การวัดแรงดันไฟหลัก AVR: การตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ การวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์

มักจำเป็นต้องวัดกำลังของอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดใดชนิดหนึ่ง นอกจากนี้บางครั้งก็มีประโยชน์ที่จะรู้ทั้งกระแสโหลด I และแรงดันไฟฟ้า U พร้อม ๆ กันและไม่ใช่แค่กำลัง (ไม่สำคัญว่าอันไหน) แต่ยังรวมถึง P ทั้งหมดและ S ที่ใช้งานอยู่ด้วย (พวกเขามักจะสับสนและมัน ไม่ได้ชี้แจงเสมอไปว่าอันไหนมีความหมายไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง) นอกจากนี้ ในบางกรณี จำเป็นต้องทราบตัวประกอบกำลังของเครือข่ายเท่ากับ P/S (หรือที่รู้จักในชื่อโคไซน์ φ (phi) - มุมเฟสระหว่างแรงดันและกระแส) กำลังรีแอกทีฟ Q และ φ เอง

คำอธิบายเกี่ยวกับคำศัพท์ทางไฟฟ้าและรากฐานทางทฤษฎีเชิงลึกนั้นอยู่นอกเหนือขอบเขตของบทความนี้ ทั้งหมดนี้สามารถพบได้ในแหล่งข้อมูลเฉพาะทาง เช่น หนังสือเรียนเกี่ยวกับ TOE (ตัวอย่าง) และสิ่งพิมพ์จำนวนหนึ่งบนอินเทอร์เน็ต

มัลติมิเตอร์แบบธรรมดาไม่สามารถแก้ไขปัญหาข้างต้นได้ เพราะ... ด้วยการวัดกระแสโหลดและแรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายพร้อมกัน (ด้วยเครื่องมือ 2 ชิ้น) เราก็สามารถรับได้เพียง S=UI เท่านั้น และพารามิเตอร์อื่นๆ ทั้งหมดยังคงไม่สามารถเข้าถึงได้ เนื่องจาก คุณและฉันคนเดียวไม่เพียงพอที่จะคำนวณพวกมัน

โซลูชั่นที่มีอยู่

เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้มีอุปกรณ์พิเศษ - วัตต์มิเตอร์และมิเตอร์โวลต์ - แอมแปร์ - เฟสสากล แต่เนื่องจาก เนื่องจากเป็นอุปกรณ์พิเศษไม่ใช่อุปกรณ์ใช้งานทั่วไปจึงหาค่อนข้างยากและบางครั้งก็ไม่ถูก นอกจากนี้อุปกรณ์ดังกล่าวไม่ได้แสดงพารามิเตอร์ทั้งหมดพร้อมกันเสมอไป มีการออกแบบที่เรียบง่ายและราคาถูกบนอินเทอร์เน็ต แต่มีการออกแบบที่เชี่ยวชาญเป็นพิเศษ (เช่น วัดได้เพียง φ เท่านั้น)

ตัวอย่างหนึ่งของการใช้ AVR MK นั้น Atmel เผยแพร่คำอธิบายของการออกแบบมิเตอร์ไฟฟ้าบางตัวตามฐานองค์ประกอบที่สามารถเข้าถึงได้ - แต่ผลิตภัณฑ์นี้ไม่ค่อยเหมาะที่จะเป็นเครื่องมือวัดเพราะ... แสดงเฉพาะกำลังไฟฟ้าที่ใช้ไปของมิเตอร์ไฟฟ้าแบบมีล้อพร้อมตัวเลข (คล้ายกับมิเตอร์ไฟฟ้าในครัวเรือน)

ผู้เขียนบทความสามารถค้นหาอุปกรณ์ที่เป็นสากลบนอินเทอร์เน็ตได้ - นี่คือวัตต์มิเตอร์ที่สร้างขึ้นบน ATMega8 MCU ซึ่งวัดพารามิเตอร์ข้างต้นทั้งหมด แต่จากการวิเคราะห์โดยละเอียดพบว่าอุปกรณ์มีข้อบกพร่องหลายประการซึ่งบางส่วนได้สรุปไว้ในบทความนั้น นอกจากนี้ยังมีการกล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่างด้วย

บริษัทนำเสนอวงจรไมโครวงจรวัดไฟฟ้าต่างๆ (IC เครื่องวัดพลังงาน) ซึ่งออกแบบมาสำหรับการสร้างมิเตอร์ไฟฟ้าและแก้ไขปัญหาการวัดทางไฟฟ้าอื่นๆ ไม่แพงมากมีเอกสารทางเทคนิคโดยละเอียดและตัวอย่างการใช้งานร่วมกับไมโครคอนโทรลเลอร์ต่างๆ แต่น่าเสียดายที่ไมโครวงจรเหล่านี้ไม่ได้มีอยู่ทุกหนทุกแห่งและไม่สามารถใช้ได้เสมอไป (บางครั้งก็ง่ายกว่าที่จะพบว่ามีการเลิกใช้งานหรือแตกหักเล็กน้อย) มิเตอร์ไฟฟ้าที่มี -ไมโครเซอร์กิตมากกว่าไมโครเซอร์กิตเอง) ซึ่งสำหรับผู้เขียนบทความเป็นสาเหตุหลักในการปฏิเสธที่จะใช้ในอุปกรณ์ที่นำเสนอ

ในเวลาเดียวกันงานทั้งหมดที่อธิบายไว้ข้างต้นนั้นค่อนข้างยากสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR ธรรมดาซึ่งมีราคาไม่แพงมากและบางครั้งก็ถูกกว่าไมโครวงจรจาก AD ยิ่งไปกว่านั้น ในการสร้างอุปกรณ์ตรวจวัดแบบสากล คุณยังคงไม่สามารถทำได้หากไม่มี MK และส่วนประกอบอื่นๆ

วิธีการวัดแรงดันไฟฟ้า/กระแส กำลัง และความถี่ที่แปรผันได้

ก่อนที่จะพิจารณาการออกแบบอุปกรณ์นั้นจำเป็นต้องคำนึงถึงแง่มุมทางทฤษฎีบางประการของการวัดแรงดันไฟฟ้าตัวแปรกระแสและพารามิเตอร์อื่น ๆ ของเครือข่ายไฟฟ้า
ให้เราทราบทันทีว่าเราจะวัดค่ารากกำลังสองเฉลี่ยของแรงดันและกระแสเนื่องจากค่าเหล่านี้สอดคล้องกับค่าที่มีประสิทธิภาพตามปกติมากที่สุด - .

สัญญาณใด ๆ จะต้องทำให้เป็นมาตรฐานก่อนการวัด - เช่น นำมาสู่ช่วงที่อนุญาตและพารามิเตอร์อื่น ๆ ของหน่วยการวัดที่ใช้ ในวงจรของเรา หน่วยวัดเป็น ADC ที่รวมอยู่ใน AVR MK ซึ่งสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าได้ในช่วง 0-5V การใช้แรงดันไฟฟ้าอื่นๆ (ค่าลบหรือสูงกว่า 5V) จะทำให้เกิดความล้มเหลวเฉพาะ ADC เท่านั้น และในกรณีที่เลวร้ายที่สุด MK ทั้งหมด

การวัดแรงดันไฟหลัก AC ประกอบด้วย 2 จุด:

1. “ใส่ที่ไหนสักแห่ง” ครึ่งคลื่นลบของคลื่นไซน์เพราะว่า มันไม่อยู่ในช่วง ADC
2. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่าสูงสุด (แอมพลิจูด) ของครึ่งคลื่นบวกไม่เกิน 5V

ในกรณีที่ง่ายที่สุด ทั้งสองจุดจะได้รับการแก้ไขโดยไดโอดและตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม (คุณสามารถใช้ตัวต้านทานธรรมดาร่วมกับโพเทนชิออมิเตอร์แบบหลายรอบเพื่อทำให้การตั้งค่าง่ายขึ้น)
ไดโอดที่เชื่อมต่ออย่างถูกต้องมีบทบาทเป็นวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น และตัดครึ่งคลื่นเชิงลบออก เพื่อป้องกันไม่ให้ผ่านเข้าไปในวงจรต่อไป

ตัวแบ่งจะลด (สเกล) แรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในช่วงที่ต้องการ ควรเลือกค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งตามไม่ใช่ตามมาตรฐาน 220V แต่อย่างน้อยก็ที่ 260V เพราะ แรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายนั้นไม่ค่อยมี 220V มากนัก ซึ่งมักจะผันผวนภายในขีดจำกัดที่กำหนด และนอกจากนี้ มักมี "ไฟกระชาก" ในระยะสั้น (ไฟฟ้าแรงสูง) และ "ลดลง" (ไฟฟ้าแรงต่ำ)

วงจรนี้เรียบง่ายราคาถูกเชื่อถือได้และมีความแม่นยำเพียงพอซึ่งเป็นผลมาจากการใช้โวลต์มิเตอร์ AC ส่วนใหญ่ทั้งแบบดิจิตอลและอนาล็อก อุปกรณ์ยังทำงานบนหลักการนี้ด้วย

เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าจริง จำเป็นต้องคูณแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ที่อินพุตของ ADC ด้วยตัวหารของตัวหารและด้วย 2 เพื่อ "ชดเชย" สำหรับไดโอดครึ่งคลื่นลบที่ถูกตัดออก
ข้อเสียของแนวทางนี้มีดังต่อไปนี้:

1. มีเพียงไดโอดในอุดมคติเท่านั้นที่จะตัดแรงดันไฟฟ้าครึ่งคลื่นลบที่ระดับศูนย์ ไดโอดจริงจะเปิดช้ากว่าเล็กน้อยที่แรงดันไฟฟ้า +0.4..+1V เหล่านั้น. เราจะสูญเสียส่วนหนึ่งของครึ่งคลื่นเชิงบวกเสมอ
2. การคูณด้วย 2 เมื่อคำนวณแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพจริงจะใช้ได้กับไซน์ซอยด์จริงเท่านั้นเช่น เมื่อครึ่งคลื่นลบมีความสมมาตรอย่างแน่นอนกับครึ่งคลื่นบวกในช่วงเวลาเดียวกัน ในเครือข่ายพลังงานจริง เมื่อมีการรบกวน โหลดปฏิกิริยา และปัจจัยอื่นๆ มากมาย เราสามารถพูดได้ว่าครึ่งหนึ่งของไซนัสอยด์โดยทั่วไปจะไม่สมมาตร ดังนั้นการคูณด้วย 2 จึงมีข้อผิดพลาดเพิ่มเติมซึ่งไม่สามารถประมาณได้อย่างน่าเชื่อถือ (และนำมาพิจารณาด้วย)

อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขของแอมพลิจูดที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาและค่าแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ ข้อผิดพลาดเหล่านี้สามารถถูกละเว้นได้

มีอีกวิธีหนึ่งในการวัดแรงดันไฟฟ้า - "ปรับ" คลื่นไซน์ทั้งหมดให้อยู่ในช่วง 0..+5V ในการทำเช่นนี้คุณต้อง "เพิ่ม" ลงครึ่งหนึ่งของช่วง ADC (เช่น +2.5 V) และปรับตัวแบ่งเพื่อให้ไซนัสอยด์ทั้งหมดอยู่ระหว่าง 0 ถึง +5 V

ในกรณีนี้ ข้อเสียทั้งสองจะหมดไป - ไม่จำเป็นต้องใช้ไดโอด และ ADC จะวัดแรงดันทั้งสองครึ่งคลื่นด้วย "คุณสมบัติ" ทั้งหมด ในการคำนวณเพิ่มเติม จำเป็นต้องคำนึงถึง +2.5V ที่เพิ่มโดยวงจรด้วย แต่ด้วยความช่วยเหลือของซอฟต์แวร์ไมโครคอนโทรลเลอร์ (คอมพิวเตอร์) สิ่งนี้ทำได้ง่ายมาก
ข้อเสียเดียวที่มองเห็นได้ของวิธีนี้คือค่าสัมประสิทธิ์การหาร เพิ่มขึ้น 2 เท่า (เนื่องจากเราป้อนทั้งสองครึ่งคลื่น ไม่ใช่แค่คลื่นเดียว) ซึ่งเพิ่มข้อผิดพลาดในการวัด แต่อีกครั้งภายใต้เงื่อนไขของแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาในแอมพลิจูดและค่า สิ่งนี้จะไม่นำไปสู่ข้อผิดพลาดที่เห็นได้ชัดเจน

มีวิธีแก้ปัญหาวงจรอย่างน้อยสองวิธีสำหรับวิธีนี้ - ตัวแบ่งและตัวเก็บประจุ เช่นเดียวกับไดรเวอร์ในและจุดกึ่งกลางที่ใช้ในวงจรของอุปกรณ์ที่นำเสนอ (+2.5V เดียวกัน) บน op-amp
แต่ตัวแบ่งไม่ได้ให้การแยกกระแสไฟฟ้าของเครือข่ายที่วัดและอุปกรณ์ของเรา สิ่งนี้สร้างความไม่สะดวกหลายประการ

ดังนั้น ต้องใช้อุปกรณ์ที่ไม่มีการแยกกระแสไฟฟ้าด้วยความระมัดระวังอย่างยิ่ง ไม่สามารถต่อสายดินได้ ส่วนประกอบของวงจรทั้งหมดจะต้องแยกออกจากสิ่งแวดล้อมอย่างระมัดระวัง และต้องใช้ความระมัดระวังอื่นๆ นอกจากนี้ หากเราต้องการถ่ายโอนผลการวัดไปที่ใดที่หนึ่ง เช่น ไปยังพีซี เราจะไม่สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ของเราได้โดยตรง เช่น ไปยังพอร์ต COM ผ่านตัวแปลงประเภท MAX232 แบบธรรมดา ในการดำเนินการนี้ คุณจะต้องแยกสายการสื่อสารทั้งหมดออก เช่น กับออปโตคัปเปลอร์ ฯลฯ

เพื่อเอาชนะข้อเสียเปรียบนี้ คุณสามารถวางหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์ปกติไว้ด้านหน้าตัวแบ่ง (เช่นเดียวกับในแหล่งจ่ายไฟ) และขั้นแรกให้ปรับค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งให้พอดีกับไซน์ซอยด์ในช่วง ADC นี่เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ใช้ในอุปกรณ์ที่นำเสนออย่างแน่นอน

โดยสรุป เรานำเสนอสูตรสำหรับการคำนวณค่าแรงดันไฟฟ้ากำลังสองเฉลี่ยราก: โดยที่ N คือจำนวนการวัดต่อคาบ (ความถี่ในการสุ่มตัวอย่าง) คุณ คือการวัดแรงดันไฟฟ้าทันที K คือสัมประสิทธิ์โดยคำนึงถึงตัวแบ่งและหม้อแปลงไฟฟ้า
การวัดสามารถทำได้ทั้งในช่วงระยะเวลาหนึ่งและหลายช่วงระยะเวลาโดยมีค่าเฉลี่ยตามมา หากเราไม่ได้พูดถึงโครงสร้างอาคารเช่นออสซิลโลสโคป การเฉลี่ยจะดีกว่าเพราะว่า โดยปกติแล้วจะเป็นค่าเฉลี่ยที่น่าสนใจ ไม่ใช่ค่าที่เกิดขึ้นทันที

การวัดปัจจุบัน.
ไม่มี ADC เพียงอย่างเดียวที่สามารถวัดกระแสเช่นนี้ได้ ADC วัดเฉพาะแรงดันไฟฟ้าเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องแปลงกระแสเป็นแรงดัน วัดแรงดันนี้ และแปลงกลับเป็นกระแส
วิธีที่ง่ายที่สุดในการแปลงกระแสเป็นแรงดันคือ shunt โดยพื้นฐานแล้วคือตัวต้านทานความต้านทานต่ำที่ทรงพลัง Rsh กระแสโหลดที่ไหล In จะสร้างแรงดันตกคร่อม Ush คร่อมตัวต้านทาน ซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าของ In เมื่อทราบความต้านทานแบบแบ่ง โดยใช้กฎของโอห์ม เราสามารถคำนวณกระแสโหลดได้: In=Ush/Rsh แอมป์มิเตอร์ส่วนใหญ่ทั้งแบบพอยน์เตอร์และแบบดิจิตอลนั้นใช้การแบ่งส่วน

