Arduino измерение напряжения питания: Узнаем напряжение питания Arduino — Описания, примеры, подключение к Arduino

Измерение тока и напряжения питания – ElettroAmici

.

Простые схемы и программное обеспечение для измерения постоянного и переменного тока

Эта статья предлагает несколько методов для измерения напряжения, тока и мощности. Простейший вариант требует только один компонент, датчик Холла, который измеряет переменный ток. Самый сложная мера эффективного варианта значения (RMS) напряжение и ток, Она учитывает осциллограмму и корректирует фазовые сдвиги. И, наконец, приложение на ПК рассчитывает реальную мощность, коэффициент мощности, стоимость в час, а общая стоимость в течение определенного периода времени.

Важным аспектом измерения реальной власти является то, что она также может дать отрицательные значения. Положительное значение мощности указывает на то, что он отзывает энергию, а отрицательное значение указывает на то, что вы входите в энергию к сети. Эта функция полезна для тех, кто с солнечными батареями. Энергокомпания в этих случаях используется два счетчика, но мы получим тот же результат измерения в одной точке.

Для сбора данных можно использовать мастер-модуль, или Arduino, для которого мы разработали прошивку (эскиз) с улучшенными характеристиками по сравнению с аналогичными проектами. Прошивки, которую мы разработали могут быть легко использованы специалистами Arduino, даже вне системы Theremino также легко обмениваться данными с ПК.

Измерительные схемы

Здесь мы приведем лишь схемы для измерения токов и напряжений чередуются (50 О 60 Гц) но вы можете также измерения напряжения постоянного тока и ток и рассчитать мощность. Для постоянного напряжения (называют землю), он просто будет использовать резистивный делитель. Для постоянного тока можно использовать датчик тока, показанный на эта страница.

Для измерения напряжений и токов чередуются, а также мощности, потребляемой устройствами, подключенными к сети переменного тока или мощности, вырабатываемой солнечными панелями, мы подготовили два измерительных схемы адаптации к различным полномасштабному, от нескольких вольт до нескольких тысяч вольт, и от нескольких ампер до нескольких тысяч ампер.

Схема для измерения напряжения переменного тока

Схема для измерения переменного тока

Эти схемы просты, но точны и надежны, и стоят экстра-напряжение и экстра-большие токи.

Конструкционные детали и подробные разъяснения в документации, сбрасываемые в конце этой статьи.

Измерьте ток с магнитным датчиком

В качестве альтернативы предыдущих схем, вы можете измерить переменный ток с одним магнитным датчиком (датчик Холла).

Просто приближается датчик в проводе получается сигнал, пропорциональный ток, который проходит через него.

Теоретически, можно было бы также использовать этот метод для измерения постоянного тока, но система будет чувствительна к каждой магнитной несимметрии. Так что в этом проекте мы ограничимся для измерения переменного тока с частотой электрической сети.

Этот метод не требует никаких электрических соединений с проволочными путями от напряжения сети, так что это очень безопасно.

В документации, которая разряжается в конце этой статьи вы найдете таблицу с инициалами датчиков, которые будут использоваться, совет поместить датчик, изображения для ссылок и процедур калибровки шкалы.

Указание по безопасности

Помните, что некоторые ошибки может быть опасно. Так, например,, во время калибровки, Он связывает тестер для измерения тока в параллельном, а не в серии, было бы создать короткое замыкание с тяжелыми последствиями. Проверьте несколько раз, и если что-то не понятно документации обратиться за помощью электрика или лучше от эксперта электроники.

Если вы не сделаете промахи схемы, которые мы предлагаем, полностью безопасны. Максимальное напряжение на компонентах меньше 30 вольт, то вы можете прикоснуться к ним без каких-либо опасностей.

Единственная точка обратить внимание на это основной трансформатор для измерения напряжения, который подключен к сети.

Для того, чтобы сделать его безопасным, и соблюдать правила безопасности, просто использовать герметизированный трансформатор, с кабелем и штекером, как описано в документации.

