Digitale Amperemeter-Schaltung mit pic Mikrocontroller und acs712

Das Messen von Spannung und Strom ist immer hilfreich, wenn Sie ein elektrisches System erstellen oder debuggen. In diesem Projekt werden wir unser eigenes digitales Amperemeter mit dem Mikrocontroller PIC16F877A und dem Stromsensor ACS712-5A herstellen. Dieses Projekt kann sowohl Wechsel- als auch Gleichstrom mit einem Bereich von 0 bis 30 A und einer Genauigkeit von 0,3 A messen. Mit wenigen Änderungen am Code können Sie mit dieser Schaltung auch bis zu 30 A messen. Also lasst uns anfangen !!!

Erforderliche Materialien:

PIC16F877A
7805 Spannungsregler
ACS712 Stromsensor
16 * 2 LCD-Anzeige
Eine Anschlussdose und eine Last (nur zum Testen)
Kabel anschließen
Kondensatoren
Steckbrett.
Stromversorgung - 12V

Funktionsweise des ACS712-Stromsensors:

Bevor wir mit der Erstellung des Projekts beginnen, ist es für uns sehr wichtig, die Funktionsweise des ACS712-Stromsensors zu verstehen, da dieser die Schlüsselkomponente des Projekts darstellt. Das Messen von Strom, insbesondere von Wechselstrom, ist aufgrund des damit verbundenen Rauschens immer eine schwierige Aufgabe. Mit Hilfe dieses von Allegro entwickelten ACS712-Moduls ist es jedoch viel einfacher geworden.

Dieses Modul arbeitet nach dem von Dr. Edwin Hall entdeckten Prinzip des Hall-Effekts. Wenn ein stromführender Leiter in ein Magnetfeld gebracht wird, wird nach seinem Prinzip eine Spannung an seinen Kanten senkrecht zu den Richtungen sowohl des Stroms als auch des Magnetfelds erzeugt. Lassen Sie uns nicht zu tief in das Konzept eintauchen, sondern verwenden einfach einen Hallsensor, um das Magnetfeld um einen stromführenden Leiter zu messen. Diese Messung erfolgt in Millivolt, die wir als Hall-Spannung bezeichnet haben. Diese gemessene Hall-Spannung ist proportional zu dem Strom, der durch den Leiter floss.

Der Hauptvorteil der Verwendung des ACS712-Stromsensors besteht darin, dass er sowohl Wechsel- als auch Gleichstrom messen kann und außerdem eine Isolation zwischen der Last (AC / DC-Last) und der Messeinheit (Mikrocontroller-Teil) bietet. Wie in der Abbildung gezeigt, haben wir drei Pins am Modul, nämlich Vcc, Vout und Ground.

In der 2-poligen Klemmenleiste sollte der stromführende Draht durchgeführt werden. Das Modul arbeitet mit +5 V, daher sollte der Vcc mit 5 V versorgt und die Erdung mit der Erdung des Systems verbunden werden. Der Vout-Pin hat eine Offset-Spannung von 2500 mV. Wenn also kein Strom durch den Draht fließt, beträgt die Ausgangsspannung 2500 mV, und wenn der fließende Strom positiv ist, ist die Spannung größer als 2500 mV, und wenn der fließende Strom negativ ist, beträgt die Die Spannung beträgt weniger als 2500 mV.

Wir werden das ADC-Modul des PIC-Mikrocontrollers verwenden, um die Ausgangsspannung (Vout) des Moduls zu lesen, die 512 (2500 mV) beträgt, wenn kein Strom durch das Kabel fließt. Dieser Wert verringert sich, wenn der Strom in negativer Richtung fließt, und steigt an, wenn der Strom in positiver Richtung fließt. Die folgende Tabelle hilft Ihnen zu verstehen, wie sich die Ausgangsspannung und der ADC-Wert basierend auf dem durch das Kabel fließenden Strom ändern.

Diese Werte wurden basierend auf den Informationen im Datenblatt von ACS712 berechnet. Sie können sie auch mit den folgenden Formeln berechnen:

Vout-Spannung (mV) = (ADC-Wert / 1023) * 5000 Strom durch den Draht (A) = (Vout (mv) -2500) / 185

Jetzt wissen wir, wie der ACS712-Sensor funktioniert und was wir von ihm erwarten können. Fahren wir mit dem Schaltplan fort.

Schaltplan:

Das vollständige Schaltbild dieses digitalen Amperemeter-Projekts ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Der gesamte Stromkreis des digitalen Strommessers arbeitet mit +5 V, der von einem Spannungsregler 7805 geregelt wird. Wir haben ein 16X2-LCD verwendet, um den Wert des Stroms anzuzeigen. Der Ausgangsstift des Stromsensors (Vout) mit dem 7 verbunden ^th Stift des PIC, die die AN4 ist die Analogspannung zu lesen.

Die Pin-Verbindung für den PIC ist in der folgenden Tabelle aufgeführt

S.No:	PIN Nummer	Pin Name	Verbunden
1	21	RD2	RS des LCD
2	22	RD3	E des LCD
3	27	RD4	D4 des LCD
4	28	RD5	D5 des LCD
5	29	RD6	D6 des LCD
6	30	RD7	D7 des LCD
7	7	AN4	Vout des aktuellen Sesnor

Sie können diese digitale Amperemeter-Schaltung auf einem Steckbrett aufbauen oder ein Perf-Board verwenden. Wenn Sie den PIC-Tutorials gefolgt sind, können Sie auch die Hardware wiederverwenden, die wir zum Erlernen von PIC-Mikrocontrollern verwendet haben. Hier haben wir das gleiche Perf-Board verwendet, das wir für das LED-Blinken mit PIC-Mikrocontroller gebaut haben, wie unten gezeigt:

Hinweis: Es ist nicht zwingend erforderlich, dass Sie diese Karte bauen. Sie können einfach dem Schaltplan folgen und Ihre Schaltung auf einer Brotplatine aufbauen und ein beliebiges Dumper-Kit verwenden, um Ihr Programm in den PIC-Mikrocontroller zu kopieren.

Simulation:

Diese Stromzählerkreise kann auch mit Proteus simuliert werden, bevor Sie mit Ihrer Hardware fortfahren. Weisen Sie die Hex-Datei des am Ende dieses Tutorials angegebenen Codes zu und klicken Sie auf die Wiedergabetaste. Sie sollten in der Lage sein, den Strom auf dem LCD-Display zu bemerken. Ich habe eine Lampe als Wechselstromlast verwendet. Sie können den Innenwiderstand der Lampe variieren, indem Sie darauf klicken, um den durch sie fließenden Strom zu variieren.

Wie Sie im obigen Bild sehen können, zeigt das Amperemeter den tatsächlichen Strom, der durch die Lampe fließt, bei etwa 3,52 A, und das LCD zeigt den Strom bei etwa 3,6 A an. Im praktischen Fall kann es jedoch zu einem Fehler von bis zu 0,2 A kommen. Der ADC-Wert und die Spannung in (mV) werden zum besseren Verständnis auch auf dem LCD angezeigt.

Programmierung des PIC-Mikrocontrollers:

Wie bereits erwähnt, finden Sie den vollständigen Code am Ende dieses Artikels. Der Code wird selbst mit Kommentarzeilen erklärt und beinhaltet lediglich das Konzept der Anbindung eines LCD-Bildschirms an den PIC-Mikrocontroller und die Verwendung des ADC-Moduls im PIC-Mikrocontroller, das wir bereits in unseren vorherigen Tutorials zum Erlernen von PIC-Mikrocontrollern behandelt haben.

Der vom Sensor abgelesene Wert ist nicht genau, da sich der Strom abwechselt und auch Rauschen ausgesetzt ist. Daher lesen wir den ADC-Wert 20 Mal und mitteln ihn, um den entsprechenden aktuellen Wert zu erhalten, wie im folgenden Code gezeigt.

Wir haben die gleichen Formeln verwendet, die oben erläutert wurden, um den Spannungs- und Stromwert zu berechnen.

for (int i = 0; i <20; i ++) // Wert 20 Mal lesen {adc = 0; adc = ADC_Read (4); // ADC-Spannung lesen = adc * 4.8828; // Berechne die Spannung wenn (Spannung> = 2500) // Wenn der Strom positiv ist Ampere + = ((Spannung-2500) /18.5); sonst wenn (Spannung <= 2500) // Wenn der Strom negativ ist Ampere + = (((2500-Spannung) / 18,5); } Ampere / = 20; // Durchschnitt des Wertes, der 20 Mal gelesen wurde

Da dieses Projekt auch Wechselstrom lesen kann, ist der Stromfluss ebenfalls negativ und positiv. Das heißt, der Wert der Ausgangsspannung liegt über und unter 2500 mV. Daher ändern wir, wie unten gezeigt, die Formeln für negativen und positiven Strom, damit wir keinen negativen Wert erhalten.

if (Spannung> = 2500) // Wenn der Strom positiv ist Ampere + = ((Spannung-2500) / 18,5); sonst wenn (Spannung <= 2500) // Wenn der Strom negativ ist Ampere + = (((2500-Spannung) / 18,5);

Verwendung eines 30A-Stromsensors:

Wenn Sie einen Strom von mehr als 5 A messen müssen, können Sie einfach ein ACS712-30A-Modul kaufen und es auf die gleiche Weise anschließen und die folgende Codezeile ändern, indem Sie 18.5 durch 0.66 ersetzen, wie unten gezeigt:

if (Spannung> = 2500) // Wenn der Strom positiv ist Ampere + = ((Spannung-2500) / 0,66); sonst wenn (Spannung <= 2500) // Wenn der Strom negativ ist Ampere + = ((2500-Spannung) / 0,66);

Überprüfen Sie auch das 100-mA-Amperemeter mit dem AVR-Mikrocontroller, wenn Sie einen niedrigen Strom messen möchten.

Arbeiten:

Sobald Sie den PIC-Mikrocontroller programmiert und Ihre Hardware vorbereitet haben. Schalten Sie einfach die Last und Ihren PIC-Mikrocontroller ein. Sie sollten in der Lage sein, den Strom zu sehen, der durch das auf Ihrem LCD-Bildschirm angezeigte Kabel fließt.

HINWEIS: Wenn Sie ein ASC7125A-Modul verwenden, stellen Sie sicher, dass Ihre Last nicht mehr als 5 A verbraucht. Verwenden Sie auch Drähte mit höherer Stärke für stromführende Leiter.

Die vollständige Funktionsweise des auf PIC-Mikrocontrollern basierenden Amperemeter-Projekts ist im folgenden Video dargestellt. Ich hoffe, Sie haben das Projekt zum Laufen gebracht und es genossen. Wenn Sie irgendwelche Zweifel haben, können Sie diese im Kommentarbereich unten schreiben oder in unseren Foren veröffentlichen.