วิธีนี้ง่ายมาก เข้าใจได้ และราคาถูก นอกจากนี้ โหนดดังกล่าวมีลักษณะเป็นเส้นตรงโดยสมบูรณ์ (ความเท่าเทียมกัน In=Ush/Rsh ถูกสังเกตตลอดช่วงกระแสการทำงานทั้งหมด) และไม่มีส่วนประกอบที่ทำปฏิกิริยาใดๆ เนื่องจาก ตัวต้านทานเป็นองค์ประกอบที่ทำงานอยู่ 100%
แต่นอกจากความเรียบง่ายและต้นทุนต่ำแล้ว วงจรแบบ shunt-based ยังมีข้อเสียหลายประการ:

ข้อเสีย 2, 3 และ 4 นั้นร้ายแรงมาก พวกเขาสามารถนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ร้ายแรงมาก (ความเสียหายต่ออุปกรณ์, ไฟฟ้าช็อต ฯลฯ ) นั่นคือสาเหตุที่แอมป์มิเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายทุกตัวมีสัญญาณเตือนที่มีความหมายว่า “วัดกระแสสูง (10A ขึ้นไป) เป็นเวลาไม่เกิน 10-20 วินาที”
การออกแบบมีพื้นฐานมาจากการแบ่งซึ่งหมายความว่ามีข้อเสียทั้งสี่ประการ

อีกวิธีหนึ่งในการวัดกระแสคือการใช้หม้อแปลงกระแส (CT) หม้อแปลงดังกล่าวเป็นขดลวดซึ่งมีเกลียวลวดหลายรอบ (1-3) รอบซึ่งจ่ายไฟให้กับโหลด ใน CT อุตสาหกรรมที่ทรงพลัง แทนที่จะใช้การหมุนลวด จะใช้บัสบาร์โลหะหนา (แผ่น) หลักการทำงานของ CT นั้นเหมือนกับของหม้อแปลงทั่วไป - สนามแม่เหล็กไฟฟ้าของกระแสของตัวนำขดลวดปฐมภูมิ (I1, กระแสโหลด, In) เหนี่ยวนำกระแส (I2) ในขดลวดทุติยภูมิตามสัดส่วน ใน. นั่นคือ I2=ใน*K, K – ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนปัจจุบัน (ค่าเป็นมาตรฐาน – 1:500, 1:1000 เป็นต้น) ถัดไป กระแสไฟฟ้านี้จะถูกแปลงโดย shunt Rb เป็นแรงดันไฟฟ้า ซึ่งสามารถวัดได้ด้วยโวลต์มิเตอร์แบบธรรมดา (หรือ ADC) แล้วแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้า เพราะ กระแสขดลวดทุติยภูมินั้นมีขนาดเล็กมากเสมอ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีการสับเปลี่ยนที่ทรงพลังมากที่นี่ และพวกมันจะไม่ไหม้เนื่องจากพวกมันทำงานที่กำลังสูงสุด

สำหรับ CT ที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับกระแสสูงถึง 25A โดยปกติแล้วกำลังของตัวต้านทานแบบแบ่งจะอยู่ที่ 0.125 W เท่านั้น และนี่คือตัวต้านทานแบบธรรมดาที่เข้าถึงได้ง่ายสำหรับการใช้งานอย่างแพร่หลาย ไม่ใช่ชิ้นส่วนพิเศษที่หายากและหายาก

การคำนวณกระแสโหลดเมื่อใช้ CT มีรูปแบบ: In=I2/K I2=U2/(Rb+R2) โดยที่ U2 คือแรงดันไฟฟ้าบนสับเปลี่ยน Rb, R2 คือความต้านทานของขดลวดทุติยภูมิ ดังนั้น ใน = U2/(K*(Rb+R2)) โดยพื้นฐานแล้วกฎของโอห์มเดียวกัน
คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ CT และหลักการทำงานได้ในบทความเฉพาะทาง เช่น ใน

ข้อได้เปรียบหลักของ TT เหนือการแบ่ง:

1. การแยกกัลวานิก
2. ความเป็นไปได้ในการวัดกระแสขนาดใหญ่ (เช่น อุตสาหกรรม 500A)
3. ขดลวดที่หักไม่ทำให้วงจรการวัดส่วนที่เหลือเสียหาย
4. CT แทบไม่เกิดการบิดเบือนในวงจรที่วัดได้ เนื่องจากการพันขดลวดปฐมภูมินั้นต้องใช้ลวดหลายรอบ และการเหนี่ยวนำของขดลวดนั้นต่ำมาก ใน CT ทางอุตสาหกรรมที่ทรงพลัง ไม่มีการเลี้ยวเพียงไม่กี่รอบ มีเพียงลวดทรงพลังหนาเส้นเดียวที่ร้อยผ่านขดลวดหรือบัสบาร์

แต่มีข้อเสียหลายประการ:

1. CT มีราคาแพงกว่าตัวต้านทานแบบแบ่งมาก
2. ในบางกรณี CT จะสร้างการเปลี่ยนเฟสในกระแสเอาต์พุตที่สัมพันธ์กับอินพุต
3. การแตกหักของขดลวดทุติยภูมิทำให้เกิดความเหนื่อยหน่าย (สร้างความเสียหายให้กับ CT เอง) และทำให้เกิดการบิดเบือนพารามิเตอร์ของวงจรที่วัดได้
4. ในช่วงกระแสขนาดใหญ่ CT จะไม่เป็นเชิงเส้น เช่น K ข้างต้นไม่ใช่ค่าคงที่ นี่เป็นผลโดยตรงของฮิสเทรีซิสแม่เหล็กของแกนหม้อแปลง สิ่งนี้สามารถชดเชยได้โดยการแบ่งช่วงกระแสที่วัดทั้งหมดออกเป็นส่วนๆ (ช่วงย่อย) และใช้ K ที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละช่วงย่อย นอกจากนี้ ยังมี CT ที่มีแกนที่ทำจากโลหะผสมพิเศษต่างๆ ที่มีฮิสเทรีซิสต่ำ

วิธีการอื่นในการวัดกระแสและประเภทของ CT จะไม่ได้รับการพิจารณาที่นี่ มีบทวิจารณ์และบทความเกี่ยวกับหัวข้อนี้มากมายเช่น

อุปกรณ์ที่นำเสนอใช้ CT เพื่อจัดให้มีการแยกกระแสไฟฟ้าจากเครือข่ายที่วัดได้
สูตรการคำนวณค่ากระแส rms เกือบจะเหมือนกับค่าแรงดันไฟฟ้า

การวัดพลังงานแอคทีฟและรีแอกทีฟ .
จาก TOE () เป็นที่ทราบกันดีว่ากำลังงานที่ใช้งานของโหลดนั้นคำนวณเป็นผลรวมของผลิตภัณฑ์ของแรงดันและกระแสทันทีในช่วงเวลาความถี่หนึ่ง: . ในอุปกรณ์การวัดแบบดิจิทัลจะไม่คำนวณปริพันธ์ดังนั้นสูตรนี้จึงอยู่ในรูปแบบ: โดยที่ u, i คือค่าปัจจุบันของกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่วัดโดยใช้ ADC, N คือจำนวนการวัดกระแสและแรงดันไฟฟ้าต่องวด เช่นเดียวกับแรงดันและกระแส กำลังไฟฟ้าที่ใช้งานสามารถวัดได้หลายช่วงเวลาและปรับ N ตามนั้น
กำลังรวม (S), แอคทีฟ (P) และรีแอกทีฟ (Q) มีความสัมพันธ์กันด้วยความเท่าเทียมกัน ดังนั้นเมื่อรู้ S และ P คุณจะสามารถคำนวณได้อย่างง่ายดาย

การวัดตัวประกอบกำลังของเครือข่ายและมุมเฟส.
พารามิเตอร์ทั้งสองนี้มีความสัมพันธ์กันอย่างชัดเจนอย่างชัดเจน เนื่องจากตัวประกอบกำลังไม่มีอะไรมากไปกว่าโคไซน์ของมุมเฟส (φ) ระหว่างแรงดันและกระแส (ดู TOE) ดังนั้นจึงสามารถวัดสิ่งใดสิ่งหนึ่งได้และอันที่สองคำนวณโดยใช้ตรีโกณมิติอย่างง่าย

วิธีแรก (อาจชัดเจนและง่ายที่สุด) คือการตรวจจับเวลาระหว่างจุดเริ่มต้นของคาบของไซนัสอยด์แรงดันไฟฟ้าและจุดเริ่มต้นของไซนัสอยด์ปัจจุบัน คำนวณใหม่เป็น φ แล้วหาโคไซน์ นี่คือวิธีการทำงานของอัลกอริทึมในการกำหนดมุม

อย่างไรก็ตาม มีข้อเสียเปรียบร้ายแรงประการหนึ่ง นั่นคือวิธีนี้ใช้ได้เฉพาะกับไซนัสอยด์ในอุดมคติและ "บริสุทธิ์" เท่านั้น โดยไม่มีการรบกวน ซึ่งหาได้ยากมากในชีวิตจริง ในความเป็นจริง โครงข่ายไฟฟ้าเต็มไปด้วยสัญญาณรบกวน การรบกวน และ "สิ่งประดิษฐ์" อื่นๆ ซึ่งทำให้ยากต่อการระบุจุดเริ่มต้น "ที่แท้จริง" ของช่วงเวลาได้อย่างแม่นยำ

ดังนั้นหากพูดในอพาร์ทเมนต์วิธีนี้จะให้ผลลัพธ์ปกติโดยสมบูรณ์จากนั้นในโรงงานบางแห่งที่มีเครื่องมือเครื่องจักรเครื่องเชื่อมและอุปกรณ์ไฟฟ้าทรงพลังอื่น ๆ จำนวนมากอาจส่งผลให้เรื่องไร้สาระโดยสิ้นเชิง (เช่นค่ามุมที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ). แม้ในการบรรทุกที่ "ไม่เป็นอันตราย" บางครั้งก็สามารถสังเกตการบิดเบือนที่รุนแรงได้ เช่น ไซนัสอยด์ในปัจจุบัน ตัวอย่างเช่นผู้เขียนมีลำโพง Sven BF-11R ซึ่งเป็นรูปร่างของกระแสที่ชวนให้นึกถึงเลื่อยที่ขาดวิ่นบางประเภทที่มีคลื่นครึ่งเสี้ยมแบบหลายขั้นตอนมากกว่าคลื่นไซน์ แม้ว่าตามความเป็นจริงแล้ว ควรสังเกตว่าผู้เขียนไม่ได้ทำการวิจัยขนาดใหญ่ในหัวข้อนี้เนื่องจากขาดความสามารถด้านเทคนิค

วิธีที่สองตามมาจากความสัมพันธ์ . นั่นคือเมื่อรู้แรงดัน กระแส และกำลังไฟฟ้าที่ใช้งาน คุณจะสามารถกำหนดตัวประกอบกำลังได้อย่างง่ายดาย ไกลออกไป, . ตามที่ผู้เขียนระบุว่าวิธีนี้น่าเชื่อถือที่สุด นี่คือสิ่งที่ใช้ในอุปกรณ์ที่นำเสนอ

เห็นได้ชัดว่าควรคำนวณกำลังทั้งสาม มุม และโคไซน์เฉพาะเมื่อ U เท่านั้น<>0 และฉัน<>0. มิฉะนั้น สามารถรีเซ็ตเป็นศูนย์ได้โดยไม่ต้องคำนวณใดๆ

แผนภาพอุปกรณ์รายละเอียด

แผนภาพวงจรไฟฟ้าของวัตต์มิเตอร์แสดงในรูปที่ 1 1.

ข้าว. 1. แผนภาพวงจรไฟฟ้า

วงจรอุปกรณ์ประกอบด้วย 2 ส่วน - อะนาล็อก (ทางด้านซ้ายของสวิตช์ DIP SW1) และดิจิตอล (ทางด้านขวา)

ส่วนอนาล็อกประกอบด้วยหม้อแปลงวัดแรงดัน (T1) กระแส (T2) และโหนดจับคู่
ตัวต้านทาน R2 เป็นโพเทนชิออมิเตอร์สำหรับปรับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับ ADC อย่างละเอียด
T2 เป็นหม้อแปลงกระแส Talema AC1025 ที่โหลดบนตัวต้านทานสับเปลี่ยน 100 โอห์ม R1 ที่มีกำลัง 0.125 W ผู้ผลิตหม้อแปลงไฟฟ้าแนะนำพารามิเตอร์ตัวต้านทานเหล่านี้ นอกจากนี้ ตามการวิจัยของผู้เขียน ตัวต้านทานดังกล่าวให้ความเป็นเส้นตรงที่ดีที่สุดของ CT ที่ใช้ ขดลวดปฐมภูมิคือลวดแกนเดี่ยวธรรมดา 2 รอบที่มีหน้าตัด 1-1.5 มม. ซึ่งเพียงพอสำหรับภาระในครัวเรือนที่มีกำลังสูงถึง 2 kW และกระแสสูงถึง 10A ความหนาของเส้นลวดนี้ไม่ส่งผลต่อลักษณะและการกำหนดค่าของวงจร

โหนด R3, C1, C3, DA1.1 - ตัวจัดรูปแบบจุดกึ่งกลางสำหรับ "การเพิ่ม" ไซนัสอยด์ให้เหลือครึ่งหนึ่งของช่วง ADC Op amp DA1 – โดยพื้นฐานแล้วอะไรก็ได้ ผู้เขียนใช้ทั้ง LM358 และ MCP601 แบบรางต่อราง ในแง่ของ case pinout (อย่างน้อย DIP) พวกมันจะเหมือนกัน

ตัวแบ่ง R4, R5, R6 – โซ่สำหรับวัดกระแสขนาดใหญ่ (ตั้งแต่ 4-5A)
คู่ไดโอด VD1-VD2, VD3-VD4, VD5-VD6 และ R7 เป็นการป้องกันอินพุต ADC แบบคลาสสิกจากแรงดันไฟฟ้าเกิน (แม่นยำยิ่งขึ้นจากไซนัสอยด์ที่เกินขอบเขต 0..+5V) VD1-VD4 – โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Schottky คุณยังสามารถใช้ชุดไดโอด "เฉพาะทาง" เช่น BAV199 (ชุดประกอบ 1 ชุดประกอบด้วยไดโอด 1 คู่) หรือที่คล้ายกัน
โพเทนชิโอมิเตอร์ทั้งหมด (R2, R3 และ R5) ควรเป็นแบบหลายรอบ พวกมันจะช่วยให้คุณทำการปรับโหนดวงจรได้อย่างแม่นยำที่สุด

วงจรไม่มีตัวกรองใด ๆ ที่อินพุต ADC เนื่องจากหม้อแปลงที่ใช้ได้รับการออกแบบให้ทำงานกับกระแสที่ความถี่ 50/60 Hz และส่งสัญญาณความถี่สูงได้ไม่ดี แต่ผู้เขียนไม่ได้ทำการศึกษาโดยละเอียดเนื่องจากขาดอุปกรณ์ที่จำเป็น (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีความถี่ต่างกัน ฯลฯ )

ในการวัดกระแสจะมีให้ 2 ช่องสัญญาณ ได้แก่ กระแสต่ำ (T2-R7-ADC2) และกระแสสูง (T2-R4-R5-R6-ADC3) การตัดสินใจครั้งนี้เกิดจากการที่โหลดขนาดใหญ่ (4-5A ขึ้นไป) ทำให้เกิดการปรากฏที่เอาต์พุต CT ของแรงดันไฟฟ้าที่เกิน 4.5-5V ในแอมพลิจูด ด้านบนของครึ่งคลื่นของแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวจะถูกตัดออกโดยไดโอดคู่ VD3, VD4 ซึ่งหมายความว่าแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะวัดกระแสที่สูงกว่าค่าที่ระบุ เฟิร์มแวร์ตัวควบคุมจะเลือกสัญญาณที่จะใช้โดยอัตโนมัติ

