Amperų matavimas su srovės transformatoriumi

Pribrendo laikas  papliurpti apie srovės matavimus. Tiek gudraus namo, tiek DINArduino klone, tiek telemetrijos projektuose naudoju srovės stiprumo matavimo įėjimus. Srovės stiprumo parodymai gali pagelbėti tiek sekant elektros sąnaudas, tiek identifikuojant ar kažkoks įrenginys aplamai dabar dirba ir ar dirba jis korektiškai.

Sensorius

Nuo seno labiausiai paplitęs srovės matavimo būdas yra naudojant šunto rezistorių. Technika labai gana paprasta – apkrovą jungiame per kuo galingesnę varžą, o rezultatus matuojame sekdami įtampos kritimą prieš ir po varžos.  Taip žinodami varžos nominalą galime persiskaičiuoti kiek tuo metu tekėjo srovės. Tačiau yra ir geresnis būdas, ypač aukštoms įtampos srovės matavimas skirtas būdas – panaudojant srovės transformatorių. Srovės transformatorius tai tam tikro dydžio ritė, jos centru pervėrus laidą su tekančia srove ritėje pradedami generuoti proporcingi tenkančiai srovei bei ritės dydžiui įtampa. Šiuo atveju fiziškai prie stebimo laido mes nesame prisijungę tad šis būdas hobistams yra labai patogus.

Interneto parduotuvėse galite įsigyti kelių rūšių CT (angl. current transformer, liet. srovės transformatorius) sensorių. Vieni jų jau turi papildomus elementus stebimam signalui stebėti, o kiti pateikia tik patį srovės transformatorių leisdami galutinį nuskaitomą signalą susiformuoti pačiam. Šiuo metu savo nereikliems poreikiams naudoju štai tokį CTsensorių:

Plačiau apie jį galite pasiskaityti čia. Suprojektuotas jis dirbti prie 5V maitinimo ir analoginiame įėjime turime galimybę nuskaityti srovę nuo 0 iki 5A. Pakeitus RL (dar angliškai vadinamą Burden varža) varžą ir 200Ohm į kokia didesnę matuojamas ribas be problemų galime pakeisti. Pasakoti kaip vyksta srovės transformatoriaus generuojamo signalo konvertavimas labai jau nenoriu tad apie tai pasiskaitykite čia. Mūsų atveju skirtumas tik tas kad šis CT sensorius gražina reikšmes nuo 0 iki 5V nedalindamas įtampos perpus. Tokiu atveju matysime tik viršutinę, teigiama srovės sinusą. Tuo parodysiu kaip ten kas.

Dabar blogoji šio reikalo pusė – deja bet srovės transformatoriai skirti tik AC srovėms matuoti.

Pajungimas

Paprastesnio sensoriaus prijungimo prie stebimo laido tikriausiai ir būti negali – tereikia stebimą laidą perkišti per srovės transformatoriaus centrinę skylę ir viskas:

DIN rail Arduino klonas (techninė įranga V2)

Apžvelgdamas techninę įrangą pirma kartą nesuteikiau jokios informacijos apie schemą ir PCB ne veltui. Viskas tik todėl kad šiuos du dalykus jau buvau pradėjęs keisti. Dabar kai apsistojau su galutiniu sprendimu galiu juo pasidalinti su jumis.

Brauduino + DIN Arduino klonas = DINBrauduino

Pradėsiu pasakojimą nuo pirmo neaiškaus kintamojo įrašo pavadinimo matematikoje. Su Brauduino esu susidūręs prieš pusmetį kuomet grupei vilniečių gaminau kelias jo PCB:

Brauduino trumpai tariant yra alaus gaminimo kontroleris skirtas alui virti. Visas virimo procesas yra kiek galima daugiau automatizuotas ir supaprastinamas. Jis susideda iš originalaus Arduino Uno, ar analogiško arduino, kuris jungimas su savotišku ir gan keistu LCD priedėliu. Labai daug informacijos apie kontrolerio gamybos procesas aprašytas čia: http://www.homebrewtalk.com/f170/braumiser-my-braumeister-inspired-rig-299192/ ir http://aussiehomebrewer.com/topic/59563-mathos-controller/.

Visai nesenai užmačiau tų pačių, mano minėtų, vilniečių vargą gaminat puodus ir tą patį kontrolerį su mano darytom PCB: http://www.atvirasalus.lt/forum/topic.php?id=370 Šaunuoliai! Džiugu ir man prisidėjus prie šio projekto iš dalies 🙂

Dabar kai pasigaminau DIN Arduino kloną sugalvojau kitą sportinį interesą. Kodėl jame nepakurus Brauduino programos? Hardware skirtumai tik keli: LCD čia jungiamas per 4 bitų sąsaja, o mygtukai pajungti tiesiogiai prie A0, A1, A3 ir A4. Nieko tokio, greitai viska pakeisime..

DIN rail Arduino klonas (taisyklės)

Tęsiant DIN įrenginio aprašymo ciklą liko tik aprašyti kaip apsirašomos ir naudojamos taisyklės.  Taisyklės susies įėjimus su išėjimais, t.y. jos tikrins ar įėjimas tenkina taisyklės reikalavimą ir esant tokiai situacijai padarys išėjimą tokį koks numatytas taisyklėje. Viso yra 16 taisyklių kurias dabar pasakosiu kaip konfigūruoju, tikrinu ir pritaikau esant poreikiui.

