Sensor Arus DIY untuk Arduino: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Halo, harap Anda baik-baik saja dan dalam tutorial ini saya akan menunjukkan kepada Anda bagaimana saya membuat sensor arus untuk Arduino menggunakan beberapa komponen elektronik yang sangat dasar dan shunt buatan sendiri. Shunt ini dapat dengan mudah menangani arus yang besar, sekitar 10-15 Amps. Akurasinya juga cukup bagus dan saya bisa mendapatkan hasil yang sangat baik saat mengukur arus rendah sekitar 100mA.

Perlengkapan

1. Arduino Uno atau yang setara dan kabel pemrograman
2. OP-Amp LM358
3. Kabel jumper
4. Resistor 100 KOhm
5. Resistor 220 KOhm
6. Resistor 10 Kohm
7. Veroboard atau papan PCB Nol
8. Shunt (8 hingga 10 miliohm)

Langkah 1: Mengumpulkan Bagian yang Diperlukan

Bagian utama yang Anda perlukan untuk membangun ini adalah Shunt bersama dengan IC penguat operasional. Untuk aplikasi saya, saya menggunakan IC LM358 yang merupakan IC DIP OP-AMP ganda 8 pin yang saya gunakan hanya satu penguat operasional. Anda juga akan membutuhkan resistor untuk rangkaian penguat Non-pembalik. Saya telah memilih 320K dan 10K sebagai resistensi saya. Pilihan resistensi Anda sepenuhnya tergantung pada jumlah keuntungan yang Anda inginkan. Sekarang OP-AMP sedang ditenagai oleh 5 volt Arduino. Jadi kita perlu memastikan bahwa tegangan keluaran dari OP-AMP ketika arus penuh melewati shunt harus kurang dari 5 volt, sebaiknya 4 volt untuk menjaga margin kesalahan. Jika kita memilih gain yang cukup tinggi maka untuk nilai arus yang lebih rendah, OP-AMP akan masuk ke daerah saturasi dan hanya memberikan 5 volt di luar nilai arus. Jadi pastikan untuk memilih nilai gain amplifier dengan tepat. Anda juga memerlukan PCB atau papan tempat memotong roti untuk mencoba sirkuit ini. Untuk mikrokontroler saya menggunakan Arduino UNO untuk mendapatkan input dari output amplifier. Anda dapat memilih papan Arduino setara yang Anda inginkan.

Langkah 2: Membuat Resistor Shunt Anda Sendiri

Inti utama dari proyek ini adalah resistor shunt yang digunakan untuk memberikan penurunan tegangan yang kecil. Anda dapat dengan mudah membuat shunt ini tanpa banyak kerumitan. Jika Anda memiliki kawat baja padat yang tebal maka Anda dapat memotong panjang yang wajar dari kawat itu dan dapat digunakan sebagai shunt. Alternatif lain untuk ini adalah untuk menyelamatkan resistor shunt dari multi meter tua atau rusak seperti yang ditunjukkan di sini. Rentang arus yang ingin Anda ukur sangat tergantung pada nilai resistor shunt. Biasanya Anda dapat menggunakan shunt dalam urutan 8 hingga 10 miliohm.

Langkah 3: Diagram Sirkuit Proyek

Berikut adalah seluruh teori sebagai musim panas dan juga diagram sirkuit dari modul sensor saat ini yang menunjukkan implementasi konfigurasi non-pembalik dari OP-AMP yang memberikan penguatan yang diperlukan. Saya juga memasang kapasitor 0.1uF pada keluaran OP-AMP untuk menghaluskan tegangan keluaran dan mengurangi kebisingan frekuensi tinggi jika hal itu mungkin terjadi.