ส่วนดิจิทัลวงจร - ไมโครคอนโทรลเลอร์ AtMega16, จอแสดงผล LCD ตัวอักษรและตัวเลขมาตรฐานประเภท HD44780 และองค์ประกอบอื่น ๆ วงจรเชื่อมต่อเป็นมาตรฐานสำหรับส่วนประกอบเหล่านี้ เมื่อเชื่อมต่อจอแสดงผลคุณควรได้รับคำแนะนำจากเอกสารประกอบสำหรับรุ่นเฉพาะเนื่องจาก มีพินเอาท์ที่แตกต่างกัน (พินเอาท์) ผู้เขียนรู้ข้อ 2 แผนภาพแสดงแผนภาพที่พบบ่อยที่สุด
ข้อกำหนดเพียงอย่างเดียวสำหรับจอแสดงผลคือต้องเป็น Russified เพราะ ข้อความทั้งหมดออกเป็นภาษารัสเซีย

ตัวต้านทาน R8 เป็นตัวต้านทานปกติ (ไม่ใช่แบบหลายรอบ) ใช้เพื่อตั้งค่าระดับคอนทราสต์ของภาพที่ต้องการบน LCD
R9 และ SB5 – แบ็คไลท์ ไม่ได้ระบุสกุลเงิน R9 เนื่องจาก LCD รุ่นต่างๆ มีกระแสไฟแบ็คไลท์ต่างกัน สามารถคำนวณได้โดยใช้กฎของโอห์มโดยใช้ค่าปัจจุบันของแบ็คไลท์สำหรับจอแสดงผลเฉพาะ หากจอแสดงผลไม่มีแสงย้อน แสดงว่าไม่จำเป็นต้องใช้ R9 และ SB5 เลย

R11, VD6 – ไฟแสดงสถานะ "จ่ายไฟ"
ไม่จำเป็นต้องตั้งค่าพิเศษสำหรับชิ้นส่วนดิจิทัล ด้วยชิ้นส่วนที่สามารถซ่อมแซมได้ การติดตั้งที่ถูกต้อง และตัวควบคุมที่ตั้งโปรแกรมไว้ วงจรจะเริ่มทำงานทันทีหลังจากจ่ายไฟ

MK เองสามารถปรับเปลี่ยน AtMega 16/16A ได้ ไม่สามารถใช้การดัดแปลงด้วยตัวอักษร L ได้ - ปกติจะไม่ทำงานที่ความถี่ 16 MHz ปัญหาการโอเวอร์คล็อก เช่น “วิธีทำให้ AVR ด้วยตัวอักษร L ทำงานที่ความถี่ 16 MHz” จะไม่ได้รับการพิจารณาที่นี่ คุณสามารถใช้อย่างอื่นได้ - Mega32, 64, 128 แต่สำหรับพวกเขาคุณจะต้องคอมไพล์เฟิร์มแวร์ใหม่ตามลำดับ

เมื่อเขียนโปรแกรม (เฟิร์มแวร์) นอกเหนือจากการอัปโหลดไฟล์ wattmetr.hex ไปยังคอนโทรลเลอร์แล้ว คุณยังต้อง:
1. ตั้งค่าโหมดตัวสะท้อนควอทซ์ (CKSEL3..0=1111)
2. ตั้งค่า CKOPT=0 (จำเป็น เนื่องจากควอตซ์เป็น 16MHz)
3. ตั้งค่า JTAGEN=1. หากไม่ทำเช่นนี้ LCD จะทำงานไม่ถูกต้องเนื่องจากซอฟต์แวร์ไม่สามารถปิดคอนโทรลเลอร์ JTAG (บิต PC ที่สำคัญที่สุด 4 บิต) ได้
4. แฟลช EEPROM พร้อมข้อมูลการกำหนดค่าเริ่มต้น (ไฟล์ wattmetr.eep)

ผู้เขียนใช้โปรแกรมเมอร์ PonyProg แยกต่างหากพร้อมอินเทอร์เฟซ LPT สำหรับการเขียนโปรแกรม การออกแบบของผู้เขียนใช้คอนโทรลเลอร์ในแพ็คเกจ DIP และตัวเชื่อมต่อดังนั้นจึงไม่มีตัวเชื่อมต่อสำหรับเชื่อมต่อโปรแกรมเมอร์ ISP บนไดอะแกรมและบนแผงวงจรพิมพ์ แต่เป็นขา PB5-PB7 (โปรแกรมเมอร์เชื่อมต่ออยู่) ถูกปล่อยให้เป็นอิสระอย่างจงใจ

ปุ่มทั้งหมดไม่ได้รับการแก้ไข การออกแบบของพวกเขาขึ้นอยู่กับสภาพการใช้งานที่คาดหวัง SB1-SB3 และ VD5 ใช้เมื่อตั้งค่าและปรับเทียบอุปกรณ์เท่านั้นจึงสามารถวางบนบอร์ดได้โดยตรง SB4 และ SB2 ยังใช้เพื่อสลับโหมดการแสดงข้อมูลบนจอแสดงผลดังนั้นจึงควรแสดงผลดีกว่า ภายนอกหรือทำซ้ำเพื่อความสะดวกในการสอบเทียบ (เชื่อมต่อ 2 ปุ่มแบบขนาน - บนบอร์ดและบนเคส) ในการเชื่อมต่อปุ่มที่ซ้ำกัน จะมีการแตะพิเศษสำหรับตัวเชื่อมต่อบนบอร์ด
วัตถุประสงค์ของปุ่มและไฟ LED จะอธิบายไว้ด้านล่างในส่วน "การปรับเทียบ" และ "การทำงาน"

ควรสังเกตว่าแผนภาพไม่มีตัวแปลงระดับ UART ใด ๆ (พิน 14, 15 ของคอนโทรลเลอร์) นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าประเภทและการมีอยู่หรือไม่มีตัวแปลงดังกล่าวนั้นขึ้นอยู่กับว่าอุปกรณ์จะเชื่อมต่อกับอะไรเป็นอย่างมาก ถ้าเป็นพอร์ต COM ก็เป็นชิป MAX232 ถ้าเป็น USB ก็จะประมาณ FT232BM ถ้าเป็นของคอนโทรลเลอร์อื่นก็อาจไม่จำเป็นต้องใช้ตัวแปลงเลย เป็นต้น

การออกแบบของผู้เขียนเกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR ตัวอื่น ดังนั้นจึงไม่มีตัวแปลงเลย ตัวต้านทาน R12 จำเป็นต่อการรักษาระดับสูงที่อินพุต Rx ในกรณีที่ไม่มีการส่งสัญญาณ (ตามกฎของการทำงานของ UART) หรือเมื่อไม่ได้ใช้อินเทอร์เฟซนี้เลย

ที่นี่ไม่ได้ให้ไดอะแกรมการประกอบสำหรับ MAX232, FT232 ฯลฯ สามารถพบได้ในเอกสารประกอบสำหรับไมโครวงจรเหล่านี้ คุณยังสามารถใช้สาย USB จากโทรศัพท์มือถือรุ่นเก่าที่มีอินเทอร์เฟซ UART แบบเนทีฟ (เช่น PL2303) แต่ก่อนหน้านั้นคุณควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าเอาต์พุตของสายไฟนั้นมีการบันทึกไว้ ระดับ TTL ไม่ใช่ RS232
เพื่อทดสอบการทำงานของอินเทอร์เฟซ ผู้เขียนใช้โหนด MAX232 ที่ประกอบอยู่บนบอร์ดอื่น อุปกรณ์นี้เชื่อมต่อกับอุปกรณ์โดยใช้สายสัญญาณเสียงมาตรฐานจากไดรฟ์ซีดี/ดีวีดีของคอมพิวเตอร์

วงจรนี้ใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ DC 5V ใดๆ ตัวอย่างเช่นจากแหล่งจ่ายไฟแบบคลาสสิกบนโคลงชิปตัวเดียว LM7805 - รูปที่ 1 2. คุณยังสามารถใช้แหล่งจ่ายไฟอื่นๆ ที่มี 5V, แบตเตอรี่, พอร์ต USB ของคอมพิวเตอร์ ฯลฯ

ข้าว. 2. แหล่งจ่ายไฟ

หากคุณวางแผนที่จะจ่ายไฟให้กับวงจรจากเครือข่ายเดียวกันกับที่โหลดที่วัดได้เชื่อมต่ออยู่ (เช่นในชีวิตประจำวันในอพาร์ทเมนต์) คุณสามารถรวมหม้อแปลง T1 ของทั้งสองวงจรได้ เหล่านั้น. ใช้อันหนึ่งโดยมีขดลวดทุติยภูมิอิสระสองอัน ดังนั้นในสำเนาของผู้เขียน จะใช้หม้อแปลงหนึ่งตัวที่มี 15V สำรองสองตัวแต่ละตัว

สามารถประกอบวงจรได้ด้วยวิธีที่สะดวก

บทความนี้ยังมาพร้อมกับภาพวาดของแผงวงจรพิมพ์ที่สร้างขึ้นในโปรแกรมที่รู้จักกันดี โดยเกี่ยวข้องกับการใช้ PCB สองด้านและการใช้รู vias (metalized) จำนวนเล็กน้อย อย่างไรก็ตามหากดูเหมือนว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะเดินสายสองด้านและรูที่เป็นโลหะ (เช่นที่บ้านใช้งาน) ดังนั้น:
1. วางบน PCB ด้านเดียวเฉพาะชั้น M2 ซึ่งมีแทร็กทั้งหมดจำนวนมาก
2. แทนที่จะใช้จุดแวะที่เป็นโลหะ คุณสามารถสร้างจุดปกติได้
3. แทนที่ร่องรอยทั้งหมดของเลเยอร์ M1 (รวมถึงจุดผ่านที่สอดคล้องกัน) ด้วยสายจัมเปอร์ สะดวกมากที่จะใช้สำหรับการตัดขาของส่วนประกอบวิทยุ เช่น ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ

ควรสังเกตคุณสมบัติต่อไปนี้ด้วย:

• หม้อแปลงเครื่องมือ T1 และ T2 บนบอร์ดไม่ได้ถูกกำหนดเส้นทางเพราะว่า อาจมีการออกแบบและขนาดที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นสำเนาของผู้เขียนใช้ขดลวดที่สองของหม้อแปลงไฟฟ้าเป็น T1 ขดลวดหม้อแปลงเชื่อมต่อกับบอร์ดโดยใช้สายไฟพร้อมขั้วต่อ
• R1 (CT shunt) ไม่ได้ถูกกำหนดเส้นทางบนบอร์ด แต่ควรบัดกรีเข้ากับหมุด CT โดยตรง ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงของความล้มเหลวในการแบ่ง
• ในการเชื่อมต่อ LCD บอร์ดจะมีขั้วต่อ ลำดับของหน้าสัมผัสสอดคล้องกับรูปแบบการแสดงผลทั่วไปที่แสดงในรูปที่ 1 เมื่อประกอบอุปกรณ์ต้องแน่ใจว่าได้ตรวจสอบคำอธิบายของสำเนา LCD ของคุณเพราะว่า ในทางปฏิบัติมีความแตกต่างมากมาย - ลำดับการติดต่อที่ไม่ได้มาตรฐาน, ตำแหน่งที่ด้านข้างของบอร์ดแสดงผล, หน้าสัมผัส SMD เป็นต้น
• บนบอร์ดมีสวิตช์ DIP แบบสี่อัน เนื่องจาก... ไม่สามารถหาสามอันลดราคาได้เสมอไป หากเป็นไปได้ที่จะใช้แบบสามอันแทนที่จะใช้สวิตช์ด้านซ้ายบนบอร์ด (วงจรของขาที่ 40 ของคอนโทรลเลอร์) คุณควรบัดกรีจัมเปอร์ลวด (หรือวางแทร็กในชั้น M1 และทำรูที่เป็นโลหะเพิ่มเติม 2 รู ).

ความสนใจ!ผู้เขียนประกอบและแก้ไขอุปกรณ์บนเขียงหั่นขนมเพราะว่า มีวัตถุประสงค์เพื่อใช้เป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์อื่น ดังนั้นแบบร่างการออกแบบที่เสนอจึงเป็นเพียงทางทฤษฎีเท่านั้นและยังไม่ได้รับการทดสอบในทางปฏิบัติ
BP ตามรูป 2 ถูกประกอบบนสถานีย่อยสำเร็จรูปจากโรงงาน มีการแนบภาพวาดมาด้วย

การตั้งค่าโครงการ

ความสนใจ!ก่อนตั้งวงจรควรเปิดสวิตช์ DIP SW1 ทั้ง 3 ตัว (หรือถอด MK ออกจากวงจร) หากใช้สวิตช์ควอดก็ไม่จำเป็นต้องเปิดบรรทัดของขาที่ 40 ของคอนโทรลเลอร์
โดยทั่วไปการจัดการสวิตช์ DIP จะดีกว่าเพราะว่า มีข้อมูลว่า LCD บางสำเนา (หรือรุ่น) จะหมดลงหากไม่ได้เตรียมใช้งานทันทีหลังจากเปิดเครื่องแม้ว่าผู้เขียนจะไม่พบสิ่งดังกล่าวก็ตาม หากถอดคอนโทรลเลอร์ออก ก็จะไม่มีใครเริ่มต้นคอนโทรลเลอร์ได้

การตั้งค่าวงจรลงมาเพื่อปรับโพเทนชิโอมิเตอร์ R2, R3 และ R5 ตามลำดับต่อไปนี้:
1. เมื่อตัดการเชื่อมต่อโหลดแล้ว ให้ใช้ R3 เพื่อตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าที่จุด A เป็น +2.5V โดยสัมพันธ์กับกราวด์ของวงจร
2. ใช้แรงดันไฟฟ้าที่ T1 และตั้งค่าเอาต์พุต R2 เป็น 1V สัมพันธ์กับจุด A หากคุณมีออสซิลโลสโคป ให้ตรวจสอบไซนูซอยด์ที่เอาต์พุต R2 เพื่อให้อยู่ภายใน +1..+4.5V (กล่าวคือ ไม่ได้ถูกตัดออกด้วยไดโอด VD1-VD2) หากคุณมีเครื่องเปลี่ยนรูปอัตโนมัติในห้องปฏิบัติการหรือตัวปรับความเสถียรที่มีความสามารถในการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยคุณสามารถใช้แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นกับอินพุต T1 (เช่น 260-270V) และปรับคลื่นไซน์ตามนั้นเพื่อให้มีบางส่วน อัตรากำไรขั้นต้นในช่วงแรงดันไฟฟ้าขาเข้า
3. เชื่อมต่อโหลดกำลังสูง (4-5A - เช่น เตารีดขนาด 1 kW) และใช้ R5 เพื่อตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตตัวแบ่งให้น้อยกว่าอินพุตประมาณ 5 เท่า หากใช้โวลต์มิเตอร์ปกติ ให้สัมพันธ์กับจุด A หากคุณมีออสซิลโลสโคป ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไซนัสอยด์จากเอาต์พุตตัวแบ่งไม่ได้ถูกตัดออกด้วยไดโอด

ทำการวัดด้วยออสซิลโลสโคปที่สัมพันธ์กับพื้นเสมอ
หากคลื่นไซน์ถูกตัดขาดจากที่ใดที่หนึ่ง การอ่านค่าของอุปกรณ์จะไม่ถูกต้อง
หลังจากการกำหนดค่าเราจะคืนค่าการเชื่อมต่อระหว่างส่วนอะนาล็อกของวงจรและ MK (เปิดสวิตช์ DIP ทั้งหมด)
การสอบเทียบเครื่องมือมีอธิบายไว้ด้านล่าง

