AC TRUE RMS VAW-METER

Автор: studiotandem. Опубликовано в Вольтметры

View

Можливості приладу:

- вимірювання напруги у мережі;
- вимірювання струму та потужності навантаження;
- дисплей Nokia5110;
- мікроконтролер ATMEGA8.

 

 

IMG 1

Прилад призначений для вимірювання напруги в мережі 230V, струму (активного та реактивного) та потужності навантаження. Також вимірюється коефіцієнт потужності навантаження у %, який характеризує ефективність споживання потужності від мережі.

IMG 2

Вимірювані величини:
- Напруга 100-275V (XXXV)
- Струм 0-20A (X.XXA до 10A, XX.XA вище 10A)
- Потужність активна (XX.XW до 100W, XX.XkW вище 100W)
- Потужність реактивна (XX.XVA до 100VA, XX.XVA вище 100VA)
- Коефіцієнт потужності (XX.X%) cos φ х100
- Частота (XX.XHz)

Також прилад фіксує мінімальні та максимальні значення вхідної напруги та максимальні значення струму навантаження за проміжок часу. Є можливість обнулити ці дані.

Компоненти:
ATMEGA8, кварц 16MHz, MCP6002 (Rail-to-Rail), TL431, LCD Nokia5110.

Схема:

scheme

Схема складається з таких основних вузлів: БЖ, підсилювач сигналу з шунта, детектор переходу напруги через нуль (zero crossing detector) та блок керування.
БЖ являє собою оригінальне поєднання конденсаторного двополярного блока живлення паралельного типу на двох TL431 та вимірювальної частини, яке дозволяє вимірювати обидві півхвилі сигналу без будь-яких перехідних конденсаторів, що можуть вносити похибку при вимірюванні не гармонійного сигналу. Тобто, вимірювальна частина є «прозорою» як для змінного, так і постійного струму. Пульсацій осцилографом на 20 мВ/клітка майже не помітно. Вимірювання струму для покращення точності проводиться у двох діапазонах (IL - нижній діапазон, IH - верхній діапазон). Сигнал знімається з шунта R30 (0,01 Om) і через захисну ланку (R25, D21-D22) і подається на підсилювачі DA1/1 (IH) та DA1/2 (IL). Коефіцієнт підсилення DA1/1=8.86) а DA1/2=10) і задається резисторами зворотного зв'язку. C23 фільтрує високочастотні завади. ОП повинен обов’язково бути Rail-to-Rail. Сигнал напруги знімається з дільника R31-R32 (коефіцієнт ділення K=1/155). На оптроні OC1 виконаний детектор нуля (сигнал частотою 50Hz та тривалістю фронту 400 мкс.)

Osc 1

Алгоритм вимірів:
Вимірювані величини розраховуються методом TrueRMS на основі трьох параметрів (UF-датчик напруги, IL- датчик струму нижнього діапазону, IH- датчик струму верхнього діапазону) та сиг-налу Zero cross detector. Замірявши ці параметри визначається зсув фази між ними і на основі цього розраховується потужність.
Дільник напруги та резистори, що задають коефіцієнт підсилення датчика струму з точністю 5%. По-дальша корекція програмна з коефіцієнтами здійснюється через меню калібрування.
Операційники підсилювача шунта хоч і працюють при двополярному живленні, але зміщення нуля нікуди не поділося і при великому сумарному підсиленні можуть суттєво впливатимуть на точність. Коливатимуться вони відносно Vss/2 (нашої віртуальної землі). Компенсується зміщення програмно через меню калібрування «Setting I» (параметр Z в розділі) для кожного піддіапазону окремо при налаштуванні приладу. Також можна компенсувати несиметричність живлення Vss/2 (параметр Z) в меню калібрування «Setting U». Там же ж можна підкоригувати коефіцієнти для відповідності вимірів еталонному приладу.

Індикація:
Індикація організована у вигляді основного екрана, на якому відображаються всі параметри.

Screen 0

У зв'язку з тим, що дисплей Nokia5110 невеликого розміру, то для комфортного відображення вимірюваних величин є ще три додаткових екрани (V, A, W).

Screen U

Перемикаються вони кнопкою «Set». Прилад запам’ятовує в якому екрані він знаходиться і після знеструмлення починає роботу з нього.

Пункти меню:
- Setting U
- Setting ILo
- Setting ILo
з параметрами K та Z,
де K це коригуючий коефіцієнт, а Z - корекція зміщення.
Одночасно виводиться поточне значення напруги та струму у потрібному діапазоні.

Керування кнопками:
Кнопка (Set) - в основному режимі перемикає екрани (основний екран - V - A - W). Довге натискання (Set) 5 сек скидає мінімальні та максимальні покази V та A. Для простого керування приладом достатньо буде тільки однієї цієї кнопки.

Для входу в меню калібрування та навігації залучені всі 4 кнопки:
Menu - вхід в меню.
Set - вибір параметра.
- та + - зміна параметра.

Screen Set

Налаштування приладу:
При відсутності помилок при монтажі прилад запускається одразу. В першу чергу слід проконтролювати живлення. Воно повинно бути 5V (2,5V+2,5V) з мінімальними відхиленнями. Тут слід бути уважним !!!, бо воно є двополярним і потрібне чітке усвідомлення як воно організоване.
Якщо вхідний дільник напруги та коефіцієнти підсилення ОП виставлені правильно, то залишається тільки через меню корекції наблизити покази до еталонного приладу.
Струм споживання 35 мА + 5 мА підсвітка LCD Nokia5110. Разом 40 мА

Прилад зібраний на макетній платі, але являє собою цілком закінчену конструкцію.

IMG 3

 

При простоті схеми та доступності компонентів (близько 5$) прилад показав хороші вимірювальні властивості.

Test 1


Тому, що виділено жовтим, довіряти не можна (тестер, яким проводився контроль не True RMS).

Вигляд сигналу датчика струму на активному навантаженні (резистор 5,6к)

Osc 2


Вигляд сигналу датчика струму на не активній навантаженні (LED-лампа 12W)

Osc 3


Ось така різниця відбору потужності з мережі.

Схемотехніка та програмне забезпечення (за що ВЕЛИЧЕЗНА ПОДЯКА Soir) написані з «чистого аркуша».

Файли:
Схема Splan і прошивка.

Fuse:
ATM8_16MHz_Ext
LOW=$DE
HI=$D9
LOCK=$3F

Увага !!! Прилад не має гальванічної розв'язки від мережі !

Досліди та налаштування проводив через на швидку руку зроблену розвязку з двох однотипних трансформаторів з відповідним включенням обмоток.

Якщо є питання - питайте в темі на форумі.

studiotandem
15.02.2022

 

You have no rights to post comments.
Недостаточно прав для комментирования


Warning: session_write_close(): write failed: Disk quota exceeded (122) in /home/sxem/sxem.org/www/libraries/joomla/session/handler/native.php on line 194

Warning: session_write_close(): Failed to write session data (files). Please verify that the current setting of session.save_path is correct (/home/sxem/.system/tmp) in /home/sxem/sxem.org/www/libraries/joomla/session/handler/native.php on line 194