Κύκλωμα βολτόμετρου εναλλασσόμενου ρεύματος χωρίς μετασχηματιστή με χρήση Arduino

Δοκιμάστε Το Όργανο Μας Για Την Εξάλειψη Των Προβλημάτων





Σε αυτό το άρθρο μαθαίνουμε πώς να φτιάχνουμε ένα βολτόμετρο εναλλασσόμενου ρεύματος χωρίς μετασχηματιστή χρησιμοποιώντας το Arduino.

Κατασκευή ένα αναλογικό βολτόμετρο Δεν είναι εύκολο να φτιάξεις ένα που πρέπει να έχεις καλή γνώση των φυσικών ποσοτήτων όπως η ροπή, η ταχύτητα που μπορεί να είναι πολύ δύσκολη όταν πρόκειται για τις πρακτικές εφαρμογές τους.



ΜεAnkit Negi

Αλλά ένα ψηφιακό βολτόμετρο σε σύγκριση με μπορεί να κατασκευαστεί αναλογικό βολτόμετρο γρήγορα και κι αυτό με πολύ λίγη προσπάθεια. Τώρα το ψηφιακό βολτόμετρο μιας ημέρας μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας έναν μικροελεγκτή ή έναν πίνακα ανάπτυξης όπως το arduino χρησιμοποιώντας κώδικα γραμμής 4-5.



Γιατί αυτό το κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος είναι διαφορετικό;

Εάν μεταβείτε στο Google και αναζητήσετε 'βολτόμετρο AC χρησιμοποιώντας arduino', θα βρείτε πολλά κυκλώματα σε όλο το Διαδίκτυο. Αλλά σχεδόν σε όλα αυτά τα κυκλώματα θα βρείτε έναν μετασχηματιστή που χρησιμοποιείται.

Τώρα η χρήση ενός μετασχηματιστή δεν είναι καλή ιδέα εάν θέλετε να φτιάξετε ένα αξιόπιστο και αποδοτικό βολτόμετρο, καθώς κάνει το κύκλωμα ογκώδες και βαρύ.

Το κύκλωμα σε αυτό το έργο επιλύει πλήρως αυτό το πρόβλημα αντικαθιστώντας τον μετασχηματιστή από ένα κύκλωμα διαίρεσης υψηλής τάσης. Αυτό το κύκλωμα μπορεί να κατασκευαστεί εύκολα σε ένα μικρό ψωμί μέσα σε λίγα λεπτά. Απαιτούνται στοιχεία:

Για να φτιάξετε αυτό το έργο χρειάζεστε τα ακόλουθα στοιχεία:

1. Arduino

2. Αντίσταση 100k ohm (2 watt)

3. Αντίσταση 1k ohm (2 watt)

4. Δίοδος 1N4007

5. Μία δίοδος zener 5 βολτ

6. 1 uf πυκνωτής

7. Σύνδεση καλωδίων

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ:

Πραγματοποιήστε συνδέσεις όπως φαίνεται στο διάγραμμα κυκλώματος.

Α) Δημιουργήστε ένα διαχωριστικό τάσης χρησιμοποιώντας αντιστάσεις, έχοντας υπόψη ότι η αντίσταση 1 k ohm πρέπει να συνδεθεί στη γείωση.

B) Συνδέστε το p-terminal της διόδου απευθείας μετά από 1 k ohm αντίσταση όπως φαίνεται στο σχ. και το n-τερματικό του σε πυκνωτή 1 uf.

Γ) Μην ξεχάσετε να συνδέσετε τη δίοδο zener παράλληλα με τον πυκνωτή (εξηγείται παρακάτω)

Δ) Συνδέστε ένα καλώδιο από θετικό ακροδέκτη του πυκνωτή στον αναλογικό πείρο A0 του arduino.

E) ** συνδέστε τον πείρο γείωσης του arduino με τη γενική γείωση αλλιώς το κύκλωμα δεν θα λειτουργήσει.

ΣΤΟΧΟΣ ΤΟΥ ARDUINO ::

Λοιπόν, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιονδήποτε μικροελεγκτή, αλλά έχω χρησιμοποιήσει το arduino λόγω του εύχρηστου IDE του. Βασικά, η λειτουργία του arduino ή οποιουδήποτε μικροελεγκτή εδώ είναι η λήψη τάσης σε αντίσταση 1 k ohm ως αναλογική είσοδος και μετατροπή αυτής της τιμής σε κεντρικό δίκτυο a.c. τιμή τάσης χρησιμοποιώντας έναν τύπο (εξηγείται στην ενότητα εργασίας). Το Arduino εκτυπώνει περαιτέρω αυτήν την κύρια τιμή σε σειριακή οθόνη ή οθόνη φορητού υπολογιστή.