เฟิร์มแวร์

ไมโครโค้ดคอนโทรลเลอร์เขียนด้วยภาษา C โดยใช้คอมไพเลอร์ CvAVR
โดยจะสำรวจช่อง ADC อย่างต่อเนื่อง คำนวณแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตใหม่เป็นค่าที่วัดได้จริง และแสดงค่าที่ได้รับบนจอแสดงผล

แต่ละรอบการวัดจะใช้เวลา 0.5 วินาที หลังจากนั้นข้อมูลจะถูกประมวลผล (คำนวณพารามิเตอร์ที่วัดแล้ว) และแสดงผล การวัดแต่ละครั้งรวมถึงการวัดแรงดันไฟฟ้าที่อินพุต ADC1-ADC3 และการคำนวณค่าเบื้องต้นโดยอิงจากการคำนวณแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ฯลฯ ที่ต้องการ วิธีการนี้อธิบายไว้ในรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง

การวัดดำเนินการโดยใช้การขัดจังหวะตัวจับเวลา TC0 ด้วยความถี่ 5 kHz
เหล่านั้น. 100 ครั้งต่อช่วงเวลา (20 มิลลิวินาที) ในการขัดจังหวะตัวจับเวลา การวัดจะดำเนินการจากช่อง ADC ทั้ง 3 ช่อง (ADC1-ADC3) หลังจากผ่านไป 0.5 วินาที ตัวจับเวลาจะปิดและทำการคำนวณ จะมีการวัดแรงดันไฟฟ้าจุดกึ่งกลาง (ADC0) ในแต่ละครั้งก่อนที่ตัวจับเวลาจะเริ่มทำงาน ซึ่งช่วยให้คุณลดอิทธิพลของการกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าจุดกึ่งกลางแบบสุ่มต่อการอ่านค่าของอุปกรณ์ได้

ตอนนี้เรามาดูวิธีการวัดปริมาณทางกายภาพที่ใช้ในไมโครโค้ดตัวควบคุม
แนวทางทางทฤษฎีในการวัดปริมาณไฟฟ้าต่างๆ ระบุไว้ข้างต้น แต่จำเป็นต้องพิจารณาความแตกต่างในทางปฏิบัติจากทฤษฎีและคุณลักษณะของการนำการวัดเหล่านี้ไปใช้
เป็นเรื่องยากมากที่จะใช้สูตรทั้งหมดที่กำหนดไว้ในบทนำทางทฤษฎีโดยตรงในไมโครคอนโทรลเลอร์หากไม่ได้บอกว่ามันเป็นไปไม่ได้เลย

ความจริงก็คือว่าพวกมันทั้งหมดบอกเป็นนัยเสมอว่าปริมาณทั้งหมดที่รวมอยู่ในนั้น (เช่น แรงดันและกระแสไฟฟ้าชั่วขณะ) เป็นตัวเลขจริง (จุดลอยตัว ถ้าเราพูดในภาษาการเขียนโปรแกรม) แต่ในไมโครคอนโทรลเลอร์โดยทั่วไป และโดยเฉพาะอย่างยิ่งใน AVR ไม่มีตัวประมวลผลร่วมทางคณิตศาสตร์ที่สามารถเพิ่มหรือคูณตัวเลขสองตัวดังกล่าวได้แม้จะอยู่ใน 10 รอบสัญญาณนาฬิกาก็ตาม การกระทำดังกล่าวดำเนินการผ่านการจำลองซอฟต์แวร์ซึ่งทำงานช้ามาก ไม่ต้องพูดถึงอัลกอริธึมที่ทำซ้ำและใช้เวลานานในการแยกรากที่สองและคำนวณฟังก์ชันตรีโกณมิติ arccos (โคไซน์โค้ง) ที่ใช้ในการคำนวณ φ

กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากคุณใช้การกระทำดังกล่าวในตัวจัดการการขัดจังหวะที่ถูกเรียกแม้แต่หนึ่งครั้งทุกๆ มิลลิวินาที ตัวจัดการดังกล่าวจะไม่สามารถดำเนินการให้เสร็จสิ้นได้ภายใน 1 มิลลิวินาที ซึ่งอย่างดีที่สุดจะนำไปสู่การ "เบรก" ที่แย่มาก และส่วนใหญ่ มีแนวโน้มที่จะหยุดการทำงานของคอนโทรลเลอร์โดยสมบูรณ์ ทั้งสองสิ่งนี้หมายถึงความใช้งานไม่ได้โดยสมบูรณ์ของอุปกรณ์

คุณสามารถใช้วิธีอื่นในการคำนวณได้ เช่น อัลกอริธึมแบบตาราง (สำหรับสแควร์รูทและอาร์คโคไซน์) และการจัดการค่า "สเกล" (ตัวอย่างเช่น กระแสไฟฟ้าไม่สามารถคำนวณได้ไม่ใช่แอมแปร์เศษส่วน แต่เป็นจำนวนเต็มมิลลิแอมป์ - 1.253 A = 1253mA) เป็นต้น แต่พวกเขามีข้อบกพร่องหลายประการ - รหัสโปรแกรมนั้น "ป่อง" ด้วยการดำเนินการที่ไม่จำเป็นทำให้อัลกอริธึมที่ค่อนข้างซับซ้อนอยู่แล้วเกิดความสับสนและคลุมเครือ นอกจากนี้ยังเพิ่มการใช้หน่วยความจำ (ทั้ง RAM และ Flash) ซึ่งบางครั้งก็ขาด MK อย่างมาก ความแม่นยำของการคำนวณดังกล่าวก็มักจะประสบเช่นกัน
ในเวลาเดียวกัน การแปลงทางคณิตศาสตร์อย่างง่ายของสูตรทางทฤษฎีช่วยให้คุณหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ได้อย่างสมบูรณ์ ในขณะที่ยังคงความสามารถในการใช้จุดลอยตัวและฟังก์ชัน sqrt และ arccos จากไลบรารี C มาตรฐาน

ลองพิจารณาวิธีนี้โดยใช้ตัวอย่างการคำนวณแรงดันไฟฟ้า
ในส่วนทางทฤษฎีของบทความ ให้สูตร (1) โดยที่ u i คือค่าแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ ซึ่งในทางกลับกันจะคำนวณเป็น u=K*u adc (2) โดยที่ u adc คือแรงดันไฟฟ้าที่ ADC อินพุต K คือค่าคงที่โดยคำนึงถึงอัตราส่วนการแบ่งทั่วไปของหม้อแปลง T1 และตัวหาร R2 ตามเอกสารใน MK (3). เมื่อแทนที่ (3) ลงใน (2) แล้วลงใน (1) เราจะได้ โดยที่ ADC i คือค่าที่อ่านจากการลงทะเบียนข้อมูล ADC เมื่อการวัดเสร็จสิ้น และนี่คือค่าจำนวนเต็มล้วนๆ และไม่ได้ลงนามด้วยซ้ำ
เป็นไปตามนั้นการยกกำลังสอง (การคูณโดยพื้นฐาน) และการบวก (ซึ่งจะต้องดำเนินการในเนื้อความของตัวจัดการการขัดจังหวะตัวจับเวลา TC0) เป็นการดำเนินการจำนวนเต็มที่ที่ MK (อย่าลืมว่ามันมีตัวคูณจำนวนเต็มฮาร์ดแวร์) สามารถจัดการได้อย่างง่ายดายใน 1 -2 มาตรการ และเมื่อมีจำนวนเต็มของกำลังสองของตัวอย่าง ADC ทันทีสำหรับช่วงความถี่จำนวนหนึ่งและรู้จำนวนของมัน (N ในสูตรข้างต้น) คุณสามารถหยุดการวัดและดำเนินการคำนวณเพิ่มเติมทั้งหมดโดยใช้จุดลอยตัวและฟังก์ชันภาษาทางคณิตศาสตร์มาตรฐาน ศรี.

นอกจากนี้ ทันทีหลังจากการวัดแต่ละช่อง โค้ดจากช่อง ADC0 (จุดกึ่งกลาง) จะถูกลบออกจากโค้ด ADC ที่อ่าน ดังนั้นจึงชดเชยการเพิ่มขึ้นของไซนัสอยด์ขึ้น 2.5V

ข้อความที่เกี่ยวข้องใช้ได้กับทั้งกระแส (มีเพียงค่าสัมประสิทธิ์ K ที่แตกต่างกันเท่านั้น โดยคำนึงถึงความสัมพันธ์ระหว่างกระแสโหลดและแรงดันไฟฟ้าบนสับเปลี่ยน R1) และสำหรับกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่

สำหรับโคไซน์และปริมาณอื่นๆ ไม่จำเป็นต้องแปลงสูตร เพราะ ทั้งหมดนี้คำนวณนอกการขัดจังหวะของตัวจับเวลาโดยพิจารณาจากแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟ และกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ที่มีอยู่แล้ว

ข้อเสียเปรียบที่สำคัญของเฟิร์มแวร์ที่นำเสนอคือการไม่มีกลไกในการชดเชยความไม่เชิงเส้นของ CT เกือบทั้งหมด มีสองเหตุผลสำหรับเรื่องนี้

สิ่งแรกและที่สำคัญคือผู้เขียนไม่มีม้านั่งทดสอบที่แน่นอนสำหรับการสร้างกระแสโหลดต่าง ๆ เพื่อสร้างกราฟที่แม่นยำของการพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุต CT บนกระแสโหลด เครื่องใช้ในครัวเรือนไม่เหมาะกับสิ่งนี้เพราะ... พวกเขาไม่อนุญาตให้มีการสำรวจกระแสน้ำทั้งหมดอย่างสม่ำเสมอ กราฟที่ให้ไว้ใน DS สำหรับ TT ก็ไม่เหมาะสมเช่นกันเพราะ มันเล็กเกินไปและหยาบเกินไปสำหรับงานประเภทนี้ DS สำหรับรุ่น TT หลายรุ่นประสบปัญหานี้

ประการที่สองคือการขาดหน่วยความจำ RAM ใน MK ที่ใช้เพื่อใช้อัลกอริทึมดังกล่าว อาจจำเป็นต้องแทนที่ด้วย MK อื่นที่มีหน่วยความจำจำนวนมากขึ้น เช่น AtMega32 อย่างไรก็ตามยังไม่มีการศึกษาโดยละเอียดในทิศทางนี้เนื่องจากเหตุผลแรก
ข้อเสียนี้ได้รับการชดเชยบางส่วนโดยการมีช่องการวัดกระแส 2 ช่องและเกณฑ์การสลับที่ควบคุมระหว่างช่องเหล่านั้นเพราะว่า แต่ละช่องใช้ปัจจัยการสอบเทียบของตัวเอง เหล่านั้น. สามารถอ่านค่าที่ยอมรับได้สำหรับโหลดที่วัดโดยทั่วไปที่สุด

ข้อเสียเปรียบอีกประการหนึ่งคือบางครั้งอุปกรณ์แสดงพลังงานที่ใช้งานเป็นลบ P (ซึ่งไม่สามารถเป็นได้ เว้นแต่คุณจะเสียบเครื่องกำเนิดไฟฟ้า J) สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการวัดไม่ซิงโครไนซ์กับเครือข่าย - เช่น การวัดจะต้องเริ่มต้นที่จุดเริ่มต้นของช่วงเวลา แต่ในวงจรที่เสนอและไมโครโค้ดมีการซิงโครไนซ์ที่คล้ายกัน

เพราะ ข้อผิดพลาดเกี่ยวข้องกับสัญญาณไฟเท่านั้นดังนั้นข้อบกพร่องนี้สามารถ "ชดเชย" ได้บางส่วนโดยใช้ P โมดูโลซึ่งตั้งค่าไว้ในการตั้งค่า

การสอบเทียบ/การปรับเครื่องมือ

เพราะ เนื่องจากเครื่องมือนี้เป็นอุปกรณ์วัดจึงต้องมีการสอบเทียบก่อนใช้งาน
การสอบเทียบทำได้โดยใช้ปุ่ม SB1-SB4 การเข้าสู่การตั้งค่า/โหมดการสอบเทียบและการสลับขั้นตอนการสอบเทียบทำได้โดยใช้ปุ่ม SB1 ในบางกรณีอาจแสดงค่าหลายค่าบนหน้าจอ แต่ค่าที่เปลี่ยนแปลงในแต่ละขั้นตอนจะเท่ากันเสมอ โดยจะอยู่ในวงเล็บมุม "<", ">" อื่นๆ มีไว้เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงและข้อมูลทั่วไปของคุณ

สามารถเปลี่ยนค่าที่แก้ไขได้โดยใช้ปุ่ม SB2, SB3 - ลด/เพิ่ม ตามลำดับ ควรระบุค่าทั้งหมด (เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น) เป็นร้อยที่ใกล้ที่สุด โหมดความแม่นยำกำหนดโดยปุ่ม SB4 และแสดงโดย LED VD5 หากเปิด VD5 ขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงคือ 0.01 (เพิ่มความแม่นยำ) มิฉะนั้น - 0.1

ความคืบหน้าการสอบเทียบ/การปรับแต่ง:

1. จ่ายไฟให้กับวงจร
2. กด SB1. อุปกรณ์จะเข้าสู่โหมดการตั้งค่า จอแสดงผลจะแสดง "การตั้งค่า" จากนั้นประมาณ 1 วินาที "กำลัง U (รองรับ)" ที่นี่คุณควรระบุแรงดันไฟฟ้าของวงจรหรือแรงดันไฟฟ้ารองรับ (ขา AREF ของคอนโทรลเลอร์)
3. กด SB1. คำว่า “โวลต์มิเตอร์” จะปรากฏขึ้น ตัวเลขทางด้านขวาคือแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่มีประสิทธิผลที่อินพุต ADC1 (สัมพันธ์กับจุด A) ในบรรทัดที่ 2 คือปัจจัยการแปลงของแรงดันไฟฟ้า ADC1 เป็นแรงดันไฟฟ้าผลลัพธ์และสามารถแก้ไขได้เรียกว่า แรงดันไฟฟ้า “ที่ต้องการ” – สิ่งที่เราต้องการเห็นบนหน้าจอ ที่นี่คุณควรตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ (โดยใช้โวลต์มิเตอร์อ้างอิง) ปัจจัยการแปลงจะถูกคำนวณโดยอัตโนมัติ

ถัดไป ทั้งสองช่องของแอมป์มิเตอร์ได้รับการปรับเทียบในลักษณะเดียวกัน มีการตั้งค่าเกณฑ์สำหรับการสลับช่องการวัดปัจจุบันและโหมดการใช้พลังงานที่ใช้งานอยู่ - ตามที่เป็นอยู่หรือแบบโมดูโล ถัดไป คุณสามารถบันทึกการตั้งค่าใน EEPROM ของตัวควบคุมหรือเรียกคืนค่าเริ่มต้น (การตั้งค่าที่เรียกว่า "โรงงาน")
ช่องปัจจุบันถูกกำหนดให้เป็น Lo (ADC2) และ Hi (ADC3) จะต้องปรับเทียบด้วยแอมมิเตอร์อ้างอิงที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับโหลด

