Meranie jednosmerného prúdu - Arduino

Dnes predstavím niekoľko dostupných senzorov pre Arduino, ktoré je možné použiť v projektoch na meranie jednosmerného prúdu. To znamená s menovitým napájacím napätím 5V s max. 5V výstupom.

Meranie prúdu
ACS712
Pre meranie jednosmerného prúdu (aj striedavého) je možné použiť senzor ACS712, označený aj ako ACS712ELC-XXA - XX označuje hodnotu amérov. Senzor využíva hallov snímač pre meranie pretekajúceho prúdu.

Dostupné sú verzie pre 5A, 20A, 30A. Pri všetkých verziách je nominálne napätie výstupu 2.5V pri 0A. Senzor má analógový výstup s rozsahom 0 až 5V.

Modul: 5A | 20A | 30A
Napájacie napätie (Vcc) 5V | 5V | 5V
Merací rozsah -5 až +5A | -20 až 20V | -30 až 30A
Napätie pri 0A Vcc/2 --> 2.5V | Vcc/2 --> 2.5V | Vcc/2 --> 2.5V
Jednotkový krok 185mV / A | 100mV / A | 66mV / A
Označenie čipu ACS712ELC-05A | ACS712ELC-20A | ACS712ELC-30A
Modul obsahuje svorkovnicu pre pripojenie vodiča, ktorým preteká prúd do série. Modul neobsahuje otvor pre uchytenie PCB. Existujú verzie od iných výrobcov, ktoré obsahujú aj montážne otvory, cena je však vyššia.

INA219
Ďalším z populárnych prúdových senzorov je INA219. Senzor funguje na I2C zbernici a je ho možné použiť na meranie jednosmerného prúdu, aj symetrického. Maximálny prúdový rozsah 0 až +-3.2A pri napätí až +-26V. Senzor meria an princípe úbytku napätie na bočníku 0.1ohm. Výhodou je možnosť využitia viacerých módov, pričom je možné zmenšiť parametra napätie a prúdového rozsahu, čím môžeme dynamicky zvýšiť rozlíšenie merania.

Najlepšie rozlíšenie má tretí mód, ktorý funguje na 16V, 400mA s rozlíšením 0.1mA. Senzor obsahuje na PCB aj plôšky A0, A1, ktoré je možné prepájkovať, čím je možné emulovať inú adresu, hodí sa v prípade využitia viacerých senzorov s jedným Arduinom, čo eliminuje nutnosť využívať I2C multiplexer. Výhoda je tak jednoduchá adresácia na I2C zbernici. Celkovo je tak možné prevádzkovať až 4 senzory INA219. Základná adresa je 0x40, s plôškou A0 0x41, s plôškou A1 0x44, s plôškami A0 a A1 0x45.

INA3221
Ďalším dostupným I2C senzorom z rodiny INA je modul vybavený čipom INA3221, ktorý umožňuje okrem merania prúdu aj meranie napätia - o tom však až nabudúce. Modul je vybavený až trojicou kanálov, na ktorých je možné merať prúd. Na modul sa pripája aj zdroj pre tieto tri kanály, na ktorých budeme vykonávať merania, rozsah napájania je 0-26V. Meranie je opäť na princípe úbytku napätia na bočníku, pričom tu je merateľný prúd limitovaný na úrovni 1.1A. Napájacie napätie modulu je 2.7 až 5.5V.

Obrovskou výhodou modulu s čipom INA3221 je jeho spotreba na úrovni 350μA. Hodí sa do aplikácii prevádzkovaných na batériu. Na druhú stranu nevýhodou je, že modul je dodávaný bez svorkovníc pre CH 1 až 3 kanály a pripojenie zdroja. Modul je vybavený aj plôškami A0, A1, teda je znova možné emulovať až 4 moduly na jednej I2C zbernici. Jednotlivé CH kanály obsahujú vývod CH a GND. To znamená, že spotrebič, na ktorom napätie meriame sa pripája k modulu paralélne - ako k voltmetru, nie do série ako pre ampérmeter.

