Схема бестрансформаторного вольтметра переменного тока с использованием Arduino

В этой статье мы узнаем, как сделать бестрансформаторный вольтметр переменного тока с помощью Arduino.

Изготовление аналоговый вольтметр Это непростая задача, так как для ее создания необходимо хорошо знать физические величины, такие как крутящий момент, скорость, что может быть очень сложно, когда дело доходит до их практического применения.

КАнкит Неги

Но цифровой вольтметр в сравнении с аналоговый вольтметр можно сделать быстро и без особых усилий. Теперь цифровой вольтметр на день можно сделать с помощью микроконтроллера или платы разработки, такой как Arduino, с помощью кода из 4-5 строк.

Почему эта схема вольтметра переменного тока отличается?

Если вы зайдете в Google и выполните поиск «Вольтметр переменного тока с использованием Arduino», вы найдете множество схем по всему Интернету. Но почти во всех этих схемах вы найдете трансформатор.

Схема в этом проекте полностью решает эту проблему, заменяя трансформатор на схему высоковаттного делителя напряжения. Эту схему можно легко собрать на небольшой макетной плате за считанные минуты. Необходимые компоненты:

Для создания этого проекта вам потребуются следующие компоненты:

1. Ардуино

2. Резистор 100 кОм (2 Вт)

3. Резистор 1 кОм (2 Вт)

4. Диод 1N4007

5. Один стабилитрон 5 вольт

6. Конденсатор 1 мкФ

7. Соединительные провода

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА:

Выполните подключения, как показано на принципиальной схеме.

A) Сделайте делитель напряжения, используя резисторы, помня, что резистор 1 кОм должен быть подключен к земле.

B) Подключите p- клемму диода непосредственно после резистора 1 кОм, как показано на рис. а его n-клемма к конденсатору 1 мкФ.

C) Не забудьте подключить стабилитрон параллельно конденсатору (объяснено ниже)

D) Подключите провод от положительной клеммы конденсатора к аналоговому выводу A0 Arduino.

E) ** подключите заземляющий контакт Arduino к общему заземлению, иначе схема не будет работать.

ЗАДАЧА АРДУИНО:

Что ж, вы можете использовать любой микроконтроллер, но я использовал Arduino из-за его простой IDE. В основном функция Arduino или любого микроконтроллера заключается в том, чтобы принимать напряжение на резисторе 1 кОм в качестве аналогового входа и преобразовывать это значение в переменный ток сети. значение напряжения по формуле (объяснено в рабочем разделе). Далее Arduino выводит это значение сети на серийный монитор или экран ноутбука.

ЦЕПЬ РАЗЪЕМА НАПРЯЖЕНИЯ:

Как уже упоминалось в разделе, посвященном компонентам, резисторы (которые составляют схему делителя напряжения) должны иметь высокую мощность, поскольку мы собираемся подключать их напрямую к сети переменного тока.

Таким образом, эта схема делителя напряжения заменяет трансформатор. Поскольку Arduino может принимать максимум 5 В в качестве аналогового входа, схема делителя напряжения используется для разделения высокого напряжения сети на низкое (менее 5 В). Предположим, что напряжение сети составляет 350 вольт (среднеквадратичное значение).

Что дает максимальное или пиковое напряжение = 300 * 1,414 = 494,2 вольт

Таким образом, пиковое напряжение на резисторе 1 кОм равно = (494,2 вольт / 101 кОм) * 1 кОм = 4,9 вольт (максимум).

Примечание: * но даже для 350 среднеквадратичных значений эти 4,9 В не являются среднеквадратичными значениями, что означает, что в действительности напряжение на аналоговом выводе Arduino будет меньше 4,9 В.

Таким образом, из этих расчетов видно, что эта схема может безопасно измерять переменное напряжение около 385 среднеквадратичных значений.

ПОЧЕМУ ДИОД?

Поскольку Arduino не может принимать отрицательное напряжение в качестве входа, очень важно удалить отрицательную часть входной синусоидальной волны переменного тока на резисторе 1 кОм. Для этого он выпрямляется с помощью диода. Вы также можете использовать мостовой выпрямитель для лучших результатов.