ช่องกระแสสูง (สูง) ควรได้รับการปรับเทียบกับโหลดกำลังสูง (1 กิโลวัตต์หรือสูงกว่า) นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่ากระแสโหลดต่ำให้แรงดันไฟฟ้าต่ำที่เอาต์พุต CT ซึ่งเป็นตัวแบ่ง R4-R6 ที่ลดลงเช่นกันสามารถเข้าไปในพื้นที่ของสัญญาณรบกวนและข้อผิดพลาดของ ADC ส่งผลให้การอ่านค่าอาจ ไม่ถูกต้อง
เกณฑ์การสลับตั้งเป็นแอมแปร์ด้วยความแม่นยำสิบ เมื่อใช้ค่านี้ ตัวควบคุมจะเลือกช่องปัจจุบันที่จะใช้สำหรับการแสดงผลบนจอแสดงผลและการคำนวณเพิ่มเติมของ S, P, Q ฯลฯ ควรเลือกเกณฑ์เพื่อให้ตัวควบคุมวัดค่าไซน์ซอยด์ที่ไม่บิดเบี้ยวด้วยไดโอด VD3, VD4 จากการวิจัยของผู้เขียน ค่า 4A ค่อนข้างยอมรับได้ โดยปกติจะน้อยกว่าปริมาณการใช้เตารีดในปัจจุบันที่ 1 กิโลวัตต์เล็กน้อย ในการวินิจฉัยการทำงานของเกณฑ์คุณสามารถใช้พิน 19 (PD5) ของคอนโทรลเลอร์ บันทึก. 0 จะเกิดขึ้นหากอุปกรณ์ใช้ช่อง Lo, 1 – สวัสดี หากต้องการคุณสามารถเชื่อมต่อ LED วินิจฉัยเข้ากับขานี้ได้

การตั้งค่าจากโรงงาน:
รองรับ ADC (แรงดันไฟจ่าย) – 5V
ปัจจัยการแปลงแรงดันไฟฟ้า – 150
ปัจจัยการแปลงสำหรับช่องกระแสต่ำคือ 1.30
ปัจจัยการแปลงสำหรับช่องกระแสสูงคือ 6.50
เกณฑ์ในการสลับช่องปัจจุบันคือ 4.00 A
แสดงโปรไฟล์ – 1.
โหมดพลังงานที่ใช้งานอยู่ - "ตามสภาพ"

การใช้งานอุปกรณ์

อุปกรณ์ที่นำเสนอนั้นใช้งานง่ายมาก
ทันทีหลังจากเปิดเครื่องข้อความต้อนรับจะปรากฏขึ้น หลังจาก 1 วินาที อุปกรณ์จะเข้าสู่สถานะการทำงานและเริ่มแสดงพารามิเตอร์ที่วัดได้บนจอแสดงผล การอ่านจะได้รับการอัปเดตประมาณหนึ่งครั้งต่อวินาที
อุปกรณ์มีสองสิ่งที่เรียกว่า “โปรไฟล์การแสดงผล” - ชุดพารามิเตอร์ที่แสดงพร้อมกัน:

1. บรรทัดที่ 1 ของจอแสดงผล – U, I, S; ที่ 2 – P, cos(φ),φ.
2. ที่ 1 - คุณ, ฉัน, ส; ที่ 2 – ป, คิว, φ

ชุดโปรไฟล์และองค์ประกอบได้รับการแก้ไขแล้ว ไม่มีการแก้ไขใดๆ
หากต้องการเปลี่ยนโปรไฟล์ คุณต้องกดปุ่ม SB4 ค้างไว้จนกระทั่งข้อความ "เปลี่ยนโปรไฟล์" ปรากฏขึ้นบนหน้าจอ หลังจากข้อความนี้ปรากฏขึ้น ให้ปล่อยปุ่ม

การตั้งค่า "โรงงาน" ประกอบด้วยโปรไฟล์แรกที่ใช้งานอยู่ คุณสามารถจดจำโปรไฟล์ปัจจุบันเพื่อให้อุปกรณ์ใช้งานได้ทันทีเมื่อเปิดเครื่องโดยใช้ปุ่ม SB2 ต้องกดปุ่ม SB2 ค้างไว้จนกระทั่งข้อความ “บันทึกโปรไฟล์แล้ว” ปรากฏขึ้น เมื่อปรับเทียบอุปกรณ์ โปรไฟล์ปัจจุบันจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่เมื่อรีเซ็ตการตั้งค่าเป็นการตั้งค่าจากโรงงาน โปรไฟล์ 1 จะกลายเป็นโปรไฟล์ปัจจุบัน

การเลือกโปรไฟล์จะไม่ถูกบันทึกโดยอัตโนมัติ ทำเช่นนี้เพื่อประหยัดทรัพยากร EEPROM
การเลือกโปรไฟล์ไม่ส่งผลกระทบต่อองค์ประกอบของข้อมูลที่ส่งออกผ่าน UART แต่อย่างใด

คุณควรใส่ใจกับคุณสมบัติต่อไปนี้ด้วย - CT ที่มีขดลวดปฐมภูมินั้นมีฟังก์ชั่นและโครงสร้างคล้ายกับเสาอากาศวิทยุ อุปกรณ์สำหรับค้นหาสายไฟที่ซ่อนอยู่ในผนังและโครงสร้างที่เกี่ยวข้องทำงานบนหลักการนี้ ในเรื่องนี้เมื่อไม่มีโหลดบางครั้งอุปกรณ์จะแสดง "ขยะ" - กระแสและพลังงานบางชนิดที่เกิดจากการรบกวน การรบกวนเหล่านี้จะไม่ปรากฏในผลการวัดเมื่อมีโหลดที่เชื่อมต่ออยู่
ไม่มีวิธีการใดที่จะต่อสู้กับปรากฏการณ์นี้

ตามที่ผู้เขียนกล่าวไว้ วิธีที่รุนแรงที่สุดในการเอาชนะสิ่งนี้คือการติดตั้งไมโครสวิตช์บางชนิดในซ็อกเก็ตโหลดและซักถามในไมโครโค้ด หากสวิตช์เปิดอยู่ โหลดจะไม่เชื่อมต่อและไม่มีการทำหรือละเว้นการวัดกระแส (กระแสถูกบังคับให้เป็นศูนย์)

อินเตอร์เฟซการแลกเปลี่ยนข้อมูลยูอาร์ที

อุปกรณ์ที่นำเสนอมีความสามารถในการส่งออกผลการวัดผ่านอินเทอร์เฟซอนุกรม UART มาตรฐาน ที่. คุณสามารถใช้เป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้นหรือเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์เพื่อรวบรวมข้อมูลอัตโนมัติ
พารามิเตอร์การแลกเปลี่ยนข้อมูล – 38400, 8N1
โปรโตคอลการแลกเปลี่ยนนั้นง่ายมาก - โดยใช้คำสั่งหนึ่งไบต์ 0xAA คอนโทรลเลอร์จะสร้างบล็อกข้อมูลขนาด 15 ไบต์ในรูปแบบต่อไปนี้ - ตาราง 1.

ตารางที่ 1.

ควรสังเกตคุณลักษณะต่อไปนี้ของโปรโตคอล - ค่าทั้งหมดจะถูกส่งในรูปแบบจำนวนเต็ม (กระแสเป็นมิลลิแอมป์, โคไซน์ซึ่งจะน้อยกว่า 1 เสมอคูณด้วย 100) ทำเช่นนี้ด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้:
- จำนวนเต็มใช้พื้นที่น้อยกว่า - 1 หรือ 2 ไบต์ ตัวเลขทศนิยมในภาษาถิ่น C ที่ใช้จะมีขนาด 4 ไบต์เสมอ นอกจากนี้ ค่าเอาต์พุตทั้งหมดจะจัดอยู่ในรูปแบบจำนวนเต็มโดยไม่สูญเสียความแม่นยำอย่างมีนัยสำคัญ
- เพราะ ยังไม่ทราบล่วงหน้าว่าสถาปัตยกรรมระบบคอมพิวเตอร์ประเภทใดที่จะเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ดังนั้นรูปแบบของตัวเลขลอยตัวอาจแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากที่ใช้ในอุปกรณ์ซึ่งจะทำให้เกิดปัญหาเพิ่มเติมในการถอดรหัสบล็อกข้อมูล

ตัวเลขสองไบต์จะถูกส่งในรูปแบบที่เรียกว่า ชาวอินเดียตัวน้อย - เช่น ไบต์ต่ำมาก่อน จากนั้นไบต์สูง
นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติ:
- ไม่มีความเป็นไปได้ของการสอบเทียบและการอ่านข้อมูลการสอบเทียบผ่าน UART
- ในโหมดการสอบเทียบอินเทอร์เฟซ UART จะไม่พร้อมใช้งาน (MK ไม่ตอบสนอง) คำขอข้อมูลที่ส่งในขณะที่กำลังดำเนินการสอบเทียบจะสูญหาย
- MK สามารถส่งข้อมูลได้ประมาณหนึ่งครั้งต่อวินาที (หลังจากการวัดและการคำนวณค่าที่วัดได้ทั้งหมดเสร็จสิ้น) ควรคำนึงถึงสิ่งนี้เมื่อพัฒนาระบบสำหรับการสอบปากคำอุปกรณ์ ดังนั้น คุณไม่ควรส่งคำขอข้อมูลมากเกินไป เนื่องจากอาจรบกวนการทำงานของโมดูลการวัดได้

เพื่ออธิบายวิธีการใช้งานอุปกรณ์ ผู้เขียนได้พัฒนาแอปพลิเคชันสาธิต Windows WinAppWattmeter.exe สำหรับพีซี เขียนด้วยภาษา C# และทำงานใน WinXP และสภาพแวดล้อมที่สูงกว่า คุณต้องมีแพลตฟอร์ม .NET 2.0 และพอร์ต COM หนึ่งพอร์ต (USB จริงหรือเสมือน) ที่ควรเชื่อมต่ออุปกรณ์ แหล่งที่มาของแอปพลิเคชันนี้รวบรวมใน VS.NET 2005 และสูงกว่า ยังไม่ได้ทดสอบเวอร์ชัน VS Express และ .NET Compact

ลักษณะทางเทคนิคข้อดีและข้อเสียของอุปกรณ์

ข้อดี:

1. แยกกระแสไฟฟ้าออกจากเครือข่ายที่วัดได้อย่างสมบูรณ์
2. ความเป็นไปได้ของแหล่งจ่ายไฟจากแหล่งใด ๆ - แหล่งจ่ายไฟ, แบตเตอรี่, พอร์ต USB ของคอมพิวเตอร์ ฯลฯ
3. การตั้งค่าที่หลากหลาย
4. ฐานองค์ประกอบที่มีอยู่
5. ปริมาณที่วัดได้หลากหลาย
6. ความเป็นไปได้ในการถ่ายโอนผลการวัดไปยังระบบคอมพิวเตอร์อื่น (เช่น ไปยังพีซี)

ข้อบกพร่อง:

1. ความไม่เชิงเส้นของ CT ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดกระแสตลอดช่วงทั้งหมด ซึ่งทำให้ประเมินความแม่นยำของการวัดได้ยาก (ช่วงปัจจุบันบางช่วงวัดได้อย่างแม่นยำ ช่วงที่เหลือมีข้อผิดพลาด และช่วงนั้นต่างกัน) ช่วงเหล่านี้ขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์ที่ปรับในโหมดการสอบเทียบอุปกรณ์อย่างมาก ดังนั้นจึงไม่ได้รับการแก้ไข ตัวอย่างเช่น คุณสามารถปรับเทียบเพื่อให้โหลดที่มีขนาดเล็ก เช่น ที่ชาร์จโทรศัพท์มือถือ หัวแร้งบัดกรี หรือหลอดไฟในอพาร์ตเมนต์ การอ่านค่าจะถูกต้อง แต่โหลดที่ทรงพลังกว่า (เตารีด เครื่องเป่าผม เตาไฟฟ้า เตาอบ ไมโครเวฟ เครื่องซักผ้า ) จะถูกวัดโดยมีข้อผิดพลาด
2. TT อาจเป็นชิ้นส่วนที่ยากและมีราคาแพงในการได้มา
3. เมื่อไม่มีโหลด บางครั้งอุปกรณ์จะแสดงกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดปฐมภูมิของ CT และผลที่ตามมาคือกำลังบางส่วนและพารามิเตอร์อื่นๆ

ไม่ได้ระบุคุณสมบัติทางเทคนิคโดยละเอียดของอุปกรณ์เพราะว่า มีความเป็นไปได้ค่อนข้างมากสำหรับการกำหนดค่าและการปรับแต่ง

รุ่น CT ที่ใช้อาจอนุญาตให้วัดกระแสได้สูงถึง 25A แต่หากต้องการใช้ช่วงนี้อย่างเต็มที่ จำเป็นต้องแก้ไขระยะอินพุต (แอนะล็อก) ของวงจรและไมโครโค้ด
ช่วงของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ยังขึ้นอยู่กับหม้อแปลงที่ใช้ด้วย หากเป็นเรื่องปกติ "จากแหล่งจ่ายไฟ" แสดงว่านี่คือช่วง "มาตรฐาน" ประมาณ 180-250V และหากคุณใช้หม้อแปลงที่ทำขึ้นเป็นพิเศษ คุณจะสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าได้ 380 โวลต์

ช่วงของค่าที่กำหนดโดยประเภทข้อมูลที่ใช้และคุณลักษณะอัลกอริธึมของไมโครโค้ด – U=1..999v, I=1mA..65A, S/P/Q – แต่ละหน่วยที่สอดคล้องกัน 1..999
ปริมาณการใช้กระแสไฟของวงจรคือ 28-30 mA โดยไม่คำนึงถึงกระแสไฟแบ็คไลท์ของจอแสดงผล กระแสไฟนี้จะแตกต่างออกไปสำหรับ LCD รุ่นต่างๆ ค่าปกติของมันคือ 100-120 mA
นอกจากนี้กระแสอาจแตกต่างกันเล็กน้อยจากค่าที่กำหนดเมื่อใช้ LCD และรุ่น op-amp ที่แตกต่างกัน

ภาพถ่าย

สุดท้ายนี้รูปถ่ายบางส่วนของอุปกรณ์

หน่วยพลังงาน. มีหม้อแปลงหนึ่งตัวซึ่งมีขดลวดอิสระสองตัว อันหนึ่งทำหน้าที่จ่ายไฟเอง อันที่ 2 (สายไฟสีเหลือง 2 เส้นทางด้านขวา) – วัด T1

บอร์ดพัฒนาอุปกรณ์ หมายเหตุ (อีกครั้ง): นี่คือต้นแบบ สถานีย่อยไม่ได้ผลิตตามแบบ Sprint เพราะ มีการวางแผนที่จะใช้งานอุปกรณ์โดยเป็นส่วนหนึ่งของผลิตภัณฑ์อื่นซึ่งยังอยู่ในการพัฒนา ดังนั้นโปรดอย่าใส่ใจกับทั้งสองแผ่น จอแสดงผลที่สองและ LED ทางด้านซ้าย พวกเขาไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ที่อธิบายไว้

หัวแร้ง 25W. แสดงโปรไฟล์ 2.

โดยไม่ต้องโหลด แสดงโปรไฟล์ 2. เราตรวจพบสัญญาณรบกวนและข้อบกพร่องบนขดลวด CT ผลลัพธ์ที่ได้คือกระแส "ซ้าย" ที่ 68 mA ทั้งหมดที่กล่าวมา

เช่นเดียวกับข้างต้น แต่ไม่มีการแทรกแซง แสดงโปรไฟล์ 2.