ΚΥΚΛΩΜΑ ΤΜΗΜΑΤΟΣ:

Όπως αναφέρθηκε ήδη στην ενότητα των εξαρτημάτων, οι αντιστάσεις (που αποτελούν ένα κύκλωμα διαχωριστή τάσης) πρέπει να έχουν υψηλή ισχύ, καθώς πρόκειται να τις συνδέσουμε απευθείας στην παροχή ρεύματος a.c.

Και ως εκ τούτου αυτό το κύκλωμα διαχωριστή τάσης αντικαθιστά τον μετασχηματιστή. Δεδομένου ότι το arduino μπορεί να πάρει έως 5v ως αναλογική είσοδο, το κύκλωμα διαχωριστή τάσης χρησιμοποιείται για να χωρίσει την υψηλή τάση δικτύου σε χαμηλή τάση (μικρότερη από 5v). Ας υποθέσουμε ότι η τάση τροφοδοσίας δικτύου είναι 350 βολτ (r.m.s)

Που δίνει μέγιστη ή μέγιστη τάση = 300 * 1,414 = 494,2 βολτ

Έτσι, η μέγιστη τάση σε αντίσταση 1 k ohm είναι = (494,2volts / 101k) * 1k = 4,9volts (μέγιστο)

Σημείωση: * αλλά ακόμη και για 350 σ.α.λ., αυτά τα 4,9 βολτ δεν είναι σ.α.λ. αυτό σημαίνει ότι στην πραγματικότητα η τάση στον αναλογικό πείρο του arduino θα είναι μικρότερη από 4,9 v.

Ως εκ τούτου, από αυτούς τους υπολογισμούς παρατηρείται ότι αυτό το κύκλωμα μπορεί να μετρήσει με ασφάλεια την τάση a.c περίπου 385 σ.α.λ.

ΓΙΑΤΙ ΔΙΟΔΟΣ;

Δεδομένου ότι το arduino δεν μπορεί να λάβει αρνητική τάση ως είσοδο, είναι πολύ σημαντικό να αφαιρέσετε το αρνητικό μέρος της εισόδου a.c sin wave σε αντίσταση 1 k ohm. Και για να γίνει αυτό διορθώνεται χρησιμοποιώντας μια δίοδο. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε έναν ανορθωτή γέφυρας για καλύτερα αποτελέσματα.

ΓΙΑΤΙ ΠΛΗΚΤΡΑ;
Ακόμα και μετά την διόρθωση υπάρχουν κυματισμοί στο κύμα και για την αφαίρεση τέτοιων κυματισμών, χρησιμοποιείται ένας πυκνωτής. Ο πυκνωτής εξομαλύνει την τάση πριν την τροφοδοτήσει στο arduino.

ΓΙΑΤΙ ZENER ΔΙΟΔΟΣ

Τάση μεγαλύτερη από 5 volt μπορεί να προκαλέσει ζημιά στο arduino. Ως εκ τούτου, για την προστασία του, χρησιμοποιείται δίοδος zener 5 v. Εάν η τάση τροφοδοσίας a.c αυξηθεί πέρα ​​από τα 380 βολτ, δηλαδή μεγαλύτερη από 5 βολτ στον αναλογικό πείρο, θα συμβεί διακοπή της διόδου zener. Συντομεύοντας έτσι τον πυκνωτή στη γείωση. Αυτό διασφαλίζει την ασφάλεια του arduino.

ΚΩΔΙΚΑΣ:

Εγγραφή αυτού του κωδικού στο arduino σας:

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()
}

Κατανόηση κώδικα:

1. ΔΙΑΦΟΡΑ x:

Το X είναι η αναλογική τιμή εισόδου που λαμβάνεται (τάση) από τον ακροδέκτη A0 όπως καθορίζεται στον κωδικό, δηλαδή,

x = pinMode (A0, INPUT) // ορίστε τον πείρο a0 ως πείρο εισόδου

2. ΜΕΤΑΒΛΗΤΟ ΚΑΙ:

Για να φτάσουμε σε αυτόν τον τύπο y = (x * .380156), πρώτα πρέπει να κάνουμε κάποιους υπολογισμούς:

Αυτό το κύκλωμα εδώ παρέχει πάντα τάση μικρότερη από την πραγματική τιμή στον ακροδέκτη A0 του arduino λόγω πυκνωτή και δίοδος. Αυτό σημαίνει ότι η τάση στον αναλογικό πείρο είναι πάντα μικρότερη από την τάση σε αντίσταση 1 k ohm.

