Obvod střídavého voltmetru bez transformátoru pomocí Arduina

V tomto článku se naučíme, jak vyrobit beztransformátorový střídavý voltmetr pomocí Arduina.

Tvorba analogový voltmetr není snadný úkol, protože k jeho sestavení musíte mít dobrou znalost fyzikálních veličin, jako je točivý moment, rychlost, což může být při jejich praktických aplikacích velmi obtížné.

PodleAnkit Negi

Ale a digitální voltmetr ve srovnání s lze vyrobit analogový voltmetr rychle a to také s velmi malým úsilím. Nyní lze denní digitální voltmetr vyrobit pomocí mikrokontroléru nebo vývojové desky, jako je arduino, pomocí 4-5 řádkového kódu.

Proč je tento obvod střídavého voltmetru jiný?

Pokud přejdete na Google a vyhledáte „AC voltmetr pomocí Arduina“, najdete mnoho obvodů po celém internetu. Ale téměř ve všech těchto obvodech najdete použitý transformátor.

Obvod v tomto projektu tento problém zcela řeší výměnou transformátoru z obvodu děliče vysokého wattového napětí. Tento obvod lze snadno vytvořit na malé prkénku během několika minut. Potřebné součásti:

K realizaci tohoto projektu potřebujete následující komponenty:

1. Arduino

2. 100k ohmový rezistor (2 watt)

3. 1k ohmový rezistor (2 watt)

4. Dioda 1N4007

5. Jedna zenerova dioda 5 voltů

6. 1 uf kondenzátor

7. Připojení vodičů

KRUHOVÝ DIAGRAM:

Proveďte připojení podle schématu zapojení.

A) Vytvořte dělič napětí pomocí odporů, mějte na paměti, že odpor 1 k ohm by měl být připojen k zemi.

B) Připojte svorku p diody diody přímo za odpor 1 k ohm, jak je znázorněno na obr. a jeho n-terminál na kondenzátor 1 uf.

C) Nezapomeňte připojit zenerovou diodu paralelně k kondenzátoru (vysvětleno níže)

D) Připojte vodič od kladné svorky kondenzátoru k analogovému pinu A0 arduina.

E) ** připojte zemnící kolík arduina k celkovému obvodu uzemnění, jinak nebude fungovat.

CÍL ARDUINO ::

Můžete použít jakýkoli mikrokontrolér, ale já jsem použil Arduino kvůli jeho snadnému IDE. V podstatě je funkcí arduina nebo jakéhokoli mikrokontroléru převzít napětí na rezistoru 1 k ohm jako analogový vstup a převést tuto hodnotu na síťový střídavý proud hodnotu napětí pomocí vzorce (vysvětleno v pracovní části). Arduino dále tiskne tuto síťovou hodnotu na sériový monitor nebo obrazovku notebooku.

OBVOD ROZDĚLOVAČE NAPĚTÍ:

Jak již bylo zmíněno v sekci komponent, rezistory (které tvoří obvod děliče napětí) musí mít vysoký výkon, protože je budeme připojovat přímo k síťovému napájení.

A proto tento obvod děliče napětí nahrazuje transformátor. Vzhledem k tomu, že Arduino může jako analogový vstup trvat maximálně 5 V, používá se obvod děliče napětí k rozdělení vysokého vysokého napětí na nízké napětí (méně než 5 V). Předpokládejme, že síťové napájecí napětí je 350 V (ot./min.)

Což dává maximální nebo špičkové napětí = 300 * 1,414 = 494,2 voltů

Špičkové napětí na rezistoru 1 k ohm je tedy = (494,2 voltů / 101 k) * 1 k = 4,9 voltů (maximum)

Poznámka: * ale ani pro 350 ot / min není toto 4,9 voltu ot / min, což znamená, že ve skutečnosti bude napětí na analogovém pinu arduina menší než 4,9 v.

Z těchto výpočtů tedy vyplývá, že tento obvod může bezpečně měřit střídavé napětí kolem 385 ot / min.

PROČ DIODE?

Vzhledem k tomu, že arduino nemůže přijímat záporné napětí jako vstup, je velmi důležité odstranit zápornou část vstupní vlny a.c sin přes odpor 1 k ohm. A to je napraveno pomocí diody. Pro lepší výsledky můžete také použít můstkový usměrňovač.

PROČ KAPACITOR?
I po nápravě jsou ve vlně přítomny vlnky a k odstranění těchto vln se používá kondenzátor. Kondenzátor před napájením arduino vyhlaďte napětí.