เตารีด 1kW. แสดงโปรไฟล์ 1. กำลังไฟฟ้าเชิงลบ J - โหมด "แก้ไข" ถูกปิดใช้งาน ไฟ LED อันที่สองจากด้านซ้ายสว่างขึ้น - สัญลักษณ์ของการใช้ช่องสัญญาณกระแสสูง (พิน 19 (PD5) ของคอนโทรลเลอร์) ชุดเกณฑ์ – 4A

รายการวัสดุที่ให้มา

Wattmetr-Mega16-16MHz.zip – เฟิร์มแวร์ตัวควบคุมพร้อมแหล่งที่มา นอกจากนี้ในไฟล์เก็บถาวรยังมีไฟล์ไมโครโค้ดสำเร็จรูป wattmetr.hex และไฟล์การตั้งค่าจากโรงงาน (EEPROM) - wattmetr.eep
WinAppWattmeter.zip – แอปพลิเคชันสาธิตพร้อมแหล่งที่มา (.NET 2.0, C# ภายใต้ VS.NET 2005+) นอกจากนี้ยังมีไฟล์ exe สำเร็จรูป (ไม่มีไวรัส)
Plata\*.* - ภาพวาดของแผงวงจรพิมพ์ในรูปแบบ .lay (Sprint 5)

1. แอลเอ Bessonov รากฐานทางทฤษฎีของวิศวกรรมไฟฟ้า เอ็ด 9 ใน 2 เล่ม มอสโก "โรงเรียนมัธยม", 2539
2. เครื่องวัดเฟสอิเล็กทรอนิกส์ - http://kazus.ru/shemes/showpage/0/104/1.html Aka - วิทยุหมายเลข 5, 1990, หน้า 56
3. Atmel AVR465: มิเตอร์วัดกำลัง/พลังงานเฟสเดียวพร้อมระบบตรวจจับการงัดแงะ
4. วัตต์มิเตอร์แบบดิจิตอลบน MK - http://radiokot.ru/circuit/digital/measure/23/
5. หม้อแปลงกระแส - http://bsvi.ru/transformator-toka/
6. เซ็นเซอร์กระแสอุตสาหกรรมสมัยใหม่ “โมเดิร์นอิเล็กทรอนิกส์” ตุลาคม 2547
7. การวัดค่าแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ - http://arv.radioliga.com/content/view/107/43/

รายชื่อธาตุกัมมันตภาพรังสี

การกำหนด	พิมพ์	นิกาย	ปริมาณ	บันทึก	ร้านค้า	สมุดบันทึกของฉัน
	แผนภาพอุปกรณ์
ดีดี1	MK AVR 8 บิต	เอทีเมก้า16	1			ไปยังสมุดบันทึก
DA1	เครื่องขยายเสียงปฏิบัติการ	LM358	1			ไปยังสมุดบันทึก
วีดี1-วีดี4	ชอตกีไดโอด

บางครั้งคุณจำเป็นต้องวัดแอมพลิจูดของแรงดันไฟหลัก ความถี่ หรือพารามิเตอร์อื่นๆ ฉันทำดังนี้ - ก่อนที่จะเปิดชุดคอมเพรสเซอร์คุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายไม่ต่ำกว่าค่าที่ระบุ มิฉะนั้นเครื่องยนต์จะไม่สตาร์ทและวาล์วอาจไม่อยู่ในตำแหน่งที่ต้องการ ปัญหาหลักที่นี่คือเป็นที่พึงปรารถนาอย่างยิ่งที่จะมีการแยกกัลวานิกจากแรงดันไฟหลัก เหล่านั้น. การวัดแรงดันไฟหลักโดยตรงผ่านตัวแบ่งแบบธรรมดาอาจเป็นความเสี่ยงได้

▌วัดความหนาของหน้าอก
ในขั้นต้น โครงการได้รวมวิธีแก้ปัญหาต่อไปนี้:

ตัวต้านทานดูดซับแรงดันไฟฟ้าส่วนใหญ่ ซีเนอร์ไดโอดถูกใช้ที่นี่มากกว่าเป็นตาข่ายนิรภัยและเป็นไดโอดย้อนกลับสำหรับครึ่งคลื่นฝั่งตรงข้าม ในความเป็นจริงมันไม่จำเป็นอย่างยิ่ง

ถ้าอย่างนั้นทุกอย่างก็ง่าย ออปโตคัปเปลอร์ H11L1M มีทริกเกอร์ Schmitt อยู่ข้างใน เช่น มีฮิสเทรีซิสบางอย่างในการเปิดและปิด โดยจะเปิดที่กระแสผ่าน LED ประมาณ 1 mA และปิดที่กระแส 0.8 mA

หากคุณดูออสซิลโลแกรมของกระแสบน LED โดยถอดออกจากตัวต้านทาน R35 คุณจะเห็นภาพต่อไปนี้สำหรับ 220 โวลต์:

ความละเอียดอยู่ที่ 50mV ต่อดิวิชั่น ทริกเกอร์ตั้งไว้ที่ 80mV เมื่อตก

ควรเปิดที่ 100mV และปิดที่ 80mV ซึ่งจะเป็น 1mA และ 0.8mA ตามลำดับ เคอร์เซอร์จะเน้นช่วงเวลาของการเปิดและปิด ความแตกต่างของเวลา dx = 8.38ms

หากคุณลดแรงดันไฟฟ้าลงเหลือ 110 โวลต์แสดงว่า:

dx จะลดลงเหลือ 6.94ms เช่น มิลลิวินาทีสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ความถี่เมกะเฮิรตซ์คือเท่าใด ใช่แล้ว จำนวนมหาศาล! การวัดอย่างแม่นยำด้วยตัวจับเวลาในโหมดจับภาพก็ไม่มีปัญหา จากนั้นใส่ตารางการติดต่อลงในหน่วยความจำแล้วดูเหมือนว่าทุกอย่างจะเจ๋งใช่ไหม? ใช่แต่ไม่ใช่จริงๆ...

วิธีแก้ปัญหามีราคาถูกและเรียบง่าย แต่ไม่ค่อยแม่นนัก และในบางกรณีก็ไม่สามารถนำไปใช้ได้เลย

ปัญหาทั้งหมดก็คือระยะเวลาขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดทางอ้อม ในโลกอุดมคติ มันจะผ่านช่องทางนี้ไป แต่เครือข่ายสมัยใหม่ โดยเฉพาะเครือข่ายอุตสาหกรรม กลับถูกอุดตันอย่างหนักจากผู้บริโภคที่มีแรงกระตุ้นต่างๆ

เช่นเดียวกับช่างเชื่อม อินเวอร์เตอร์ ไดรฟ์ทรงพลัง และอื่นๆ ทุกประเภท สิ่งที่บิดเบือนรูปร่างของไซน์ ทำให้มันเป็นเรื่องลามกอนาจารโดยทั่วไป และถ้านี่ไม่ใช่ไซน์ แต่เป็นเรื่องไร้สาระ โครงสร้างที่สวยงามของเราทั้งหมดตามเวลาก็ผ่านไป ประการแรก ความแม่นยำลดลงอย่างหายนะ แต่ในตอนแรกมันก็ค่อนข้างงั้นๆ ประการที่สอง คุณจะต้องปรับเทียบเครือข่ายใหม่ทุกครั้ง เนื่องจากตารางไม่สามารถจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำได้เพียงครั้งเดียว รูปร่างของไซนัสไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณเลย แต่อยู่ที่ Welder Cannibal LLC ซึ่งตั้งอยู่ในเวิร์กช็อปใกล้เคียง

ดังนั้นคุณยังคงสามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่าง 220 โวลต์จาก 110 ได้ แต่คุณสามารถลืมความแม่นยำได้มากถึงอย่างน้อย 5 โวลต์ แต่ในบางกรณีก็ไม่จำเป็นต้องมากกว่านี้

ทันใดนั้นฉันก็ต้องการมัน ดังนั้นเราจึงเริ่มสร้างโปรเจ็กต์ดั้งเดิมที่ฉันสืบทอดมาจากรุ่นก่อนอีกครั้ง

ความคิดแรกคือการติดตั้งตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นความถี่ที่ด้านร้อน โดยส่งผ่านออปโตคัปเปลอร์ตัวเดียวกัน แต่ต้องป้อนอะไรร้อนๆ เข้าไปด้วย ฉันไม่ต้องการติดตั้งแหล่งเก็บประจุเลย แน่นอนว่าเป็นไปได้ที่จะติดโมดูล 220AC-5DC ขนาดเล็กบนฟลายแบ็ค เช่น TSP-05 มีจำหน่ายที่ Ali ราคาไม่แพง

คุณควรสละเวลาในการทบทวนโมดูลนี้ สิ่งที่ยอดเยี่ยมสำหรับการจ่ายไฟให้กับอึที่ใช้พลังงานต่ำจาก 220 โวลต์ แต่คงจะยุ่งยากมากทีเดียว พิจารณาตัวป้อน จากนั้นตัวแปลงความถี่แรงดันต่ำ ออปติก...

▌หม้อแปลงไฟฟ้า
ความคิดที่สองคือหม้อแปลงไฟฟ้าธรรมดา ซื้อทรานส์ส่งกำลังที่เล็กที่สุดที่คุณสามารถหาและวัดแรงดันไฟฟ้าได้ในตลาดรอง ฉันถาม Element ว่าพวกเขามีอะไรประเภทนี้ - พวกเขาหยิบ TPK-2 ขึ้นมา

โดยหลักการแล้วถือว่าเหมาะสมแต่กลับพบวิธีแก้ปัญหาที่ดีกว่า

หุ่นจิ๋วขนาดเท่าน้ำซุปก้อน รองรับการพังทลายได้สูงสุด 3kV อัตราส่วนการหมุนคือ 1:1 แต่นี่คือหม้อแปลงกระแส 2mA:2mA นั่นคือเราจ่ายกระแสให้กับอินพุตและลบกระแสออก กระแสไฟอินพุตถูกตั้งค่าโดยตัวต้านทานแบบอนุกรม และตัวต้านทานยังใช้แบบขนานเพื่อให้ได้แรงดันไฟเอาท์พุตอีกด้วย

เหล่านั้น. แผนภาพมีลักษณะดังนี้:

R1 ถูกเลือกเพื่อให้กระแสที่ไหลผ่านขดลวดไม่เกิน 2mA โดยจะเก็บกระแสได้สูงสุด 10mA แต่หลังจากสูญเสียความเป็นเชิงเส้น 2mA และพระเจ้าทรงทราบว่าจะเกิดอะไรขึ้นที่เอาต์พุต แรงดันไฟฟ้าของเราคือ 220-250 โวลต์ เรายึดตามแถบด้านบน แต่นี่คือการแสดง และเราต้องการแอมพลิจูด เหล่านั้น. คูณ 250 ด้วยรากของ 2 เพื่อให้ได้แอมพลิจูด 250*1.41 = 353.5 โวลต์ เราพบว่าความต้านทานแรกควรอยู่ที่ 180 kOhm

แรงดันไฟฟ้าของไมโครคอนโทรลเลอร์ของฉันคือ 5 โวลต์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ตัวต้านทาน R2 เพื่อให้ที่ 2 mA จะมีแรงดันไฟฟ้าประมาณ 4.5 โวลต์ โดยเหลือไว้ครึ่งหนึ่งเป็นพลังงานสำรอง นี่จะอยู่ที่ประมาณ 2.2kOhm

แค่นั้นแหละ แอมพลิจูดเอาท์พุตตอนนี้อยู่ที่ประมาณ 5 โวลต์ แต่ก็มีการซุ่มโจมตีอยู่ เธอเป็นตัวแปร และเราต้องการการวัด 0...5 โวลต์ จะทำอย่างไร? ยืดตรง

▌ขอไดโอดหน่อยสิ!

คุณสามารถติดตั้งไดโอดได้ มันจะตัดครึ่งคลื่นเชิงลบออก แต่มีความละเอียดอ่อนอย่างหนึ่งที่นี่ หากคุณเพียงแค่วางไดโอดไว้หน้าตัวต้านทานโหลดโดยตรง:

จากนั้นในครึ่งคลื่นย้อนกลับปรากฎว่าเราจะแยกหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าออกและจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อมีการแตกหัก แหล่งที่มาปัจจุบัน? ถูกต้อง - ความตึงเครียดอย่างบ้าคลั่ง ท้ายที่สุดแล้ว เขาจะพยายามอย่างสุดความสามารถเพื่อดัน 2mA ของเขาผ่านความต้านทานย้อนกลับขนาดใหญ่ของไดโอด เป็นผลให้แรงดันไฟฟ้าดังกล่าวลดลงที่ไดโอด D1 ซึ่งใช้เวลาไม่นานในการทะลุผ่าน ในการเชื่อมต่อดังกล่าว ให้ติดตั้งเฉพาะบริดจ์หรือไดโอดย้อนกลับ D2 เพื่อให้กระแสมีเส้นทางในครึ่งคลื่นย้อนกลับเสมอ

แต่นี่จะเป็นไดโอดสองตัวอยู่แล้ว เหตุใดเราจึงต้องมีเซมิคอนดักเตอร์เพิ่มเติมในวงจร? ดังนั้นจึงง่ายกว่าที่จะทิ้งตัวต้านทานแบบขนานไว้แล้วแก้ไขแรงดันไฟฟ้าที่ถอดออกแล้ว

เพื่อให้ระบบทำงานได้ จำเป็นต้องมีตัวต้านทานตัวอื่น ความจริงก็คือ ADC มีความต้านทานอินพุตสูงมาก เทียบได้กับการเชื่อมต่อแบบย้อนกลับของไดโอด ดังนั้นไดโอดจึงไม่ทำงาน แต่ต้องใช้กระแสไฟฟ้าจึงจะไหล ดังนั้นเราจึงตั้งค่าการลดครั้งที่สองเป็น 100 kOhm และเราได้ลบสัญญาณของเราออกไปแล้ว

มีข้อเสียอยู่สองสามข้อที่นี่ ความจริงก็คือไดโอดของเรามีการดรอปของตัวเอง ดังนั้นเราจะสูญเสียแอมพลิจูดบางส่วนไป แต่นี่เป็นเรื่องไร้สาระเราสามารถแก้ไขได้ด้วยตัวต้านทานและเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ที่แย่กว่านั้นคือลักษณะของไดโอดนั้นไม่เป็นเชิงเส้นซึ่งทำให้เกิดการบิดเบือน

มองให้ดี สีน้ำเงินคือไซน์ดั้งเดิมจากทรานส์ และสีเหลืองคือครึ่งคลื่นบวกจากไดโอด จากจุดศูนย์ไซน์จะไปตามที่ควรจะเป็นสำหรับไซน์ แต่ครึ่งคลื่นของไดโอดจะเพิ่มขึ้นด้วยความโค้งเอ็กซ์โปเนนเชียลที่เห็นได้ชัดเจนและไม่ถึงค่าของการลดลงของไดโอด (ประมาณ 0.7 โวลต์สำหรับ 1N4148 ที่ฉันมี ).

เลขชี้กำลังนำมาจากคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของไดโอด

สำหรับฉันในโครงการของฉัน สิ่งนี้ไม่ได้สำคัญมาก จะมีคนโกงอยู่ที่นั่นใกล้ศูนย์ก็ไม่สำคัญ

▌ไดโอดของคุณมันห่วย คุณจะพาฉันไปเพื่อใคร? เอาไดโอดที่สมบูรณ์แบบมาให้ฉัน!
แต่ถ้ามันสำคัญมาก ฉันจะสร้างไดโอดในอุดมคติขึ้นมา มันทำจากไดโอดและออปแอมป์ มีแผนการที่แตกต่างกันมากมาย สิ่งแรกที่นึกถึงคือสิ่งนี้

มันใช้งานได้ง่าย

แอมพลิฟายเออร์มีการป้อนกลับเชิงลบ ดังนั้นเราจึงถือว่าอินพุทลัดวงจรซึ่งกันและกัน (ลัดวงจรเสมือน)

บนครึ่งคลื่นบวก กระแส I ใน =U ใน /R3 จากอินพุตจะไหลลงสู่กราวด์ผ่านตัวต้านทาน R3 แต่เนื่องจากในความเป็นจริง ไม่มีการลัดวงจร ยิ่งกว่านั้น ไม่มีสิ่งใดไหลหรือไหลผ่านอินพุตของ op-amp (ก็ เกือบจะมีจำนวนจิ๋วที่ไม่มีนัยสำคัญในชีวิตจริง) จากนั้นกระแสที่ไหลผ่าน R3 เท่ากับ I เข้าจะเท่ากับ I เอาท์อย่างแน่นอน ซึ่งไหลจากเอาท์พุต op-amp ผ่าน R3 ลงสู่กราวด์ การสร้างแรงดันตกคร่อม U out จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทาน เหล่านั้น. U ออก = I เข้า *R3 = U เข้า โดยไม่มีการบิดเบือนใดๆ

ในครึ่งคลื่นลบ op-amp จะพยายามดึงเอาต์พุตผกผันให้ต่ำกว่าศูนย์ผ่านฟีดแบ็คเพื่อปรับให้เท่ากันกับคลื่นโดยตรง แต่ไดโอดที่บรรจุอยู่ที่นั่นจะไม่อนุญาตให้เขาทำเช่นนี้ ไม่มีกระแสจะไหลผ่าน R3 และไม่มีกระแสและไม่มีแรงดันไฟฟ้า ผลลัพธ์คือ 0

นี่เป็นโครงการง่ายๆ ใช้งานได้กับแหล่งจ่ายไฟแบบไบโพลาร์และยูนิโพลาร์

สิ่งเดียวคือสำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบ unipolar คุณต้องใช้แอมพลิฟายเออร์ประการแรกคือแหล่งจ่ายไฟแบบ unipolar อย่างเคร่งครัด (แหล่งจ่ายไฟเดี่ยว) และในเวลาเดียวกันก็สามารถรับค่าลบที่อินพุตได้ (อินพุต แรงดันไฟฟ้าโหมดร่วม พิสัย) และประการที่สองด้วยเอาต์พุตราง 2 ราง ไม่เช่นนั้นจะตัดยอดออก

เหล่านั้น. สินค้าอุปโภคบริโภคเช่น LM358 จะไม่ทำงาน แต่บางอย่างเช่น AD823 ก็ใช้ได้ดี สำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบไบโพลาร์สินค้าอุปโภคบริโภคใด ๆ ก็เหมาะสมบางทีราง 2 รางอาจจะไม่ฟุ่มเฟือย แต่ระดับที่ต้องการนั้นขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย หากคุณไม่ต้องการแหล่งจ่ายไฟแบบเต็มช่วงตั้งแต่บวกจนถึงลบ เราก็จะยอมจ่ายให้สาม kopeck และไม่ต้องกังวล

▌ไม่! ติดไดโอดนี้ไว้ คุณรู้ไหมว่า...