PowerMeter приложение

С помощью элементов управления справа вы можете настроить приложение к различным мерам:

• Измерьте напряжение только.
• Измерьте только ток.
• Измерение напряжения и тока и вычислить полную мощность.
• Измерение эффективных значений напряжения и тока.
• Откорректируйте фазовые сдвиги измерительных цепей.
• Принимая во внимание формы волны напряжения и тока.
• Рассчитать реальную мощность и коэффициент мощности.
• Выделить, если сила, которая измеряется поглощается в сети или отправлены в сети.
• Рассчитывают евро (или в других валютах) Они проводят каждый час.
• Рассчитывают евро (или в других валютах) общий, Я провел последний сброс.
• Отправить на выходной слот расчетных значений, так что другие приложения могут использовать их.

Подключение к ПК

в настоящее время, ли с использованием мастер-модуль, что Ардуино, Подключение к ПК осуществляется через кабель USB. Таким образом, для стабильной установки, вы можете использовать один StickPC возле прилавка. Один StickPC потребляет несколько ватт, Вы можете быть всегда и накапливать данные в файле. Для того, чтобы контролировать его и искать данные, которые вы могли бы использовать TeamViewer.

Мы готовим новые модули, которые обмениваются данными через Wi-Fi с компьютером. Они будут эволюция текущего NetModule. Так будет Вы можете использовать эту же прошивку, чтобы управлять многими пользователями от ПК.

Wi-Fi и совместимость с Arduino

Новые модули, запланировано на начало 2019, Они также будут программироваться с помощью Arduino IDE и может использовать библиотеки, написанные для Arduino. то, в дополнении к обычному легкому управлению, что у вас есть с системой Theremino, Они также могут быть расширены с помощью тех, кто знает, Arduino и знают, как программировать на C ++.

Эти модули являются объединением всего, что мы делали до сих пор (Мастер – HAL / netmodul в – Netaala / Arduino – ArduHal). Мы будем использовать один модуль, который будет делать все. Он будет называться IotModule, Она будет основана на ESP32 и общаться с приложением через WiFi IotHAL, сеть, Интернет-USB.

скачать этот файл в котором перечислены функции (временный) из IotModule.

документация

скачать Этот PDF файл который содержит все данные для построения схем, картины, которые объясняют, как соединить модули вместе и инструкция по использованию программного обеспечения и встроенного программного обеспечения.

происходит эта страница Вы можете загрузить другую документацию, включая инструкции на английском языке, PowerMeter приложение, прошивка для Arduino, Проекты Eagle для изготовления печатных плат и планов по сборке с 3D-изображениями.

Вольт-Амперметр на INA233 — Share Project

Схема представляет собой цифровой монитор тока и напряжения с вычислением мощности и заряда в Ампер-часах.

Устройством измерения выступает микросхема INA233 производства Texas Instruments. На сайте производителя она позиционируется как 16-битный, ультра прецизионный монитор тока/напряжения/мощности/энергии с I²C протоколом связи, поддержкой команд управления источниками питания PMBus и с независимым выходом сигнализации аварийных ситуаций.

Технические характеристики устройства:

• Измерение тока в диапазоне: 0÷3,2А с разрешением 1мА (при R_SHUNT  = 25мОм)
• Измерение напряжения в диапазоне: 0÷36В с разрешением 1мВ
• Расчет мощности в диапазоне: 0÷100Вт с разрешением 1мВт
• Расчет заряда аккумулятора в диапазоне: 0÷100А?ч с разрешением 1мА?ч

Основное назначения микросхемы — следить за параметрами некоторой пользовательской шины питания постоянного тока, по запросу отдавать измеренные параметры микроконтроллеру и при выходе величин за установленные пределы подавать сигнал ?Alert?.

Непосредственно измеряемые параметры — это напряжение шунта (V_IN+ – V_IN–) и напряжение шины (V_BUS) , которые не должны превышать ±81,92мВ и 36В соответственно.

Для установки правильного диапазона измерений сопротивление шунта устанавливается как R_SHUNT = 81,92 (мВ) / I_MAX (мА).

