Transformatorloser Wechselstrom-Voltmeter-Schaltkreis mit Arduino

In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie mit Arduino ein transformatorloses Wechselspannungsmessgerät herstellen.

Herstellung ein analoges Voltmeter Es ist keine leichte Aufgabe, eine zu bauen. Sie müssen über gute Kenntnisse der physikalischen Größen wie Drehmoment und Drehzahl verfügen, was für die praktische Anwendung sehr schwierig sein kann.

DurchAnkit Negi

Aber a digitales Voltmeter im Vergleich zu Analoges Voltmeter kann hergestellt werden schnell und das auch mit sehr geringem Aufwand. Jetzt kann das digitale Voltmeter eines Tages mit einem Mikrocontroller oder einer Entwicklungsplatine wie Arduino unter Verwendung eines 4-5-Zeilen-Codes hergestellt werden.

Warum ist diese Wechselstrom-Voltmeter-Schaltung anders?

Wenn Sie zu Google gehen und nach 'Wechselspannungsmesser mit Arduino' suchen, finden Sie viele Schaltkreise im gesamten Internet. In fast allen diesen Schaltkreisen wird jedoch ein Transformator verwendet.

Die Schaltung in diesem Projekt löst dieses Problem vollständig, indem der Transformator durch eine Hochwatt-Spannungsteilerschaltung ersetzt wird. Diese Schaltung kann innerhalb von Minuten einfach auf einem kleinen Steckbrett hergestellt werden. Erforderliche Komponenten:

Für dieses Projekt benötigen Sie folgende Komponenten:

1. Arduino

2. 100 kOhm Widerstand (2 Watt)

3. 1 kOhm Widerstand (2 Watt)

4. 1N4007 Diode

5. Eine Zenerdiode 5 Volt

6. 1 uf Kondensator

7. Kabel anschließen

SCHALTPLAN:

Stellen Sie die Verbindungen wie im Schaltplan gezeigt her.

A) Machen Sie einen Spannungsteiler mit Widerständen, wobei zu beachten ist, dass ein 1 kOhm Widerstand an Masse angeschlossen werden sollte.

B) Schließen Sie den p-Anschluss der Diode direkt nach dem 1 kOhm Widerstand an, wie in Abb. und sein n-Anschluss an 1 uf Kondensator.

C) Vergessen Sie nicht, die Zenerdiode parallel zum Kondensator anzuschließen (siehe unten).

D) Verbinden Sie einen Draht vom positiven Anschluss des Kondensators mit dem analogen Pin A0 des Arduino.

E) ** Verbinden Sie den Erdungsstift des Arduino mit der gesamten Erdung, sonst funktioniert der Stromkreis nicht.

ZIEL VON ARDUINO ::

Nun, Sie können jeden Mikrocontroller verwenden, aber ich habe Arduino aufgrund seiner einfachen IDE verwendet. Grundsätzlich besteht die Funktion von Arduino oder einem Mikrocontroller darin, die Spannung über einem 1 kOhm-Widerstand als Analogeingang zu nehmen und diesen Wert in Netzwechselstrom umzuwandeln. Spannungswert unter Verwendung einer Formel (im Arbeitsabschnitt erläutert). Arduino druckt diesen Netzwert weiter auf dem seriellen Monitor oder dem Laptop-Bildschirm.

SPANNUNGSTEILERKREIS:

Wie bereits im Abschnitt über Komponenten erwähnt, müssen Widerstände (aus denen eine Spannungsteilerschaltung besteht) eine hohe Nennleistung aufweisen, da sie direkt an die Wechselstromversorgung angeschlossen werden.

Und daher ersetzt diese Spannungsteilerschaltung den Transformator. Da Arduino maximal 5 V als Analogeingang verwenden kann, wird die Spannungsteilerschaltung verwendet, um die Hochspannung des Netzes in eine Niederspannung (weniger als 5 V) aufzuteilen. Nehmen wir an, dass die Versorgungsspannung 350 Volt (U / min) beträgt.

Dies ergibt eine maximale oder Spitzenspannung = 300 * 1,414 = 494,2 Volt

Die Spitzenspannung am 1 kOhm Widerstand beträgt also = (494,2 Volt / 101 k) * 1 k = 4,9 Volt (maximal)

Hinweis: * Aber selbst für 350 U / min sind diese 4,9 Volt keine U / min, was bedeutet, dass die Spannung am analogen Pin des Arduino in Wirklichkeit weniger als 4,9 V beträgt.

Daher wird aus diesen Berechnungen beobachtet, dass diese Schaltung sicher eine Wechselspannung um 385 U / min messen kann.

WARUM DIODE?