ตัวเลือกการสลับที่สองดีกว่าเล็กน้อยไม่มีไดโอด:

นี่มันรวมอยู่ใน op-amp โดยตรง อัตราส่วนของตัวต้านทานจะเหมือนกับในตัวเลือกแรกทุกประการ หม้อแปลงไฟฟ้าลัดวงจรไปที่กราวด์เสมือน และกระแสที่ไหลที่นั่นจะไหลผ่านตัวต้านทาน OS แต่เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟของเรามีขั้วเดียว ครึ่งคลื่นล่างจึงฝังตัวเองลงดิน ข้อกำหนดสำหรับ op-amp จะเหมือนกับในวงจรก่อนหน้า Rail-2-Rail และ Single Supply

▌เฮ้ เฮ้ ทำไมคิดลบขนาดนั้นล่ะ? คิดบวกไว้นะพี่ชาย!
นี่คือตัวเลือกการรวมที่สาม ที่นี่คุณไม่จำเป็นต้องมี op-amp ด้วยซ้ำ เราไม่ได้ยืดหรือตัดครึ่งคลื่นล่างออก แต่เพิ่มองค์ประกอบคงที่ลงไป โยนความมึนงงของเราไปตรงกลางตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ต้องเลือกตัวต้านทานบนตัวทุติยภูมิเพื่อให้แอมพลิจูดไม่เกินแรงดันไฟฟ้าและไม่ต่ำกว่าค่านั้น

ผลลัพธ์จะมีลักษณะดังนี้:

ช่องแรกมาจากเอาต์พุตของวงจร และช่องที่สองเชื่อมต่อกับตรงกลางของตัวแบ่ง สัญญาณของเราจะเป็นศูนย์อย่างแน่นอน

▌แล้วติตอฟ ไชน่าล่ะ?
สำหรับ Arduinists ที่ไม่รู้วิธีบัดกรีก็มีโมดูลสำเร็จรูป

นี่เป็นตัวเลือกที่ค่อนข้างง่ายสำหรับการวัดเครือข่ายและไม่สูญเสียการแยกไฟฟ้า

เรากำลังเข้าสู่ส่วนสุดท้ายของวงจรการตรวจสอบเซ็นเซอร์ ซึ่งเราจะดูเซ็นเซอร์กระแสและแรงดันไฟฟ้า DC และ AC สำหรับเซ็นเซอร์อื่นๆ ทั้งหมดที่ไม่รวมอยู่ในซีรี่ส์หลัก เราจะทำการตรวจสอบเพิ่มเติมเมื่อมีความจำเป็นอย่างกะทันหันในบทความต่อๆ ไป
บทความนี้จะเปิดเนื้อหาชุดใหม่เกี่ยวกับการวัดพารามิเตอร์คุณภาพไฟฟ้า ซึ่งจะรวมถึงปัญหาในการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กระแสและแรงดันไฟฟ้าเข้ากับไมโครคอนโทรลเลอร์ การพิจารณาอัลกอริทึมสำหรับการทำงานของเครื่องวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้า ความหมายของตัวบ่งชี้คุณภาพไฟฟ้าบางอย่าง และความหมายของสิ่งเหล่านั้น . นอกจากนี้ เราจะกล่าวถึงหัวข้อที่เป็นข้อกังวลของหลาย ๆ คนเกี่ยวกับความแม่นยำของการแปลงเป็นดิจิทัลและการประมวลผลข้อมูล ตามที่กล่าวไว้ในความคิดเห็นในบทความแรก

เซ็นเซอร์ปัจจุบัน

การวัดการแบ่ง

วิธีที่ง่ายและแม่นยำที่สุดในการวัดกระแส ดังที่คุณทราบ เมื่อกระแสไหลผ่านความต้านทานแบบแอคทีฟ แรงดันตกคร่อมจะเกิดขึ้นตามสัดส่วนของกระแสที่วัดได้ เยี่ยมมากเราใช้ตัวต้านทานและวางไว้ในวงจรเปิดของวงจรที่วัดได้:


รูปที่ 10: การแบ่งกระแสเซ็นเซอร์ปัจจุบัน
แรงดันตกคร่อมวงจรสับเปลี่ยนจะเป็นสัดส่วนกับกระแสที่ไหลผ่าน:
(10)
ดังนั้น ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการที่เอาต์พุตของเซ็นเซอร์ เราจึงเลือกความต้านทานสับเปลี่ยนที่ต้องการ แต่! แรงดันตกคร่อมวงจรแบ่งจะนำไปสู่การสูญเสียและความร้อน ดังนั้นที่กระแสสูงเราถูกบังคับให้พอใจกับค่าแรงดันไฟฟ้าอินพุตต่ำเพื่อจำกัดการสูญเสีย อุปกรณ์ที่ผลิตในเชิงพาณิชย์เหล่านี้มีแรงดันเอาต์พุตมาตรฐานที่ 75mV:

รูปที่ 11: การแบ่งกระแสประเภท ShSM
หัวตรวจวัดแบบแบ่งส่วนใหญ่ได้รับการปรับเทียบที่ 75mV ให้ความสนใจกับสกรูคู่ที่สอง - ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์วัดเพื่อลดการสูญเสีย
ในการวัดกระแสไฟฟ้าโดยใช้การสับเปลี่ยนดังกล่าว จำเป็นต้องใช้เครื่องขยายสัญญาณในการดำเนินงาน ในเวลาเดียวกันอัตราขยายเฉลี่ยอยู่ที่ 20-40 ซึ่งอยู่ในความสามารถของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยหลักการแล้วสิ่งนี้สามารถทำได้โดยใช้ทรานซิสเตอร์สองขั้วตัวเดียว
เราได้รับแผนภาพต่อไปนี้:


รูปที่ 12: การใช้ออปแอมป์เป็นเครื่องขยายเสียง
ควรคำนึงว่าเมื่อทำการวัดกระแสสลับสัญญาณเอาท์พุตจะเป็นไบโพลาร์และแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานจะต้องได้รับพลังงานจากแหล่งพลังงานไบโพลาร์
ในกรณีนี้ เรามาดูกันว่าโครงการของเราทำงานอย่างไร:


รูปที่ 13: การจำลองแอมพลิฟายเออร์เซ็นเซอร์ปัจจุบัน
เราใช้ 75mV กับอินพุตคูณด้วย 20 ที่เอาต์พุตเรามีสัญญาณที่มีแอมพลิจูด 1.5V สำหรับกระแส 10A ในบทความถัดไป เราจะมาดูว่าทำไมสัญญาณไบโพลาร์ถึงไม่ดี
ข้อดี:

• ความแม่นยำสูง;
• แรงดันไฟฟ้าและความถี่ที่หลากหลาย

ข้อบกพร่อง:

• ไม่มีการแยกกระแสไฟฟ้า
• ประสิทธิภาพต่ำ

หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าของเครื่องมือ

หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าสำหรับการวัดคือหม้อแปลงไฟฟ้า ขดลวดปฐมภูมิซึ่งเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า และขดลวดทุติยภูมิเชื่อมต่อกับเครื่องมือวัดหรืออุปกรณ์ป้องกันอัตโนมัติ
หม้อแปลงกระแสใช้ในการวัดกระแสในวงจรกระแสสูง ซึ่งมักจะมีศักยภาพสูง ตัวอย่างเช่น เราต้องการวัดกระแสในเครือข่าย 10 kV หรือเราต้องการวิธีแยกกระแสไฟฟ้าที่วัดได้ของอุปกรณ์ 220V ของเราด้วยวิธีที่ง่ายและค่อนข้างถูก ปัญหาหลักของหม้อแปลงกระแสคือสามารถวัดได้เฉพาะแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น
มีการโหลดหม้อแปลงกระแสอยู่เสมอ หากขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงกระแสเปิดอยู่จะมีศักย์ไฟฟ้าสองถึงสามพันกิโลโวลต์เกิดขึ้นซึ่งจะทำให้บุคลากรได้รับบาดเจ็บและปิดการใช้งานอุปกรณ์โดยทะลุฉนวน
หม้อแปลงไฟฟ้ามาพร้อมกับขดลวดปฐมภูมิในตัว ตัวอย่างเช่น:

รูปที่ 14: หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าซีรีส์ Coilcraft CS2106L
ไม่ว่าจะเป็นช้างเหล่านี้ซึ่งมีอะไรคล้ายขดลวดปฐมภูมิในรูปของรถบัสขนาดใหญ่ หรือแม้แต่หน้าต่างสำหรับลอดสายไฟผ่าน


รูปที่ 15: หม้อแปลงกระแสหลายแอมป์อุตสาหกรรม
ข้อเสียเปรียบหลักของหม้อแปลงกระแสคือทำงานที่ความถี่ที่กำหนดเท่านั้น ก้าวไปทางซ้าย ก้าวไปทางขวา - การดำเนินการ แกนโลหะคือการตำหนิ
แต่ถ้าเราถอดออกเราก็จะได้หม้อแปลงลมหรือที่เรียกว่า คอยล์ Rogowski:

รูปที่ 16: แผนภาพการเชื่อมต่อคอยล์ Rogowski
แตกต่างจากเซ็นเซอร์อื่นๆ ที่ต้องมีปฏิสัมพันธ์กับวงจรที่วัดได้ ขดลวด Rogowski สามารถติดตั้งไว้ที่ด้านบนของสายไฟของวงจรที่วัดได้เหมือนกับสายพาน
เครื่องมือวัดบางชนิดมีเซ็นเซอร์ดังต่อไปนี้:


รูปที่ 17: เซ็นเซอร์คอยล์ Rogowski
ช่วงของกระแสที่วัดได้มีตั้งแต่หมื่นถึงหลายพันแอมแปร์ แต่มีความแม่นยำต่ำ
ข้อดี:

• การแยกกัลวานิก
• ทำงานกับกระแสสูงหลายพันแอมแปร์

ข้อบกพร่อง:

• วัดเฉพาะกระแสสลับในช่วงความถี่ที่กำหนด (ยกเว้นคอยล์ Rogowski)
• เปลี่ยนเฟสของสัญญาณและต้องมีการชดเชย

เซ็นเซอร์กระแสฮอลเอฟเฟกต์

เซนเซอร์ประเภทนี้ใช้ผลกระทบของความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นเมื่อตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าถูกวางในสนามแม่เหล็ก

รูปที่ 18: เอฟเฟกต์ฮอลล์
เมื่อสร้างเซ็นเซอร์ เราใช้วงจรแม่เหล็ก ผ่านลวดของวงจรที่วัดผ่านมัน และวางเซ็นเซอร์ Hall ไว้ในส่วนของวงจรแม่เหล็ก เพื่อให้ได้เซ็นเซอร์กระแสแบบเปิด:


รูปที่ 19: เซ็นเซอร์กระแสฮอลล์เอฟเฟกต์แบบเปิด
ข้อดีของเซ็นเซอร์นี้คือความเรียบง่าย ข้อเสียคือการมีแกนแม่เหล็ก ดังนั้นจึงเพิ่มความไม่เชิงเส้นของการอ่าน
มาเพิ่มขดลวดที่แกนกลางแล้วส่งผ่านกระแสตามสัดส่วนของกระแสที่วัดได้:


รูปที่ 20: การชดเชยเซนเซอร์กระแส Hall Effect
ด้วยความโน้มเอียงของแกนเป็นศูนย์ เราจะเพิ่มความเป็นเส้นตรงของเซ็นเซอร์และระดับความแม่นยำของมัน อย่างไรก็ตามในการออกแบบเซ็นเซอร์ดังกล่าวอยู่ใกล้กับหม้อแปลงกระแสและทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นอย่างมาก
เช่นเดียวกับหม้อแปลงไฟฟ้า มีเซ็นเซอร์หลายประเภทที่ให้คุณส่งสายไฟผ่านได้:


รูปที่ 22: เซ็นเซอร์กระแสฮอลเอฟเฟกต์
มีเซ็นเซอร์หลายตัวที่มีแกนแยก - แต่ราคาของมันอยู่นอกแผนภูมิ
เซ็นเซอร์ที่มีวงจรไฟฟ้าในตัวซึ่งอิงตามเอฟเฟกต์ฮอลล์ที่มีการแยกกระแสไฟฟ้า 2.1 kV และ 3 kV ผลิตโดย Allegro เนื่องจากมีขนาดเล็ก จึงไม่แม่นยำสูง แต่มีขนาดกะทัดรัดและใช้งานง่าย


รูปภาพ 23: เซ็นเซอร์กระแส Allegro ACS754

• เซ็นเซอร์ ACS712 – การวัดกระแสตรงและกระแสสลับสูงถึง 30A ด้วยความแม่นยำ ± 1.5%
• เซ็นเซอร์ ACS713 – ปรับให้เหมาะสมสำหรับการวัดกระแส DC สูงถึง 30A มีความไวเป็นสองเท่าของคู่สากล
• เซ็นเซอร์ ACS754 – วัดกระแสตรงและกระแสสลับสูงถึง 200A ด้วยความแม่นยำ ± 1.5%
• เซ็นเซอร์ ACS755 – ปรับให้เหมาะสมสำหรับการวัดกระแส DC
• เซ็นเซอร์ ACS756 เป็นเซ็นเซอร์สำหรับวัดกระแสตรงและกระแสสลับสูงถึง 100A โดยมีแรงดันไฟจ่าย 3-5V

รูปที่ 24: แรงดันเอาต์พุตของเซ็นเซอร์เทียบกับกระแส
ข้อดี:

• กระแสที่วัดได้หลากหลายที่มีความถี่สูงถึง 50-100 kHz และสูงกว่า
• วัดกระแสตรงและกระแสสลับ
• การแยกกัลวานิก

ข้อบกพร่อง:

• แพง

ลิงค์เพิ่มเติม:

หม้อแปลงวัด DC analogiu.ru/6/6-2-2.html
คอยล์ Rogowski www.russianelelectronics.ru/leader-r/review/2193/doc/54046
เอฟเฟกต์ฮอลล์บนวิกิพีเดีย: ru.wikipedia.org/wiki/Hall_Effect
เซ็นเซอร์ฮอลล์ robocraft.ru/blog/electronics/594.html
Danilov A. เซ็นเซอร์กระแสอุตสาหกรรมสมัยใหม่ www.soel.ru/cms/f/?/311512.pdf
การออกแบบวงจรโดยใช้แอมพลิฟายเออร์อะนาล็อก HCPL-7851 www.kit-e.ru/assets/files/pdf/2010_04_26.pdf

บทสรุป

ฉันมอบหมายหน้าที่ให้ตัวเองตรวจสอบเซ็นเซอร์ที่ชุมชนใช้บ่อยที่สุดในการพัฒนาอุปกรณ์ต่างๆ เซ็นเซอร์ส่วนใหญ่ไม่ได้รวมอยู่ในวงจรเพียงด้วยเหตุผลที่ว่าวัสดุของฉันจะไม่จำเป็นต้องใช้ในอนาคตอันใกล้นี้ แต่เซ็นเซอร์บางส่วนยังอยู่ในแผน ฉันจะสร้างวัสดุที่แยกจากกันอย่างแน่นอนโดยมีเซ็นเซอร์ความเร่งและความเร็วเชิงมุม เข็มทิศ และตัวอย่าง ดังนั้นโปรดติดตามบทความใหม่ ๆ !