Langkah 4: Menyatukan Semuanya…

Sekarang akhirnya saatnya membuat modul sensor saat ini keluar dari komponen-komponen ini. Untuk ini saya memotong sepotong kecil veroboard dan mengatur komponen saya sedemikian rupa sehingga saya dapat menghindari penggunaan kabel atau konektor jumper dan seluruh rangkaian dapat dihubungkan menggunakan sambungan solder langsung. Untuk sambungan beban melalui shunt, saya menggunakan terminal sekrup, yang membuat sambungan jauh lebih rapi dan pada saat yang sama membuatnya lebih mudah untuk mengganti/mengganti beban yang berbeda yang ingin saya ukur arusnya. Pastikan Anda memilih terminal sekrup berkualitas baik yang mampu menangani arus besar. Saya telah melampirkan beberapa gambar proses penyolderan dan seperti yang Anda lihat, jejak solder keluar dengan cukup baik tanpa menggunakan jumper atau konektor kawat. Ini membuat modul saya lebih tahan lama. Untuk memberi Anda gambaran tentang seberapa kecil modul ini, saya menyimpannya bersama dengan koin 2 rupee India dan ukurannya hampir sebanding. Ukuran kecil ini memungkinkan Anda untuk memasukkan modul ini ke dalam proyek Anda dengan mudah. Jika Anda dapat menggunakan komponen SMD, ukurannya bahkan dapat dikurangi.

Langkah 5: Mengkalibrasi Sensor untuk Memberikan Pembacaan yang Benar

Setelah konstruksi seluruh modul, inilah bagian yang sedikit rumit, mengkalibrasi atau lebih tepatnya menghasilkan kode yang diperlukan untuk mengukur nilai arus yang benar. Sekarang pada dasarnya kita mengalikan penurunan tegangan shunt untuk memberi kita tegangan yang diperkuat, cukup tinggi untuk fungsi analogRead () Arduino untuk mendaftar. Sekarang resistansi menjadi konstan, tegangan output linier sehubungan dengan besarnya arus yang melewati shunt. Cara mudah untuk mengkalibrasi modul ini adalah dengan menggunakan multimeter yang sebenarnya untuk menghitung nilai arus yang melewati rangkaian yang diberikan. Perhatikan nilai arus ini, menggunakan arduino dan fungsi monitor serial, lihat berapa nilai analog yang akan datang (mulai dari 0 hingga 1023. Gunakan variabel sebagai tipe data float untuk mendapatkan nilai yang lebih baik). Sekarang kita dapat mengalikan nilai analog ini dengan konstanta untuk mendapatkan nilai arus yang kita inginkan dan karena hubungan antara tegangan dan arus adalah linier, konstanta ini akan hampir sama untuk seluruh rentang arus, meskipun Anda mungkin harus melakukan beberapa hal kecil. penyesuaian di kemudian hari. Anda dapat mencoba dengan 4-5 nilai arus yang diketahui untuk mendapatkan nilai konstan Anda. Saya akan menyebutkan kode yang saya gunakan untuk demonstrasi ini.

Langkah 6: Kesimpulan Akhir

Sensor arus ini bekerja cukup baik di sebagian besar aplikasi bertenaga DC dan memiliki kesalahan kurang dari 70 mA jika dikalibrasi dengan benar. Namun ada beberapa keterbatasan desain ini, pada arus yang sangat rendah atau sangat tinggi, penyimpangan dari nilai sebenarnya menjadi signifikan. Jadi beberapa modifikasi kode diperlukan untuk kasus batas. Salah satu alternatifnya adalah dengan menggunakan penguat Instrumentasi, yang memiliki sirkuit presisi untuk memperkuat tegangan yang sangat kecil dan juga dapat digunakan di sisi tinggi sirkuit. Juga sirkuit dapat ditingkatkan dengan menggunakan OP-AMP kebisingan rendah yang lebih baik. Untuk aplikasi saya ini berfungsi dengan baik dan memberikan output yang dapat diulang. Saya berencana membuat wattmeter, dimana saya akan menggunakan sistem pengukuran arus shunt ini. Semoga kalian menikmati build ini.