Da Arduino keine negative Spannung als Eingang nehmen kann, ist es sehr wichtig, den negativen Teil der Eingangs-Wechselstrom-Sinuswelle über einem 1 kOhm-Widerstand zu entfernen. Dazu wird es mit einer Diode gleichgerichtet. Sie können auch einen Brückengleichrichter verwenden, um bessere Ergebnisse zu erzielen.

WARUM KAPAZITOR?
Selbst nach der Gleichrichtung sind Wellen in der Welle vorhanden, und um solche Wellen zu entfernen, wird ein Kondensator verwendet. Der Kondensator glättet die Spannung, bevor er Arduino zugeführt wird.

WARUM ZENER DIODE

Eine Spannung von mehr als 5 Volt kann Arduino beschädigen. Daher wird zum Schutz eine 5-V-Zenerdiode verwendet. Wenn die Wechselspannung über 380 Volt ansteigt, d. H. Mehr als 5 Volt am analogen Pin, tritt ein Durchschlag der Zenerdiode auf. Dadurch wird der Kondensator gegen Masse kurzgeschlossen. Dies gewährleistet die Sicherheit von Arduino.

CODE:

Brennen Sie diesen Code in Ihrem Arduino:

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()
}

Code verstehen:

1. VARIABLE x:

X ist der analoge Eingangswert (Spannung), der von Pin A0 empfangen wird, wie im Code angegeben, d.h.

x = pinMode (A0, INPUT) // Pin a0 als Eingangspin setzen

2. VARIABL UND:

Um zu dieser Formel y = (x * .380156) zu gelangen, müssen wir zunächst einige Berechnungen durchführen:

Diese Schaltung liefert hier aufgrund von Kondensator und Diode immer eine Spannung, die unter dem tatsächlichen Wert an Pin A0 des Arduino liegt. Dies bedeutet, dass die Spannung am analogen Pin immer geringer ist als die Spannung am 1 kOhm-Widerstand.

Daher müssen wir den Wert der Eingangswechselspannung herausfinden, bei dem wir 5 Volt oder 1023 Analogwert an Pin A0 erhalten. Bei der Treffer- und Versuchsmethode liegt dieser Wert bei etwa 550 Volt (Spitze), wie in der Simulation gezeigt.

In U / min 550 Spitzenvolt = 550 / 1,414 = 388,96 Volt U / min. Daher erhalten wir für diesen U / min-Wert 5 Volt an Pin A0. Diese Schaltung kann also maximal 389 Volt messen.

Jetzt für 1023 Analogwert an Pin A0 --- 389 Wechselspannung = y

Dies ergibt für jeden Analogwert (x) y = (389/1023) * x Wechselspannung

ODER y = 0,38015 * x Wechselspannung

In Abb. Ist deutlich zu erkennen, dass der auf dem seriellen Monitor gedruckte Wechselstrom ebenfalls 389 Volt beträgt

Erforderliche Werte auf dem Bildschirm drucken ::

Wir benötigen zwei Werte, die auf dem seriellen Monitor gedruckt werden müssen, wie im Simulationsbild gezeigt:

1. Analoger Eingangswert, der vom analogen Pin A0 empfangen wird, wie im Code angegeben:

Serial.print ('analaog input') // Geben Sie den Namen für den entsprechenden Wert an, der gedruckt werden soll

Serial.print (x) // Analoger Eingangswert auf dem seriellen Monitor drucken

2. Istwert der Wechselspannung vom Netz wie im Code angegeben:

Serial.print ('Wechselspannung') // Geben Sie den Namen für den entsprechenden Wert an, der gedruckt werden soll

Serial.print (y) // druckt den Wechselstromwert auf dem seriellen Monitor

ARBEITEN DIESES TRANSFORMERLOSEN AC-VOLTMETERS MIT ARDUINO

1. Die Spannungsteilerschaltung wandelt die Wechselspannung in einen entsprechenden Niederspannungswert um oder senkt sie.

2. Diese Spannung nach der Gleichrichtung wird durch einen analogen Arduino-Pin und unter Verwendung der Formel gemessen

y = 0,38015 * x Wechselspannung wird in die tatsächliche Wechselspannung umgewandelt.

3. Dieser konvertierte Wert wird dann auf dem seriellen Monitor der Arduino IDE gedruckt.

SIMULATION:

Um zu sehen, wie nahe der gedruckte Wert auf dem Bildschirm am tatsächlichen Wechselstromwert liegt, wird eine Simulation für verschiedene Wechselspannungswerte ausgeführt:

A) 220 Volt oder 311 Amplitude

B) 235 Volt oder 332,9 Amplitude

C) 300 Volt oder 424,2

Aus den folgenden Ergebnissen geht hervor, dass Arduino bei einer Versorgung mit 220 Wechselstrom 217 Volt aufweist. Und wenn dieser Wechselstromwert zunimmt, werden die Simulationsergebnisse genauer, die näher an dem eingegebenen Wechselstromwert liegen.