Например, для моего случая: R_SHUNT = 81,92 (мВ) / 3200 (мА) = 25,6мОм ≈ 25мОм

При этом рассеиваемая мощность при номинальном токе составит P = U?I = 81,92 (мВ) ? 3200 (мА) ≈ 0,262 Вт что не превышает допустимые 1Вт для корпуса SMD 2512.

Для расширения диапазона при измерении напряжения шины (V_BUS) может быть использован резистивный делитель, при этом коэффициент деления необходимо будет учесть в программе микроконтроллера.

Дополнительно стоит учесть, что напряжение на шунте измеряется как дифференциальное значение, то есть может быть как положительным, так и отрицательным, а напряжение шины измеряется относительно общего проводника и может иметь только однополярное значение.

В моей реализации мозгом устройства выступает плата Arduino Nano c микроконтроллером ATmega328P. Человеко-машинный интерфейс — это экран OLED 2,42″ на контроллере SSD1309 и кнопка для спроса накопленных показаний мА?ч.

Данные на дисплей передаются по протоколу SPI, для этого кроме стандартной библиотеки SPI.h так же подключается сторонняя для Arduino IDE библиотека U8g2lib.h, она позволяет работать с большим количеством дисплеев в том числе и с контроллером SSD1309 на 128×64 точки. У нее имеется весьма обширный репозиторий на GitHub, а также огромное количество шрифтов с возможностью дополнительной установки, в том числе кириллических. Устанавливается она через менеджер библиотек Arduino IDE ?U8g2 by oliver?. И хотя она занимает просто огромное количество места что в памяти программ, что в динамической памяти, для меня работа с дисплеями это один из тех случаев, когда писать свою библиотеку с набором шрифтов ну совсем не целесообразно.

Модуль INA233 представлен отдельной схемой и выполняется на миниатюрной плате, расположение выводов аналогично модулю INA226, но из-за применения протокола PMBus обмен данными у них будет немного отличаться. Главное отличие — это последовательность байт при передаче данных. Если по стандарту для I2C при передачи двухбайтового числа первым принято передавать старший байт, а затем младший, то для PMBus эта последовательность заменена на обратную. Адрес устройства установлен резисторами R4, R9 в 0x40.

Упрощенный протокол инициализации и обмена данными с INA233 выглядит так:

1. Передаем значение в регистр конфигурации АЦП (MFR_ADC_CONFIG [0xD0])

Начало передачи I2C Master Output Slave In + адрес устройства I2С + пакет данных.

Состав пакета: [адрес устройства] [адрес регистра, младший байт данных, старший байт данных]

Пакет целиком (мой вариант конфигурации): [0x40][0xD0, 0xFF, 0x45]

Расшифровка:

• Режим усреднения по 16-ти точкам;
• Время преобразования при измерении напряжения шины 8.244мс;
• Время преобразования при измерении напряжения шунта 8.244мс;
• Режим работы – непрерывное измерение тока и напряжения. 

2. Передаем значение в регистр калибровки АЦП (MFR_CALIBRATION [0xD4])

Состав пакета: [адрес устройства] [адрес регистра, младший байт данных, старший байт данных]

Пакет целиком (мой вариант калибровки): [0x40][0xD4, 0x00, 0x08]

Расшифровка:

MFR_CALIBRATION = 0,00512/(Current_LSB?R_SHUNT), где Current_LSB = 1-LSB Shunt voltage / R_SHUNT = 2,5мкВ/25мОм = 0,1мА,

тогда MFR_CALIBRATION = 0,00512/(0,1мА?25мОм) = 2048 (0x0800).

При таком значении регистра калибровки INA233 будет отдавать значение 32767 при I_MAX = 3,2767А, значит для правильного отображения тока в мА необходимо будет разделить в МК данные с АЦП на 10.

Второй путь, это запись в MFR_CALIBRATION 2048/10 ≈ 205 (0x00CD), тогда данные будут сразу в мА.

