Módulo de medición de potencia de bricolaje para Arduino: 9 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Hola a todos, espero que estén bien! En este instructivo, le mostraré cómo hice este módulo de medidor de potencia / vatímetro para usar con una placa Arduino. Este medidor de potencia puede calcular la potencia consumida por una carga de CC. Junto con la energía, este módulo también puede brindarnos lecturas precisas de voltaje y corriente. Puede medir fácilmente voltajes bajos (alrededor de 2 V) y corrientes bajas, tan bajas como 50 mA con un error de no más de 20 mA. La precisión depende de la elección de los componentes según sus requisitos.

Suministros

• IC LM358 dual OP-AMP
• Base IC de 8 pines
• Resistencia de derivación (8,6 miliohmios en mi caso)
• Resistencias: 100 K, 10 K, 2,2 K, 1 K (1/2 vatio)
• Condensadores: condensadores cerámicos 3 * 0.1uF
• Veroboard o tablero cero
• Terminales de tornillo
• Soldador y soldadura
• Arduino Uno o cualquier otra placa compatible
• Pantalla OLED
• Conexión de cables de barra de pan

Paso 1: recopilación de los componentes necesarios

Este proyecto utiliza componentes muy simples y fáciles de conseguir: incluyen resistencias, condensadores cerámicos, amplificador operacional y un veroboard para prototipado.

La elección y el valor de los componentes dependen del tipo de aplicación y del rango de potencia que desee medir.

Paso 2: el principio de funcionamiento

El funcionamiento del módulo de potencia se basa en dos conceptos de teoría de circuitos y electricidad básica: el concepto de divisor de voltaje para medir el voltaje de entrada y la ley de Ohm para calcular la corriente que fluye a través del circuito. Estamos usando una resistencia de derivación para crear una caída de voltaje muy pequeña a través de ella. Esta caída de voltaje es proporcional a la cantidad de corriente que fluye a través de la derivación. Este pequeño voltaje cuando es amplificado por un amplificador operacional se puede usar como entrada a un microcontrolador que se puede programar para darnos el valor actual. El amplificador operacional se usa como un amplificador no inversor donde la ganancia está determinada por los valores de la retroalimentación. resistencia R2 y R1. El uso de la configuración no inversora nos permite tener una tierra común como referencia de medición. Para esto, la corriente se mide en el lado bajo del circuito. Para mi aplicación, he elegido una ganancia de 46 usando una resistencia de 100K y 2.2K como red de retroalimentación. La medición de voltaje se realiza mediante el uso de un circuito divisor de voltaje que divide el voltaje de entrada en proporción a la red de resistencias utilizada.

Tanto el valor actual del OP-Amp como el valor del voltaje de la red divisora se pueden alimentar a dos entradas analógicas del arduino para que podamos calcular la potencia consumida por una carga.

Paso 3: reunir las piezas …

Comencemos la construcción de nuestro módulo de potencia decidiendo la posición de los terminales de tornillo para la conexión de entrada y salida. Después de marcar las posiciones apropiadas, soldamos los terminales de tornillo y la resistencia de derivación en su lugar.

Paso 4: Agregar las piezas para la red de detección de voltaje

Para la detección de voltaje de entrada, estoy usando una red divisora de voltaje de 10K y 1K. También agregué un capacitor de 0.1 uF a través de la resistencia de 1K para suavizar los voltajes. La red de detección de voltaje está soldada cerca del terminal de entrada

Paso 5: agregar las partes para la red de detección actual

La corriente se mide calculando y amplificando la caída de voltaje a través de la resistencia de derivación con una ganancia predefinida establecida por la red de resistencias. Se utiliza el modo de amplificación no inversora. Es deseable mantener pequeños los rastros de soldadura para evitar caídas de voltaje no deseadas.

Paso 6: completar las conexiones restantes y finalizar la compilación …

Con las redes de detección de voltaje y corriente conectadas y soldadas, es hora de soldar los pines del cabezal macho y realizar las conexiones necesarias de potencia y salidas de señal. El módulo se alimentará con el voltaje de funcionamiento estándar de 5 voltios que podemos obtener fácilmente de una placa arduino. Las dos salidas de detección de voltaje se conectarán a las entradas analógicas del arduino.

Paso 7: Conexión del módulo con Arduino

Con el módulo completo, finalmente es el momento de conectarlo con un Arduino y ponerlo en funcionamiento. Para ver los valores, he usado una pantalla OLED que usaba el protocolo I2C para comunicarse con el arduino. Los parámetros que se muestran en la pantalla son voltaje, corriente y potencia.

Paso 8: Código del proyecto y diagrama de circuito

He adjuntado el diagrama de circuito y el código del módulo de potencia en este paso (anteriormente había adjuntado el archivo.ino y.txt que contenía el código, pero algún error del servidor hizo que el código fuera inaccesible o ilegible para los usuarios, así que escribí todo el en este paso. Sé que no es una buena manera de compartir el código:(). No dudes en modificar este código según tus requisitos. Espero que este proyecto te haya resultado útil. Comparte tus comentarios en los comentarios. ¡Salud!

#incluir

#incluir

#incluir

#incluir

#define OLED_RESET 4 pantalla Adafruit_SSD1306 (OLED_RESET);

flotador val = 0;

corriente de flotación = 0;

voltaje de flotación = 0;

potencia de flotación = 0;

configuración vacía () {

pinMode (A0, ENTRADA);

pinMode (A1, ENTRADA);

display.begin (SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); // inicializar con I2C addr 0x3C (para 128x32) display.display ();

retraso (2000);

// Limpia el búfer.

display.clearDisplay ();

display.setTextSize (1);

display.setCursor (0, 0);

display.setTextColor (BLANCO);

Serial.begin (9600); // Para ver los valores en el monitor serial

}

bucle vacío () {

// tomando el promedio para lecturas estables

para (int i = 0; i <20; i ++) {

corriente = corriente + analogRead (A0);

voltaje = voltaje + analogRead (A1); }

actual = (actual / 20); corriente = corriente * 0.0123 * 5.0; // valor de calibración, a cambiar según los componentes utilizados

voltaje = (voltaje / 20); voltaje = voltaje * 0.0508 * 5.0; // valor de calibración, a cambiar según los componentes utilizados

potencia = voltaje * corriente;

// imprimiendo los valores en el monitor serial

Serial.print (voltaje);

Serial.print ("");

Serial.print (actual);

Serial.print ("");

Serial.println (potencia);

// imprimir los valores en la pantalla OLED

display.setCursor (0, 0);

display.print ("Voltaje:");

display.print (voltaje);

display.println ("V");

display.setCursor (0, 10);

display.print ("Actual:");

display.print (actual);

display.println ("A");

display.setCursor (0, 20);

display.print ("Energía:");

display.print (potencia);

display.println ("W");

display.display ();

retraso (500); // frecuencia de actualización establecida por el retraso

display.clearDisplay ();

}