WCS1700
Pre neinvazívnu metódu meraní je možné použiť aj prúdové senzory s hallovým snímačom, napríklad WCS1700, ktorý je možné použiť na jednosmerný aj striedavý prúd. Senzor obsahuje okrem analógového výstupu aj digitálny výstup, ktorý je možné nastaviť potenciometrom - trimrom. V konkrétnej aplikácii môže slúžiť ako identifikátor prekročenia istej prúdovej hranice.

V programovej implementácii je nutné senzor kalibrovať. Kalibračnú hodnotu je možné získať pri čítaní hodnôt zo senzora naprázdno pre dosiahnutie hodnoty 0mV. Na základe nameranej analógovej hodnoty z analógového výstupu senzora je možné túto hodnotu previesť na milivolty, napríklad funkciou map z rozsahu 0 - 1023 (ADC) na hodnotu 0 - 5000mV a následne s krokom 32mV/A previesť túto hodnotu na ampéry. Zaujímavými sú prúdové hodnoty, ktoré je možné merať. Pre jednosmerný prúd je merací rozsah 0 až +-70A. Nakoľko je ADC prevodník s rozsahom 0-1023 pre meranie prúdu až 70A malý, merania týmto senzorom sú skôr orientačné.

Pre presnejšie merania z jednotlivých senzorov je možné vzorkovať merania a tie priemerovať. Pri využití týchto senzorov so senzormi napätia je možné vyrátať aj výkon spotrebiča.

Prehľad mnou realizovaných projektov: https://arduino.php5.sk

Využitie v aplikáciách:

Meranie prúdu spotrebičov pripojených k batérii

Meranie prúdu zo solárneho panelu

Meranie prúdu z MPPT regulátora

Meranie prúdu v elektronike, moduloch a ďalších senzoroch

Príklad vizualizácie vo finálnej aplikácii:

Zdravým ta martinius96 ,táto tema merania prudu cez arduino ma momentálne dost zaujima .Chcel by som robyt meranie prudu cez arduino uno na LCD 1602 cez Sériové rozhraní IIC_I2C_TWI_SP 1602 s modulom ACS712.Bol by si ochotný my v tomto pomoc .Vopred vdaka

Ahoj, nie je to zložité...
Je dobré si najprv urobiť len meraciu časť s výpisom dát na UART (Sériové rozhranie) a následne vizualizáciu na displej.

Rovno môžeš použiť hotovú časť z https://navody.dratek.cz/navody-k-produktum/proudovy-senzor-acs712.html?fbclid=IwAR1fJ6bah7KNuV7uSyaQB2XqBmchZ0OqnnT3Jg7mlZZKIg5du9xYboJA0yI
POZOR v programe je použitá konštanta 185 - odpovedá senzoru ACS712 s max meraním 5A. Pre 20A použi konštantu 100.
Ďalšie veci v programe sa nemenia, tie ostávajú (5V rozsah, 10-bit ADC prevodník 0 až 1023).

Displej máš s I2C rozhraním, teda potrebuješ v prvom rade získať I2C adresu cez I2C scanner: https://playground.arduino.cc/Main/I2cScanner/
Aby bolo možné do programu implementovať na akej adrese je displej, aby sa s ním dalo komunikovať.
Zapojíš si ho normálne na hardvérové I2C vývody Arduina (u Arduina UNO je to A5 na SCL a A4 na SDA).

Pre ovládanie displeja odporúčam knižnicu: https://github.com/fdebrabander/Arduino-LiquidCrystal-I2C-library
Tá je overená a funkčná s 99.9% displejov aj s tým činskym chipsetom.
Treba ju stiahnuť a importovať do ArduinoIDE (má tam možnosť importovať .zip knižnicu v Manažéri knižníc (pridať knižnicu) čosi take..
Priamo v knižnici sú aj ukážkové implementácie s výpisom textu atď... V podstate len nahradíš text za tvoju premennú, kde budeš mať vypočítanú hodnotu zo senzora ACS712.