ПОЧЕМУ КОНДЕНСАТОР?
Даже после выпрямления в волне присутствует рябь, и для ее устранения используется конденсатор. Конденсатор сглаживает напряжение перед подачей его на ардуино.

ПОЧЕМУ ЗЕНЕР ДИОД

Напряжение больше 5 вольт может повредить Arduino. Следовательно, для его защиты используется стабилитрон на 5 В. Если напряжение сети переменного тока превышает 380 вольт, то есть больше 5 вольт на аналоговом выводе, произойдет пробой стабилитрона. Таким образом замкнув конденсатор на землю. Это обеспечивает безопасность ардуино.

КОД:

Запишите этот код в свой ардуино:

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()
}

Понимание кода:

1. ПЕРЕМЕННАЯ x:

X - это входное аналоговое значение, полученное (напряжение) от вывода A0, как указано в коде, т.е.

x = pinMode (A0, INPUT) // установить контакт a0 как входной контакт

2. ПЕРЕМЕННАЯ И:

Чтобы прийти к этой формуле y = (x * .380156), сначала нам нужно произвести какие-то вычисления:

Эта схема всегда обеспечивает напряжение ниже фактического значения на выводе A0 Arduino из-за конденсатора и диода. Это означает, что напряжение на аналоговом выводе всегда меньше, чем напряжение на резисторе 1 кОм.

Следовательно, мы должны найти то значение входного переменного напряжения, при котором мы получаем 5 вольт или 1023 аналоговое значение на выводе A0. По методу 'ударил и пробовал' это значение составляет около 550 вольт (пиковое), как показано в моделировании.

Среднеквадратичное значение 550 пиковых вольт = 550 / 1,414 = 388,96 вольт среднеквадратичного значения. Следовательно, для этого среднеквадратичного значения мы получаем 5 вольт на выводе A0. Таким образом, эта схема может измерять максимум 389 вольт.

Теперь для 1023 аналогового значения на выводе A0 --- 389 a.c volts = y

Что дает для любого аналогового значения (x) y = (389/1023) * x вольт переменного тока

ИЛИ y = 0,38015 * x вольт переменного тока

Вы можете ясно видеть на рис, что напечатанное значение переменного тока на последовательном мониторе также составляет 389 вольт.

Печать требуемых значений на экране:

Нам необходимо напечатать два значения на последовательном мониторе, как показано на изображении моделирования:

1. Значение аналогового входа, полученное аналоговым выводом A0, как указано в коде:

Serial.print ('analaog input') // указываем имя для соответствующего значения, которое будет напечатано

Serial.print (x) // вывод аналогового значения на серийный монитор

2. Фактическое значение переменного напряжения от сети, указанное в коде:

Serial.print ('ac Voltage') // указываем имя для соответствующего значения для печати

Serial.print (y) // выводит значение переменного тока на последовательный монитор

РАБОТА БЕЗТРАНСФОРМАТОРНОГО ВОЛЬТМЕТРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОМОЩЬЮ ARDUINO

1. Схема делителя напряжения преобразует или понижает сетевое напряжение переменного тока в соответствующее низкое значение напряжения.

2. Это напряжение после выпрямления снимается аналоговым выводом Arduino и по формуле

y = 0,38015 * x напряжение переменного тока преобразуется в фактическое значение напряжения сети переменного тока.

3. Это преобразованное значение затем распечатывается на последовательном мониторе Arduino IDE.

МОДЕЛИРОВАНИЕ:

Чтобы увидеть, насколько близко напечатанное значение на экране к фактическому значению переменного тока, моделирование запускается для различных значений напряжения переменного тока:

А) 220 вольт или 311 амплитуда

Б) 235 вольт или 332,9 амплитуды

В) 300 В или 424,2

Следовательно, из следующих результатов видно, что для источника питания 220 переменного тока Arduino показывает 217 вольт. И по мере увеличения этого значения переменного тока результаты моделирования становятся более точными, что ближе к входному значению переменного тока.