Struktūra

Taisyklės turi sekančius laukus:

• Įėjimas – daviklio adresas kurį stebime. Kuomet įėjimas yra nulinis laikome kad taisykle nesukonfigūruota ir jos tikrinti nereikia;
• Išėjimas – išėjimas kurį keičiame kuomet įėjimas tenkina taisyklės sąlygas;
• Įėjimo minimali reikšmė – reikšmė nuo kurios taisyklė tenkinama;
• Įėjimo maksimali reikšmė – reikšmė iki kurios taisyklė tenkinama;
• Išėjimo reikšmė – esant teisingai taisyklei nauja išėjimo būsena;

Turime net 16 taisyklių, o tik 8 įėjimus ir 8 išėjimus, ne veltui. Kelios taisyklės gali turėti ne tik tą patį išėjimą, bet skirtingus įėjimus, ar skirtingus įėjimų minimalius ir maksimalius rėžius. Atsiranda galimybė vieną išėjimą valdyti atsižvelgiant į kelis įėjimus, arba dar geriau – išėjimo stiprumą (PWM) valdyti priklausomai nuo įėjimo reikšmės. Apdorojant taisykles jos peržvelgiamos grupėmis pagal išėjimus, taip paeiliui nustatomas galutinis stipriausias išėjimas reikalingas šiam išėjimui.

Apdorojant taisykles programa atlieka tokią seką veikimų (trumpos rodyklės reikškia teigiama atsakymą, o ilgos neigiamą arba veiksmo užbaigimą):

DIN rail Arduino klonas (išėjimai)

Išėjimų aptarimas bus labai trumpas.

Pirmiausia tai mano įtaisas, kaip ir bet kuris kitas Arduino, išėjimams gali generuoti skaitmeninius (on/off) arba PWM impulsinius išėjimus. Viso valdiklyje turime 8 išėjimus iš kurių visi gali būti skaitmeniniais ir 4 iš jų panaudoti galime kaip impulsinius. Bet apie viska iš eilės.

Technika

Išėjimo signalas valdiklyje yra tokios pačios įtampos kaip pagrindinis įrenginio maitinimas. Schemoje panaudota ULN2803 kuri ir konvertuoja Atmega328P signalus. Kiekvienas išėjimo kanalas gali būti apkrautas iki 500mA tik reikia įsitikinti kad tiek sugebės duoti pats maitinimo blokas.

Aš praktikoje beveik visuomet naudoju 12V maitinimą, tad kaip išjimus labai patogu naudoti plačiai paplitusias 12V rėles:

DIN rail Arduino klonas (įėjimai)

Aptarsiu kaip atrodo įėjimai, arba visokie ten sensoriai ir davikliai.

Sensorių rūšių kol kas tikrai nėra daug, kol kas viso labo 10 vienetų. Jie yra sekantys:

• DS18B20 temperatūra;
• DHT11 drėgmė;
• DHT11 temperatūra;
• DHT11 drėgmės ir temperatūros santykis (dew point arba kažkas panašaus);
• Button – trumpalaikis mygtuko/signalo įėjimas;
• Switch – ilgalaikis mygtuko/signalo įėjimas;
• Analog In – analoginės reikšmės nuskaitymas;
• 10K termistoriaus temperatūra;
• Srovės stiprumo sensorius (savadarbis panaudojus srovės tranformatorių);
• Generatoriaus įtampos sensorius (0-600V sekimas);

Įėjimų skaičius gali augti pagal situaciją, atnaujinat programinę įrangą. Techniškai pajungti galima dauguma 5V darbinės įtampos daviklius naudojančius vieną laidą duomenims perduoti.

Techninė dalis

Davikliai, kaip jau minėjau techninės dalies aprašyme, yra jungiami per 3 pin jungtis, kurios turi +5V maitinimą, signalo ir GND jungtis. Pati jungtis davikliai lengvai ištraukiama. Keli pvz.:

Šiuo atveju ėmiau ir sujungiau DS18B20 ir DHT11 tiesiai prie kištuko. Liko tik pajungti šiuos sensorius į kontrolerio gale esančius įėjimų lizdus:

DIN rail Arduino klonas (menių ir valdymas)

Prieš pradėdamas įrašus apie šio įrenginio išėjimus ir išėjimus turiu pirmiausiai pakalbėti apie tai kaip abstrakčiai atrodo vartotojo sąsaja. Pirmoje vietoje štai pasidalinsiu atnaujintu DIN korpuso vaizdeliu kuriame priklijavau šiokias tokias instrukcijas vartotojui:

Išvaizda neįmantri. Atsirado mygtukų paaiškinimai, įėjimų ir išėjimų adresavimas bei maitinimo poliariškumo nurodymai.

Dabar pereisiu prie savo programos. Trumpame filmuke pamatysite kaip veikia pradinis variantas:

DIN rail Arduino klonas (techninė įranga)

Paskutiniai du projektai su kuriais dirbu paskatini sukurti valdiklio techninę įrangą kurią būtų patogu naudoti įvairiais tikslais. Arduino įvairiais variantais yra super reikalas, bet ne visada patogu dėlioti laidukus pajungiant įėjimus bei išėjimus, tenka ieškoti rėmo jam ir panašiai. Taip dažnai iškyla kaina nes reikia pirktis pati Arduino, kelis skydelius jam.. Taigi kodėl nepadarius kažko universalaus, o kas yra labiau universalu nei DIN bėgiuose montuojami moduliai? Pristatau savo naujausia gaminį: