DIY电流传感器 - 2.0

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简介:DIY电流传感器 - 2.0

关于:电子爱好者:喜欢探索应用电子产品和嵌入式系统的领域,激动人员贡献和分享创意。绿色能源爱好者

你好!我希望你们一切都很好,身体健康。这是关于制作自己的当前传感器,它与Arduino和大多数其他广泛流行的微控制器兼容。该项目采用紧凑的设计和基于SMD组件的电路,使得该传感器模块非常紧凑,适用于它的范围。

该电流传感器可以很容易地用于测量高达15安培恒定的电流,甚至可以处理约20个AMPS峰值。我以前使用房屋分流建造了一个分流电流测量模块,但它有几个限制 - 电线很长,这可能不适合小型设备。它还随着时间的推移而生锈,即使在10安培,也可以在更高的电流下加热一个主要缺点。嗯,这个模块在更有效的设计中解决了几乎所有这些问题。

这对我来说是一个很好的学习项目,我希望它对你也一样!

让我们开始吧 :)

与以前的教程一样,详细视频附上于此:

https://youtu.be/fzykn5y9bc.

第1步:收集组件

此构建是一个非常简单的构建,不需要大量的组件。由于它是基于SMD电路,因此需要几个重要的事项来制作PCB。

以下是您需要的所有组件:

  1. LM358通用双运算放大器IC(SMD版)
  2. 2.2千克电阻(222-SMD代码)
  3. 100千出电阻(104-SMD代码)
  4. 1UF SMD电容 - 2
  5. 100NF或0.1UF SMD电容 - 1
  6. 5毫米分流电阻(R005 SMD代码)
  7. 螺钉端子 - 1
  8. 3针男标题 - 1
  9. 万用表
  10. 小块铜包板
  11. 用于蚀刻的氯化铁溶液
  12. 手钻或迷你钻头,位直径为1.2mm和0.8毫米
  13. 在碳粉转移的光泽纸上打印出电路(我将在即将到来的步骤中详细讨论)
  14. 钳子,镊子和其他配件
  15. 用于执行蚀刻工艺的小塑料容器
  16. 细尖烙铁
  17. 优质焊料和助焊剂
  18. 有点耐心焊接SMD组件!

第2步:分流电阻

主要成分,并且可能是该构建中最重要的组成部分是分流电阻。通过该电阻,我们测量小电压下降,然后放大arduino或任何其他微控制器的可测量限制。重要的是,该电阻的值足够小,因为在我们试图测量电流的负载电路中不会产生显着的电压降。毫欧姆的范围内的小阻力也确保总功耗非常小,因此电阻器本身不会加热。对于微控制器直接测量电压降,电压降非常小,因此我们正在使用Opamp作为放大器。

我的电路中使用的分流器具有标签 -R005.这意味着它具有5毫欧元的抵抗力 - 完善我们的使用!

I got this out of an old laptop battery pack but you can easily get it online or from local electronics store.

第3步:一点理论

该main concept of shunt based current measurement system to create a very small voltage drop across the shunt resistor and then to amplify if using suitable amplification techniques whose output can then be measured by a microcontroller or some other data acquisition system.

考虑到分流器的电阻保持相当恒定,可以安全地说,使用欧姆的法律概念(V = I * R),电压降与电流直接成比例。

然后通过配置为非反相放大器的OP-AMP放大该小电压降。从图中可以看出,增益由两个电阻RF和RIN确定。

在我的应用程序中,RF = 100k和Rin = 2.2k,因此我们的收益约为46,根据公式。

请注意,输出分流电阻位于负载和圆形连接之间,正电源直接连接到负载。这种拓扑称为低侧测量。这具有与负载和测量电路共同的接地具有良好的优点,使得分流器上的小电压降相对于地。

第4步:设计电路

考虑到理论,现在是时候设计了一个合适的原理图,然后为同一个创建了PCB布局。

我已经使用了Easy EDA在线软件来设计这个简单的电路,然后导出了我必须打印的布局的PDF,以为墨粉传输方法。

我已经附上了PF,以便您想要使用相同的情况。

第5步:将铜板切割成形状

在完成原理图和布局设计,I exported the layout and printed it to scale such that the print size matches the actual PCB size as intended. This print was then my reference to cut out a small piece of copper board according to size. I marked the boundaries using permanent marker and then cut the copper board using a dremel tool. You can also use a hacksaw.