PROČ ZENER DIODE

Napětí vyšší než 5 voltů může arduino poškodit. Z tohoto důvodu se používá 5 V zenerova dioda. Pokud se síťové napětí střídavého proudu zvýší nad 380 voltů, tj. Více než 5 voltů na analogovém kolíku, dojde k poruše zenerovy diody. Tím zkratoval kondenzátor se zemí. Tím je zajištěna bezpečnost arduina.

KÓD:

Vypálte tento kód na svém arduinu:

int x// initialise variable x
float y//initialise variable y
void setup()
{
pinMode(A0,INPUT) // set pin a0 as input pin
Serial.begin(9600)// begin serial communication between arduino and pc
}
void loop()
{
x=analogRead(A0)// read analog values from pin A0 across capacitor
y=(x*.380156)// converts analog value(x) into input ac supply value using this formula ( explained in woeking section)
Serial.print(' analaog input ' ) // specify name to the corresponding value to be printed
Serial.print(x) // print input analog value on serial monitor
Serial.print(' ac voltage ') // specify name to the corresponding value to be printed
Serial.print(y) // prints the ac value on Serial monitor
Serial.println()
}

Porozumění kódu:

1. VARIABILNÍ x:

X je vstupní analogová hodnota přijatá (napětí) z pinu A0, jak je uvedeno v kódu, tj.

x = pinMode (A0, INPUT) // nastaví pin a0 jako vstupní pin

2. PREMENNÉ A:

Abychom dospěli k tomuto vzorci y = (x * .380156), nejdříve musíme provést nějaké výpočty:

Tento obvod zde vždy poskytuje napětí menší než skutečná hodnota na pinu A0 arduina kvůli kondenzátoru a diodě. Což znamená, že napětí na analogovém kolíku je vždy menší než napětí na rezistoru 1 k ohm.

Proto musíme zjistit tu hodnotu vstupního střídavého napětí, při které dostaneme 5 voltů nebo 1023 analogových hodnot na pinu A0. Metodou „hit and trial“ se tato hodnota pohybuje kolem 550 voltů (špička), jak ukazuje simulace.

V otáčkách 550 špičkových voltů = 550 / 1,414 = 388,96 voltů r.m.s. Proto pro tuto hodnotu r.m.s získáme 5 voltů na pinu A0. Takže tento obvod může měřit maximálně 389 voltů.

Nyní pro 1023 analogových hodnot na pinu A0 --- 389 střídavých voltů = y

Což dává, pro jakoukoli analogovou hodnotu (x) y = (389/1023) * x a.c voltů

NEBO y = .38015 * x a.c voltů

Na obr. Můžete jasně pozorovat, že vytištěná hodnota a.c na sériovém monitoru je také 389 voltů

Tisk požadovaných hodnot na obrazovce ::

Vyžadujeme tisk dvou hodnot na sériový monitor, jak je znázorněno na simulačním obrázku:

1. Hodnota analogového vstupu přijímaná analogovým pinem A0, jak je uvedeno v kódu:

Serial.print ('analaog input') // uveďte název odpovídající hodnotě, která se má vytisknout

Serial.print (x) // tisk vstupní analogové hodnoty na sériovém monitoru

2. Skutečná hodnota střídavého napětí ze sítě uvedená v kódu:

Serial.print ('ac voltage') // uveďte název odpovídající hodnotě, která se má vytisknout

Serial.print (y) // vytiskne hodnotu AC na sériovém monitoru

PRÁCE NA TOMTO TRANSFORMÁTOROVÉM AC VOLTMETRU POUŽITÍM ARDUINO

1. Obvod děliče napětí převádí nebo snižuje napětí střídavého proudu na odpovídající nízkou hodnotu napětí.

2. Toto napětí po opravě je odebíráno analogovým pinem arduina a pomocí vzorce

y = 0,38015 * x a.c voltů se převede na skutečné napětí ze sítě a.c.

3. Tato převedená hodnota se poté vytiskne na sériový monitor arduino IDE.

SIMULACE:

Chcete-li zjistit, jak blízko je tištěná hodnota na obrazovce skutečné hodnotě střídavého proudu, je spuštěna simulace pro různé hodnoty střídavého napětí:

A) 220 voltů nebo 311 amplitudy

B) 235 voltů nebo 332,9 amplitudy

C) 300 voltů nebo 424,2

Z následujících výsledků tedy vyplývá, že pro napájení střídavým proudem 220 ukazuje arduino 217 voltů. A jak se tato hodnota střídavého proudu zvyšuje, výsledky simulace se stávají přesnějšími, což se blíží vstupní hodnotě střídavého proudu.