Sensor de corriente DIY para Arduino: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Hola, espero que estés bien y en este tutorial te mostraré cómo hice un sensor de corriente para Arduino usando algunos componentes electrónicos muy básicos y una derivación casera. Esta derivación puede manejar fácilmente una gran magnitud de corriente, alrededor de 10-15 amperios. La precisión también es bastante buena y pude obtener resultados muy decentes al medir corrientes bajas alrededor de 100 mA.

Suministros

1. Arduino Uno o equivalente y cable de programación
2. OP- Amplificador LM358
3. Cables de puente
4. Resistencia de 100 KOhmios
5. Resistencia de 220 KOhmios
6. Resistencia de 10 Kohm
7. Placa Veroboard o Zero PCB
8. Derivación (8 a 10 miliohmios)

Paso 1: recopilación de las piezas necesarias

Las partes principales que necesitaría para esta construcción es una derivación junto con el amplificador operacional IC. Para mi aplicación, estoy usando el IC LM358, que es un DIP IC de 8 pines OP-AMP dual del cual estoy usando solo uno de los amplificadores operacionales. También necesitará resistencias para el circuito amplificador no inversor. He elegido 320K y 10K como resistencias. La elección de su resistencia depende completamente de la cantidad de ganancia que desee tener. Ahora el OP-AMP está siendo alimentado por los 5 voltios del Arduino. Por lo tanto, debemos asegurarnos de que el voltaje de salida del OP-AMP cuando la corriente completa pasa a través de la derivación debe ser inferior a 5 voltios, preferiblemente 4 voltios para mantener algún margen de error. Si elegimos una ganancia que sea lo suficientemente alta para un valor de corriente más bajo, el OP-AMP entrará en la región de saturación y solo dará 5 voltios más allá de cualquier valor de corriente, así que asegúrese de elegir el valor de ganancia del amplificador de manera apropiada. También necesitaría una placa de circuito impreso o placa de prototipos para probar este circuito. Para el microcontrolador, estoy usando Arduino UNO para adquirir la entrada de la salida del amplificador. Puede elegir cualquier placa Arduino equivalente que desee.

Paso 2: hacer su propia resistencia de derivación

El corazón principal del proyecto es la resistencia de derivación utilizada para proporcionar la pequeña caída de voltaje. Puede realizar esta derivación fácilmente sin mucha molestia. Si tiene un cable de acero sólido grueso, puede cortar una longitud razonable de ese cable y usarlo como derivación. Otra alternativa a esto es salvar resistencias de derivación de multímetros viejos o dañados, tal como se muestra aquí. El rango de corriente que desea medir depende en gran medida del valor de la resistencia de derivación. Por lo general, puede utilizar derivaciones del orden de 8 a 10 miliohmios.

Paso 3: diagrama de circuito del proyecto

Aquí está toda la teoría como resumen y también el diagrama de circuito del módulo sensor de corriente que muestra la implementación de la configuración no inversora del OP-AMP que proporciona la ganancia necesaria. También he conectado un condensador de 0.1uF a la salida del OP-AMP para suavizar el voltaje de salida y reducir cualquier ruido de alta frecuencia si puede ocurrir.

Paso 4: Reunirlo todo …

Ahora es finalmente el momento de hacer que el módulo sensor de corriente salga de estos componentes. Para esto, corté un pequeño trozo de veroboard y dispuse mis componentes de tal manera que pude evitar el uso de cables de puente o conectores y todo el circuito podría conectarse mediante uniones de soldadura directa. Para la conexión de la carga a través de la derivación, utilicé terminales de tornillo, lo que hace que las conexiones sean mucho más ordenadas y, al mismo tiempo, hace que sea mucho más fácil cambiar / reemplazar diferentes cargas para las que quiero medir la corriente. Asegúrese de seleccionar los terminales de tornillo de buena calidad que sean capaces de manejar grandes corrientes. He adjuntado algunas imágenes del proceso de soldadura y, como puede ver, los rastros de soldadura salieron bastante bien sin el uso de ningún puente o conector de cable. Esto hizo que mi módulo fuera aún más duradero. Para darle una perspectiva de lo pequeño que es este módulo, lo guardé junto con una moneda india de 2 rupias y el tamaño es casi comparable. Este pequeño tamaño le permite colocar este módulo en sus proyectos fácilmente. Si puede utilizar componentes SMD, el tamaño incluso se puede reducir.

Paso 5: Calibración del sensor para obtener lecturas correctas

Después de la construcción de todo el módulo, aquí viene una parte un poco complicada, calibrar o más bien generar el código necesario para medir el valor correcto de la corriente. Ahora, esencialmente, estamos multiplicando la caída de voltaje de la derivación para darnos un voltaje amplificado, lo suficientemente alto como para que se registre la función analogRead () de Arduino. Ahora que la resistencia es constante, el voltaje de salida es lineal con respecto a la magnitud de la corriente que pasa a través de la derivación. La manera fácil de calibrar este módulo es usar un multímetro real para calcular el valor de la corriente que pasa a través de un circuito dado. Tenga en cuenta este valor de corriente, usando el arduino y la función de monitor en serie, vea cuál es el valor analógico que viene (que van de 0 a 1023. Utilice la variable como tipo de datos flotantes para obtener mejores valores). Ahora podemos multiplicar este valor analógico con una constante para obtener nuestro valor de corriente deseado y dado que la relación entre el voltaje y la corriente es lineal, esta constante será casi la misma para todo el rango de corriente, aunque es posible que tenga que hacer algo menor ajustes posteriores. Puede probar con 4-5 valores actuales conocidos para obtener su valor constante. Mencionaré el código que utilicé para esta demostración.

Paso 6: Conclusiones finales

Este sensor de corriente funciona bastante bien en la mayoría de las aplicaciones con alimentación de CC y tiene un error de menos de 70 mA si se calibra correctamente. Sin embargo, existen algunas limitaciones de este diseño, a corrientes muy bajas o muy altas, la desviación del valor real se vuelve significativa. Por lo tanto, es necesaria alguna modificación del código para los casos de límites. Una alternativa es usar un amplificador de instrumentación, que tiene circuitos precisos para amplificar voltajes muy pequeños y también se puede usar en el lado alto del circuito. Además, el circuito se puede mejorar utilizando un OP-AMP mejor y de bajo ruido. Para mi aplicación, funciona bien y ofrece resultados repetibles. Estoy planeando hacer un vatímetro, donde usaría este sistema de medición de corriente en derivación. Espero que hayan disfrutado de esta construcción.