步骤6:打开氧化物层

Copper when left exposed to air for a long time tends to form a oxide layer which can effect the overall conductivity. it is important that this oxide layer is removed using a very fie sand paper of a scrubber.

轻轻地使用砂纸去除氧化物层。请务必轻轻地做到,因为应用太多的压力会导致实际的铜层消耗,这不是我们想要的。

最后,我们将有一个闪亮的铜包层,如图所示,准备好进行碳粉转移。

第7步:碳粉转移

对于碳粉传输方法,我们实际上需要镜像PCB布局,然后在光泽纸上打印镜像布局。在第一个图像中,您可以看到实际的PCB布局和我们将用于翻转的相应镜像版本,并最终将墨粉墨水转移到铜表面上,使我们再次在电路板上取出原始布局。

将光泽的纸张放在铜板上,并使用铁施加恒定的热量和压力,使所有调色剂墨水转移到铜中。

在水中浸入水中,10分钟后慢慢地剥掉纸上的纸张,只留下铜上的墨水。在不使用任何尖端的物体的情况下轻轻地这样做。

第8步:蚀刻板

现在有墨粉在板上设置,是时候从板上取下了不需要的铜。为此,我将使用流行的氯化铁溶液。

我用了一个小容器并倒入了一点溶液,然后将板浸入溶液中并在那里偶尔将其搅拌10分钟以加速该过程。您可以看到在最后一张图像中蚀刻了不需要的铜。

第9步:清洁电路板

在蚀刻过程之后,需要从铜布局中取出Te墨水,其中我使用了一些丙酮并使用一些棉花轻轻地取出墨水,暴露铜布局。

步骤10:用于THT组件的钻孔孔

我使用的手钻,对于凸形销,螺钉端子为1.2 mm,尺寸为0.8mm。

第11步:焊接组件

通过我们的PCB现在终于完成,让我们走到焊接过程中。如您所知,我已将所有组件放在各自的焊接位置。

不幸的是,我没有热空气站,所以我必须使用铁焊接。这个过程有点棘手,需要耐心。这里的主要目的是有一个细小的焊锡铁,以便允许与SMD引脚良好的接触,但尖端的焊料不足以来要短两个引脚,基本上,尖端更好的结果,你会得到更好的结果。

第12步:完成!

大约15分钟后,焊接过程为SMD组分完成。剩下的只是焊接螺钉端子和带有两种可能取向的头部。一个是焊接在铜侧的焊料,在那里其他选择是将这些组件静成另一边。在此步骤中,这更清晰。我继续前进,并在铜方本身上焊接。这需要一些技能,但保持整体形状因素不错。

步骤13:编码和校准

通过我们的硬件药水器完成,现在是编码微控制器并校准传感器值以提供准确读数的时间。

为了保持简单的事情,我已经使用了我在Arduino IDE中编程的Arduino Nano,以保持简单的事情。您可以轻松地将此代码端口移植到您喜欢的微控制器环境中。

好的,主代码可以分解为以下步骤:

  • 初始化OLED显示屏的库(我已经使用了adafruit库)
  • Configure analog pin 0 as input
  • 从模拟引脚0从OP-AMP的输出读取模拟值
  • 将模拟值乘以校准系数在AMPS(或Milliamps)中获得正确的当前阅读
  • 在OLED显示屏中显示值

Now as we know that the OP-Amp acts as a non inverting amplifier in our circuit and produces a voltage that is proportional to the voltage drop across the shunt. This voltage is then measured using the Arduino's ADC which gives out a number between 0 and 1023 (10 bit resolution of the ADC in arduino). Well this number is certainly not equal to the actual current value so some mathematical manipulation must be done in software to get the accurate value. This is where a万用表来玩。大多数万用表可以准确测量电流高达10放大器,因此可以用作确定我们的参考校准系数。

诀窍是使用小负载以及带有MILTIMETER的电源和我们当前的串联分流器。

因此,万用表可以测量负载消耗的实际电流,并从我们当前的分流模块中测量,我们可以通过Arduino获取相应的模拟值。

校准系数这可以计算为:

校准系数=(arduino的万用表/ analogread值读数)

我们可以将此写为:

当前阅读= analogread值*校准系数这正是我在代码中所做的!

检查这一行:

float val=analogRead(A0);
Float AMP = Val * 0.015426;//这是校准系数

我希望这是有道理的。

第14步:面包板测试测量电话充电电流

使用硬件和软件设置全部完成,剩余的最终事项是测试电流传感器模块的功能和准确性。为此,我使用了12伏电池组和5伏降压转换器模块来为我的手机充电,并最终使用万用表和我们的电流传感器测量充电电流以比较值。OLED屏幕显示Analogread值,也可以在Load的实际电流。您可以在最终图像中看到值与万用表的最终图像。

这个项目取得了成功!