Для обоих вариантов значение регистра калибровки может быть дополнительно уточнено пользователем с использованием прецизионного измерительного оборудования.

3. Чтение в цикле значений тока и напряжения

— Напряжение, PMBus команда 0x88

— Ток, PMBus команда 0x89

Состав запроса: [адрес устройства][команда]

Состав ответа: [адрес устройства][младший байт данных, старший байт данных].

Пример: запрос [0x40][0x88]; ответ [0x40][VoltageLowByte, VoltageHighByte]

По протоколу обмена это все, ?Alert? в моем варианте не задействуется, хотя аппаратно такая возможность остается. Дополнительные пояснения можно найти в моих комментариях в исходном коде.

В особенностях схемы стоит отметить возможность измерять параметры USB устройств, источник питания подключается к разъему USB1, а приемник к USB2, при этом должен быть установлен джампер P5 (в остальных случаях измерения джампер должен быть снят).

Для защиты от обратной полярности на входе V_BUS установлен MOSFET Q1. Эта схема имеет ряд недостатков из-за ограничения среднестатистических P-канальных транзисторов по напряжению Gate-Source порядка -20В. Это проблема может быть преодолена установкой стабилитрона на напряжение менее 20В и резистора в цепь затвора. Тем не менее, при напряжениях менее 1В показания вольтметра с защитой могут быть искажены из-за возрастающего сопротивления канала с учетом того, что входное сопротивление АЦП по линии V_BUS составляет 830кОм.

Один из вариантов решения проблемы — это отказ от этой защиты при стационарной установке в качестве монитора параметров однополярного БП. 

Схемотехника модуля INA233 выполнена в соответствии с рекомендациями производителя. Подключение к шунту выполнено по ?Кельвин? соединению см. рис. с.)

По итогам тестирования разработанный вольтамперметр показал весьма приличную точность во всем диапазоне измерений. В качестве образца при этих испытаниях выступал мультиметр UNI-T UT61E. Он, конечно, не может являться эталонным измерителем т.к. не поверяется, но тем не менее крупными мазками показать результат работы может. Для любительских приложений этого достаточно с головой.

Измерение напряжения с помощью Arduino. Измерение напряжения до 25 В и более 5 В

В этом уроке мы научимся измерять напряжение с помощью Arduino. Используя Arduino и этот датчик измерения напряжения, мы можем измерять напряжение до 25 В.

Мы также отображаем показания напряжения на ЖК-дисплее 16×2. В этой статье мы измеряем внешнее напряжение с помощью Arduino. Вы также можете назвать его цифровым вольтметром.

Для измерения напряжения мы используем аналоговый пин Arduino.

Содержание

Необходимые компоненты

• Ардуино.
• Аккумулятор (до 25В).
• Резисторы.
• ЖК-дисплей 16×2.
• Соединительные провода.

Цепь датчика напряжения

Ниже представлена ​​схема датчика напряжения.

Примечание. Если вы измеряете напряжение 25 В, используйте R1 = 35 кОм и R2 = 7,5 кОм. Это сохранит ваш аналоговый вывод Arduino.

Взаимодействие датчика напряжения с Arduino

Измерить напряжение очень просто и понятно. Следуйте приведенной ниже схеме и убедитесь, что вы используете правильные резисторы.

Схема для измерения напряжения с помощью Arduino

Код для измерения напряжения с помощью Arduino

Загрузите приведенный ниже код и откройте последовательный монитор для просмотра показаний напряжения.

Этот скетч основан на том факте, что значение AnalogRead является отношением измеренного напряжения к опорному. Но поскольку измеренное напряжение делится на два гасящих резистора, значение AnalogRead необходимо умножить, чтобы получить фактическое напряжение.

Отображение показаний напряжения на ЖК-дисплее 16×2

Теперь мы будем отображать показания напряжения на ЖК-дисплее. Итак, для этого нам нужно подключить ЖК-дисплей к Arduino. Следуйте приведенной ниже схеме.