Ως εκ τούτου, πρέπει να μάθουμε ότι η τιμή της τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος στην οποία λαμβάνουμε 5 βολτ ή 1023 αναλογική τιμή στον ακροδέκτη Α0. Με μέθοδο επίσκεψης και δοκιμής, αυτή η τιμή είναι περίπου 550 βολτ (κορυφή) όπως φαίνεται στην προσομοίωση.

Σε σ.α.λ. 550 βολτ αιχμής = 550 / 1.414 = 388.96 βολτ σ.α.λ. Ως εκ τούτου, για αυτήν την τιμή r.m.s λαμβάνουμε 5 βολτ στον ακροδέκτη A0. Έτσι, αυτό το κύκλωμα μπορεί να μετρήσει το μέγιστο των 389 βολτ.

Τώρα για αναλογική τιμή 1023 στον ακροδέκτη A0 --- 389 a.c volts = y

Που δίνει, για οποιαδήποτε αναλογική τιμή (x) y = (389/1023) * x a.c volt

Ή y = .38015 * x a.c volt

Μπορείτε να παρατηρήσετε με σαφήνεια στο σχήμα ότι η εκτυπωμένη τιμή a.c στη σειριακή οθόνη είναι επίσης 389 βολτ

Εκτύπωση απαιτούμενων τιμών στην οθόνη ::

Απαιτείται η εκτύπωση δύο τιμών στην σειριακή οθόνη, όπως φαίνεται στην εικόνα προσομοίωσης:

1. Αναλογική τιμή εισόδου που λαμβάνεται από τον αναλογικό ακροδέκτη A0 όπως ορίζεται στον κώδικα:

Serial.print ('analaog input') // καθορίστε το όνομα στην αντίστοιχη τιμή που θα εκτυπωθεί

Serial.print (x) // αναλογική τιμή εισόδου εκτύπωσης σε σειριακή οθόνη

2. Πραγματική τιμή της τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος από το δίκτυο όπως ορίζεται στον κώδικα:

Serial.print ('AC voltage') // καθορίστε το όνομα στην αντίστοιχη τιμή που θα εκτυπωθεί

Serial.print (y) // εκτυπώνει την τιμή ac στο Serial monitor

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΥΤΟΥ ΤΟΥ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΜΕ ΤΟ ARDUINO

1. Το κύκλωμα διαχωριστή τάσης μετατρέπει ή κατεβάζει την τάση εναλλασσόμενου ρεύματος στην αντίστοιχη τιμή χαμηλής τάσης.

2. Αυτή η τάση μετά την διόρθωση λαμβάνεται με αναλογικό πείρο του arduino και χρησιμοποιώντας τον τύπο

y = 0,38015 * x a.c volt μετατρέπεται σε πραγματική τάση τιμής δικτύου a.c.

3. Αυτή η τιμή μετατροπής εκτυπώνεται στη συνέχεια σε σειριακή οθόνη του arduino IDE.

ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ:

Για να δείτε πόσο κοντά η εκτυπωμένη τιμή στην οθόνη με την πραγματική τιμή ac, εκτελείται προσομοίωση για διαφορετικές τιμές τάσεων a.c:

Α) 220 βολτ ή 311 πλάτος

Β) 235 βολτ ή πλάτος 332,9

Γ) 300 βολτ ή 424.2

Ως εκ τούτου, από τα ακόλουθα αποτελέσματα παρατηρείται ότι για παροχή 220 a.c, το arduino δείχνει 217 βολτ. Και καθώς αυτή η τιμή a.c αυξάνεται, τα αποτελέσματα της προσομοίωσης γίνονται πιο ακριβή που είναι πιο κοντά στην τιμή a.c εισόδου.




Προηγούμενο: Κύκλωμα χρονοδιακόπτη 220V Mains - Χρονοδιακόπτης Plug and Play Επόμενο: Πρόβλημα πτώσης τάσης μετατροπέα - Πώς να επιλύσετε