我希望你喜欢这个项目。随意拍摄PCB布局和代码并为自己使用它。如果您有任何建议或疑虑,您可以在下面的评论中发布,我会很乐意回复:)

请观看整个教程视频,以便您对整个项目进行更好的理解,而且在那里,考虑订阅我的YouTube频道:)

直到那时在下一个可指示的地方见到你!

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    14讨论

    1
    MIC100

    7 days ago

    good job thank you :)

    0.
    UTSAV_25.

    15小时前回复

    非常感谢 :)

    1
    Stephanvanb.

    2天前

    很好。我喜欢自己自己做的事实。

    0.
    UTSAV_25.

    15小时前回复

    非常感谢您的反馈!

    1
    罗马斯

    2天前

    Great instructable. Only there is one not very good thing in schematic. Unused operation amplifier in any case can not be left unconnected. Usually not needed amplifier is connected as voltage follower, output connected to -IN (inverted input) and +IN (not inverted input) connected to GND. In your case this unused operation amplifier part can be used as voltage follower for separating main amplifier from arduino input. If amplifier is left unconnected as in your chematic in some cases it can start to oscillate ant make some interference to measurement part. This oscillation can start at some moisture, light, surrounding electrical field values so it is absolutely unpredictable. This oscillation can depends even on how good board is washed after etching:)

    0.
    UTSAV_25.

    15小时前回复

    你好罗马!这是你分享的一些很棒的信息,谢谢!现在我想到它,它可以肯定会在使用音频或射频应用程序时进行差异。肯定会考虑到任何即将到来的项目:)

    1
    privatier

    2天前

    当15安培流过时,分流电阻器需要消散1多个瓦特。较大的SMD电阻器12x6mm具有0.125瓦的典型功率等级;因此,电阻器将非常热,其温度依赖性影响结果的准确性。
    LM358最大偏移为7毫伏,这导致测量值为1.4放大器,电阻为5毫升。
    我建议使用具有更高瓦数和低温系数的电阻,以及具有远低偏移,甚至更好的电流读出放大器的opamp,这是为这种应用而设计的。

    0.
    UTSAV_25.

    15小时前回复

    您好,非常感谢分享此信息。是的,在没有附加负载时,电流的测量有轻微的偏移。最初,我测量了OP-AMP的不负载输出,并在Arduino代码中减去了相同的同样的结果,以获得相当近似的结果,可能是实验它的工作。我会尝试改善电路。关于我暂时使用的散热和功率额定值为15安培的模块,当10安培流过模块时,电阻器就会变暖。我用多米交叉读数,读数非常接近。我不是在这里瞄准非常准确的读数,这对我来说这么多毫安,还有好的。
    再次感谢让我知道!

    1
    Ssadh.

    10天前

    伟大的项目!!!

    0.
    UTSAV_25.

    回复10天前

    非常感谢!

    1
    westjessie

    13天前

    我喜欢这个明确划定的项目。现在就在我身边,但我希望学习如何最终做出所有美妙的Arduino项目。

    与此同时,我是一个专业的沟通者,我注意到一个典型的错字,最常常发生的东西......在标题!见附图。“关闭”(以粗体)应该是“分流”。我有兴趣知道您是否可以在创建它之后编辑指示。

    PS: Years ago I was working in a corporate job and I spent a huge part of my budget on a fancy four-color brochure. The whole thing had to be tossed and re-done when my boss discovered a typo in my title! That’s when I learned that headings and subject lines and titles are the most vulnerable to being overlooked when one proofs a piece of any kind of writing.

    请在此评论中原谅任何拼写错误。可悲的是,教练球(Lolol Siri!你应该感到羞耻!)赋予者在iPhone的动态类型功能上没有发挥得很好。所以我的旧眼睛正试图在一个字体中键入这个整个评论,可以在销的头上蚀刻!

    0.
    UTSAV_25.

    13天前回复

    谢谢你这么多威斯威西!非常感谢您的善良,指出这个错字!快速上看,当我看到它真的看起来非常愚蠢时,现在很容易忽略这一点。
    谢谢你的帮助!我纠正了它

    0.
    RANDOFO.

    16天前

    好的项目!

    0.
    UTSAV_25.

    16天前回复

    非常感谢!