전 증폭기가 있습니다. 그러나 각 저항기의 ±10% 가능한 오류를 고려하면 최악의 조합으로 Ku = 5.864 - 8.009가 되며 이는 필요한 계수를 분명히 초과합니다! 이 조합이 발생하면 다른 단위를 선택해야 합니다. 예를 들어 튜닝 저항의 값을 즉시 39k로 늘리는 것이 좋습니다. 그러면 Ku의 하한은 5.454가 되며 이는 이미 허용 가능한 수치입니다.

글쎄요, "진정한 라디오 중독자"인 저는 사용 가능한 트리머 중에서 선택해야 했고, 그 제품군에 투자한 것은 정말 운이 좋았습니다! 다른 값의 트리머가 있어도 문제가 되지 않습니다. R2와 R3을 다시 계산합니다. 제 경우에는 공차가 5%이므로 다른 트리머를 사용할 필요가 없습니다.

당신의 단점과 누락을 극복

모든 것이 고려되고 계산된 것 같습니다. 수수료를 추가하세요. 먼저 브레드보드에서 이 디자인을 테스트해 보겠습니다! 말하자마자 완료되었습니다! 구는 예상만큼은 아니지만 필요한 한도 내에서 재건되고 있습니다. 그러나 부하 전류가 없을 때는 표시기가 0.00을 표시하지 않았습니다! 우선 프로그램이 MK에 있는 줄 알았는데 ADC 입력이 공통선과 단락되자 소중한 0이 나타났다. 이는 MK의 입력에 0V 이외의 어떤 것이 들어온다는 것을 의미합니다. 멀티미터를 사용한 테스트를 통해 이 가정을 확인하고 다음 작업을 설정했습니다. 연구 내용을 자세히 설명하지 않고 결과만 설명하겠습니다.

그 이유는 다음과 같습니다. 제가 사용하는 연산 증폭기가 최고 품질과는 거리가 멀다는 점을 전혀 고려하지 않았습니다. 그는 소위 말하는 사람도 아닙니다. "레일 투 레일". 이는 출력 전위가 공급 극에 결코 도달하지 않음을 의미합니다. 내 경우에는 결코 0V와 같지 않을 것입니다! 이제 양극 소스에서 전원을 공급받는 경우 출력은 예상되는 0이 됩니다. 하지만 내 전원 공급 장치는 단극형이므로 어떤 변환기로든 회로를 복잡하게 만들 생각은 없었습니다. 이에 대한 해결책은 '가상토지' 조성에서 찾았다. 기본 회로와 반대되는 별도의 전원 덕분에 다이오드를 사용하여 배터리의 음극을 기준으로 공통 와이어의 전위를 이동할 수 있었습니다.

그래서 보드가 에칭되고 납땜됩니다. 이제 이 디자인을 케이스에 담아야 할 때입니다. 실제로 완료되었습니다. 그러나 작동 중에 또 다른 작은 결함, 즉 연산 증폭기 입력 회로의 드리프트가 나타났습니다. 이는 판독값의 부정적인 변화로 표현되었습니다. 수십 밀리 암페어의 전류에서 표시기는 여전히 0으로 표시되어 나에게 적합하지 않았습니다! 몇 mA의 변화를 허용하겠습니다. 여전히 밀리암페어 단위는 표시되지 않습니다. NU의 입력에 바이어스 회로를 도입해야 했습니다.

R4 및 RZ의 정격은 "가상 접지"에 대해 수십 밀리볼트의 플러스/마이너스 바이어스를 제공하도록 선택됩니다. 완성된 보드를 다시 만들고 싶지 않았고 Ku 조정기 대신 필요한 조정 가능 분배기를 추가했습니다.

일반적으로 결과 장치는 내 요구 사항을 충족합니다. 물론 장기적으로 개선할 수는 있지만 아직은 그럴 필요가 없습니다!

다음번에는 실험실 전원 공급 장치의 볼트-암페어 측정기를 예로 들어 디지털 부분과 수학에 대해 이야기하겠습니다.

전압, 전류를 측정하고 50Hz의 주파수에서 부하가 소비하는 총 전력을 표시하는 매우 간단한 장치입니다.

수리 작업이나 새 장치를 점검하고 테스트할 때 LATR에서 전압을 공급해야 하는 경우가 많고 전압과 전류를 제어해야 하는 경우도 있습니다. 이러한 목적을 위해 전압계-전류계가 개발되어 LCD 표시기가 있는 마이크로컨트롤러에 조립되었습니다. 전압과 전류가 측정되므로 총 전력을 쉽게 계산할 수 있습니다. 그 결과 매우 컴팩트한 미터가 탄생했습니다.
명세서
1. 측정된 전압의 변화 한계는 0 – 255V, 분해능 0.5V입니다. 판독값은 1V 단위로 표시됩니다.
2. 측정된 전류 변경에 대한 제한은 0 – 10A, 분해능 20mA입니다. 판독값은 10mA 단위로 표시됩니다.
3. 피상 전력은 전류와 전압의 곱으로 계산되며 볼트-암페어 단위의 정수 값만 표시됩니다.

개략도

조각이 제외되었습니다. 우리 잡지는 독자들의 기부로 존재합니다. 이 기사의 전체 버전은 다음에서만 사용할 수 있습니다.

계획에 적용 AC 전압 및 전류 직접 측정마이크로 컨트롤러.
분배기 R7, R9, R12 및 C12를 통해 측정된 전압은 커패시터 C10을 통해 마이크로 컨트롤러 입력에 공급됩니다. 커패시터 C12는 입력 전압 분배기와 함께 임펄스 노이즈의 침투를 방지하는 통합 회로를 형성합니다.

측정된 전류는 션트 R1을 통해 흐르고, 션트에서 제거된 전압은 연산 증폭기에 의해 증폭되며 체인 R8 및 C8을 통해 마이크로 컨트롤러의 입력에 공급됩니다. OP1의 첫 번째 단계는 피드백 회로에 통합 커패시터 C3이 있는 반전 증폭기입니다. OP1에서 제거되는 전압 스윙은 약 5볼트여야 하기 때문에 증폭기 칩은 증가된 전력(9-15볼트)을 수신합니다. OP2의 두 번째 단계는 리피터에 의해 켜지며 특별한 기능이 없습니다. 커패시터 C3은 마이크로컨트롤러의 ADC 작동 중 간섭을 줄이는 역할을 합니다.

측정 입력 RA0 및 RA1은 저항 R11 및 R13을 통해 2.5V의 일정하고 안정된 바이어스를 수신합니다. 이 전압을 사용하면 입력 전압의 양의 반주기와 음의 반주기를 정확하게 측정할 수 있습니다.
LCD 디스플레이는 PIC16F690 마이크로컨트롤러에 연결되어 16개의 문자로 구성된 2줄을 표시합니다. 저항 R14는 최적의 디스플레이 대비를 설정하는 데 사용됩니다. 저항 R15는 디스플레이 백라이트 전류를 결정합니다.
이 장치는 별도의 9~12V 변압기에서 전원을 공급받습니다. +5V 전력 안정기는 78L05 칩에 조립되며 특별한 기능이 없습니다.

전화 어댑터에서 장치에 전원을 공급했습니다. 보드에는 자체 브리지 Br1이 있으므로 연결 극성은 중요하지 않습니다. 커패시터 C4의 전압이 10~15V 사이인 것이 중요합니다.

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Datagor 매거진의 편집장 Igor Kotov

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