Обязательно к прочтению:

Принципиальная схема датчика напряжения и ЖК-дисплея 16×2

Код датчика напряжения и ЖК-дисплея

Реакция на изменение напряжения

Отслеживание одного или нескольких напряжений и принятие мер при повышении напряжения или падает ниже порога.

Например, для мигания светодиода, указывающего на низкий уровень заряда батареи, возможно, чтобы начать мигать, когда напряжение падает ниже порога предупреждения, и увеличивать срочность по мере дальнейшего падения напряжения.

В этом примере светодиод начинает мигать при напряжении 1,2 В и увеличивается время включения-выключения по мере того, как напряжение падает ниже порогового значения. Если напряжение падает ниже второго порога, светодиод продолжает гореть:

Код реакции на изменение напряжения

Строка if (val < (warningThreshold * 1023L)/5000)  в этом скетче вычисляет отношение значения, считанного с аналогового порта, к значению порогового напряжения.

Например, при пороге предупреждения 1 вольт и опорном напряжении 5 вольт необходимо знать, когда аналоговое показание составляет одну пятую от опорного напряжения.

Выражение 1023L сообщает компилятору, что это длинное целое, поэтому компилятор преобразует все переменные в этом выражении в длинное целое, чтобы предотвратить переполнение емкости int (обычное 16-битное целое).

При считывании аналоговых значений вы можете работать с единицами измерения, возвращаемыми функцией AnalogRead, в диапазоне от 0 до 1023, или вы можете работать с фактическими напряжениями, которые они представляют.

Как и в этом скетче, если вы не отображаете напряжение, проще и эффективнее использовать вывод AnalogRead напрямую.

Еще несколько статей для вас:

Основы Arduino: чтение напряжения

Первоначально опубликовано 31 марта 2020 г.

Эта статья была переведена на английский язык и первоначально была опубликована для deviceplus. jp.

Содержание

1. Введение
2. Преобразование аналоговых значений в цифровые значения
3. Аналоговый вход с Arduino
4. Отрегулируйте напряжение с помощью Volume
5. Аналоговый вход с громкостью
6. Заключение
7. Связанные статьи

С цифровым входом 5В можно считать ВЫСОКИМ, а 0В — НИЗКИМ. Вы можете определить, включен ли переключатель, исходя из того, в каком состоянии он находится. Однако электричество бывает не только 5 В и 0 В, но и различные напряжения. Например, одна батарейка АА на 1,5В, а бытовая розетка на 100В.

Arduino поддерживает аналоговые входы для считывания этих различных напряжений. Аналоговые входы позволяют считывать постепенно изменяющееся состояние электронных компонентов. Например, вы можете использовать громкость для регулировки яркости или громкости или датчик температуры для получения текущей температуры.

Эта статья является последней в серии. Мы объясним аналоговый ввод с помощью громкости.

Фактическое напряжение — это не точное значение, такое как 1 В или 5 В, а иррациональное число, в котором числовые значения продолжаются до бесконечности после десятичной точки, например 5,01342…В. Эти значения не могут быть напрямую обработаны компьютером. Таким образом, в электронных схемах аналоговые значения преобразуются в цифровые значения с помощью механизма, называемого АЦП, так что это значение может обрабатываться компьютером. Arduino также по умолчанию имеет аналого-цифровой преобразователь, который может считывать аналоговые напряжения и преобразовывать их в цифровые значения.

АЦП делит целевое напряжение на несколько равных частей. Для Arduino Uno напряжения можно считывать в диапазоне 0-5В. Эти значения 0-5В разделены на 1023 равные части. АЦП преобразует показания аналогового напряжения в ближайшее равное значение. Например, если напряжение равно 3 В, ближайшим значением будет «614». Это значение можно отправить в Arduino для использования.

Целочисленные значения до 1023 используются для обработки программы. Однако входное значение не является значением напряжения. Если вы хотите узнать значение напряжения, вы можете рассчитать его следующим образом:

Например, если значение от AD-преобразователя равно «614», вы можете получить около 3 В, разделив на 1023 и затем умножив на 5.