เครือข่าย 220 V ในกรณีส่วนใหญ่เป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับอุปกรณ์ที่มี MK นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นช่องทางข้อมูลและควบคุมได้ งานต่อไปนี้มีความเกี่ยวข้อง:

• การวัดความถี่ของแหล่งจ่ายไฟหลักและแรงดันไฟหลัก
• ตรวจสอบความพร้อมใช้งานของแหล่งจ่ายไฟหลักเมื่อเปลี่ยนไปใช้แหล่งสำรอง
• การส่งสัญญาณข้อมูลผ่านสายเครือข่าย
• การตอกบัตรการทำงานของอุปกรณ์จากความถี่เครือข่าย
• กำหนดช่วงเวลาที่แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับข้ามศูนย์เพื่อสลับโหลดต่าง ๆ โดยมีระดับการรบกวนน้อยที่สุด

มาตรฐานของประเทศ CIS อนุญาตให้มีการแพร่กระจายของแรงดันไฟฟ้าหลักในช่วง 187...242 V และการเปลี่ยนแปลงความถี่ในช่วง 49...51 Hz อย่างไรก็ตาม พารามิเตอร์เหล่านี้จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเทศและทวีป (ตารางที่ 3.1) ซึ่งจะต้องนำมาพิจารณาเมื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์เพื่อการส่งออก

ตารางที่ 3.1. มาตรฐานโครงข่ายไฟฟ้าในประเทศต่างๆ

ในการปรับแรงดันไฟฟ้าเครือข่าย 220 V ให้เป็นอินพุตแรงดันต่ำของ MC ตัวแบ่งตัวต้านทาน (รูปที่ 3.1, a...h), ออปติคัล (รูปที่ 3.2, a...g) และหม้อแปลงไฟฟ้า (รูปที่ 3.3, a...h) ถูกนำมาใช้ ข้อไขเค้าความเรื่อง. ในสองกรณีสุดท้าย รับประกันการแยกกระแสไฟฟ้าของวงจรหลักและวงจรรอง ซึ่งจะเพิ่มความปลอดภัย

ข้าว. 3.1. แผนผังของเซ็นเซอร์แรงดันไฟหลัก 220 V แบบไม่แยก (สตาร์ท):

ก)ไดโอด VD1 ตัดแรงดันไฟฟ้าครึ่งคลื่นลบ, ตัวต้านทาน R2 ควบคุมความกว้างของสัญญาณที่อินพุต MK (ความถี่ 50 Hz), ตัวเก็บประจุ C1 กำจัดสัญญาณรบกวน;

ข)อินพุต MK รับสัญญาณความถี่สองเท่า 100 Hz จากวงจรเรียงกระแสบริดจ์

วี)สายไฟ MK +5 V เชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับเครือข่าย 220 V ตัวต้านทาน R1 จำกัดกระแสผ่านไดโอดป้องกันภายในของ MK (0.1...0.3 mA) ความถี่สัญญาณ 50 เฮิรตซ์;

ช)ทรานซิสเตอร์ VTI, VT2 สร้างตัว จำกัด แรงดันไฟฟ้าสองทางพร้อมโหลดในรูปแบบของตัวต้านทาน R2 ทรานซิสเตอร์ VT3 เป็นแอมพลิฟายเออร์อินเวอร์เตอร์ ตัวเก็บประจุ C1 ปกป้อง MK จากการสลับสัญญาณรบกวนที่อาจเกิดขึ้นในเครือข่าย 220 V เมื่อไทริสเตอร์ทำงาน

ง) MK ตรวจสอบความสามารถในการให้บริการของ triac VS1 และการไม่มีการแตกหักของโหลด ตัวเก็บประจุ C1 มีความจุขนาดใหญ่ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่อินพุต MK จึงเป็นค่าเฉลี่ย ตัวต้านทาน R2 กำหนดเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าซึ่งต่ำกว่าซึ่งถือว่าเกิดอุบัติเหตุ

จ)สำหรับอุปกรณ์ที่มีความสำคัญต่อขั้วของปลั๊กที่เสียบเข้ากับเต้ารับไฟฟ้า ค่า "ศูนย์" (N) และ "เฟส" (L) ให้กำหนดโดยใช้เครื่องมือมาตรฐานของช่างไฟฟ้า "ไขควงเรืองแสง"

และ)ข้อจำกัดสองทางของแรงดันไฟหลักโดยไดโอดภายในของ MK ตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูง C1 (250 V AC) ในกรณีที่ตัวต้านทาน R3 แตก

ข้าว. 3.2. แผนผังของเซ็นเซอร์แรงดันไฟหลัก 220 V พร้อมการแยกแสง (เริ่มต้น):

ก)โฟโตทรานซิสเตอร์ของออปโตคัปเปลอร์ VU1 ปิดเป็นเวลา 0.1...0.2 มิลลิวินาที ในขณะที่แรงดันไฟหลักข้ามศูนย์ ระยะเวลาที่แน่นอนถูกเลือกโดยตัวต้านทาน R2 ความถี่ 100 Hz;

ข)เครื่องสร้างพัลส์ด้วยความถี่ 50 Hz การแยกกัลวานิกแบบคู่: บนออปโตคัปเปลอร์ VU1 และบนหม้อแปลง 77 โหลดตัวสะสมของออปโตคัปเปลอร์คือตัวต้านทานภายใน MK ไดโอด Schottky VD1 ปกป้องตัวปล่อยของออปโตคัปเปลอร์ VU1 จากแรงดันย้อนกลับ

วี)คล้ายกับรูปที่. 3.2, a แต่มีออปโตคัปเปลอร์สองตัวแยกกันและไม่มีสวิตช์ทรานซิสเตอร์

ช) MK ตรวจสอบการไม่มีการแตกหักของโหลดโดยมีสัญญาณพัลส์ที่มีความถี่ 50 Hz ไดโอด VD1... VD6 ขนานกัน (ถอยหลัง) เพื่อความสมมาตรสูงสุดของวงจร

ข้าว. 3.2. แผนผังของเซ็นเซอร์แรงดันไฟหลัก 220 V พร้อมการแยกแสง (ปลาย)"

ง)เครื่องสร้างพัลส์เครือข่ายสองขั้นตอนโดยใช้ทรานซิสเตอร์ VTI, VT2 ความถี่สัญญาณที่อินพุต MK คือ 100 Hz ด้านหลักของไดรเวอร์นั้นขับเคลื่อนจากโคลงแบบพาราเมตริกที่ประกอบบนองค์ประกอบ R3, VD2, VD3, C1 ไดโอดบริดจ์ VD1 ต้องได้รับการออกแบบสำหรับแรงดันย้อนกลับอย่างน้อย 400 V;

จ)ตัวบ่งชี้สถานะแรงดันไฟหลักพร้อมการแยกกัลวานิกบนออปโตคัปเปลอร์ VU1 องค์ประกอบ C1, R2 ทำหน้าที่เป็นบัลลาสต์ปฏิกิริยาและแอคทีฟสำหรับซีเนอร์ไดโอด VD5 ตามลำดับ เมื่อปิดเครือข่าย 220 V ตัวเก็บประจุ C1 จะคายประจุอย่างรวดเร็วผ่านตัวต้านทาน R1 (เศษส่วนของวินาที) สิ่งนี้จะเพิ่มความปลอดภัย ไม่เช่นนั้นตัวเก็บประจุอาจถูกคายประจุผ่านร่างกายมนุษย์หากคุณใช้มือสัมผัสปลั๊กไฟที่ไม่ได้รับพลังงานโดยไม่ได้ตั้งใจ

และ) LED HL1 บ่งชี้ว่ามีแหล่งจ่ายไฟหลักอยู่และป้องกันตัวปล่อยออปโตคัปเปลอร์ VU1 จากแรงดันย้อนกลับ ตัวต้านทาน RI ตั้งค่ากระแสผ่านออปโตคัปเปลอร์ด้วยครึ่งคลื่นบวก และผ่าน LED HL1 ด้วยครึ่งคลื่นลบ ความถี่พัลส์ที่อินพุต MK คือ 50 Hz

ข้าว. 3.3. แผนผังของเซ็นเซอร์แรงดันไฟหลัก 220 V พร้อมการแยกหม้อแปลง (เริ่มต้น):

ก)เครื่องสร้างพัลส์ทรานซิสเตอร์ที่มีความถี่ 100 Hz ตัวเก็บประจุ C2 ระงับสัญญาณรบกวนจากแรงกระตุ้น เลือกตัวต้านทาน RI เพื่อให้รับประกันว่าทรานซิสเตอร์ VT1 จะเปิดที่แรงดันไฟหลักต่ำสุด ในทางกลับกันจะถูกกำหนดโดยค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านของหม้อแปลง 77 แรงดันไฟฟ้าจากไดโอดบริดจ์ VD1...VD4 ยังเข้าสู่ระบบไฟฟ้าหลักซึ่งสร้างแรงดันไฟฟ้า +5 V สำหรับ MK;

ข)เครื่องตรวจจับแรงดันไฟฟ้าของสายเป็นศูนย์ ตัวเปรียบเทียบ DA1 เพิ่มความชันของขอบสัญญาณและเพิ่มการป้องกันสัญญาณรบกวน เอาต์พุตตัวเปรียบเทียบ (ตัวสะสมแบบเปิด) ถูกโหลดลงบนตัวต้านทานแบบ "ดึงขึ้น" R3 ไดโอด VD5, VD6 จำกัดแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตตัวเปรียบเทียบไว้ที่ 0.6...0.7 V โดยมีแรงดันไฟหลักครึ่งคลื่นบวก และไดโอดที่รวมอยู่ในบริดจ์ VDI...VD4 - พร้อมครึ่งคลื่นลบ

วี)ตัวต้านทาน R2 สร้างแรงดันไฟฟ้าเร้าใจที่ความถี่ 100 Hz ตัวเก็บประจุ C1 ยับยั้งการรบกวน RF องค์ประกอบ VD3, R1 ปกป้อง MK จากไฟกระชากในแรงดันไฟหลัก ต้องเชื่อมต่อไดโอด VD1, VD2 กับอะแดปเตอร์ A1 ด้วยสายไฟแยกกัน

ช)จากไดโอดบริดจ์ VDI... VD4 แรงดันไฟฟ้าเร้าใจที่มีความถี่ 100 Hz จะถูกส่งไปยังอินพุตของตัวเปรียบเทียบอะนาล็อก MK ซีเนอร์ไดโอด VD5, VD6 ต้องมีแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้า MK (ในกรณีนี้คือ +5 V) ไดโอด VD7, VD8 ปกป้อง MK จากความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่อินพุตตัวเปรียบเทียบ

ข้าว. 3.3. แผนผังของเซ็นเซอร์แรงดันไฟหลัก 220 V พร้อมตัวแยกหม้อแปลง (ปลาย):

ง)เชปเปอร์ของพัลส์สี่เหลี่ยมระดับ TTL จากแรงดันไฟหลักสลับ 9... 12 V. ใช้ช่องทางอิสระของชิป DA1 (ไดรเวอร์อินเทอร์เฟซ RS-232) ซึ่งมีทริกเกอร์ Schmitt ที่อินพุต Chain RI, C2 ทำหน้าที่เป็นตัวกรองสัญญาณรบกวนความถี่สูง

จ)ตัวต้านทาน R2, R3 เป็นตัวแบ่งที่มีระดับ +2.5 V เพื่อให้ MK ADC ทำงานในโหมดเชิงเส้น ความถี่ของพัลส์ที่นำมาจากตัวจำกัดไดโอด VD3, VD4 คือ 50 Hz;

และ)คล้ายกับรูปที่ 3.3, d แต่มีไดโอดจำกัด Schottky สองคู่ VD2...VD5 เห็นได้ชัดว่าเป็นการประกันภัยต่อในกรณีที่ไดโอดที่อยู่ในสะพาน VDI ล้มเหลว

ชม)แอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้าอินพุตของ MK ที่มีความถี่การเต้นเป็นจังหวะ 100 Hz ถูกควบคุมโดยตัวต้านทาน R2 เมื่อปิดเครือข่าย ตัวเก็บประจุความจุสูง C1 จะรักษาแรงดันไฟฟ้าที่ +5 V ไว้ระยะหนึ่งเพื่อให้ MK มีเวลาดำเนินการตามขั้นตอนซอฟต์แวร์ให้ถูกต้อง

โวลต์มิเตอร์ระยะไกลบนไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR- อุปกรณ์ที่ช่วยให้คุณสามารถวัดระดับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจากหลายแหล่งจากระยะไกล (ในเวอร์ชันนี้ - 6 ช่องสัญญาณ) และแสดงข้อมูลที่ได้รับบนจอแสดงผลหกจอซึ่งแต่ละจอเป็นตัวบ่งชี้เจ็ดส่วนสามหลัก โวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลบน AVRให้การตรวจสอบแหล่งจ่ายไฟของอุปกรณ์อย่างต่อเนื่องซึ่งอยู่ห่างจากสถานที่ทำงานของผู้ปฏิบัติงาน ตอนนี้อุปกรณ์นี้ใช้ในการวัดแรงดันไฟฟ้าของสามเฟสที่อินพุตและเอาต์พุตของตัวปรับแรงดันไฟฟ้าอุตสาหกรรม - ตัวปรับเสถียรภาพสามเฟส ตำแหน่งของผู้ปฏิบัติงานอยู่ห่างจากอุปกรณ์กันโคลงประมาณ 800 เมตร

การออกแบบโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลประกอบด้วยสองโมดูล:

• โมดูลการวัดและการส่งกำลังอยู่ที่ตำแหน่งการวัดโดยตรง
• โมดูลรับสัญญาณและแสดงผลที่ติดตั้งในสถานที่ทำงานของผู้ปฏิบัติงาน

การเชื่อมต่อชิ้นส่วนโวลต์มิเตอร์นั้นทำด้วยคู่โทรศัพท์ธรรมดา (บะหมี่) เพื่อเพิ่มความต้านทานของช่องสัญญาณสื่อสารต่อการรบกวนทางวิทยุ สามารถใช้สายคู่บิดเกลียวได้ สายสื่อสารถูกแยกกระแสไฟฟ้าจากองค์ประกอบอื่น ๆ ของอุปกรณ์ที่อยู่ภายใต้ไฟฟ้าแรงสูงข้อมูลจะถูกส่งผ่านช่องทางการสื่อสารด้วยสัญญาณปัจจุบันสูงถึง 30 mA

ลักษณะอุปกรณ์:

• ช่วงแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้: 100 – 330V AC;
• ความถี่ของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้: 50Hz;
• ความถี่ในการวัด: 0.5 วินาที (อัพเดตความถี่ของค่าที่วัดได้ 6 ช่อง)
• แรงดันไฟฟ้าของโมดูลรับและแสดงผล: 7 - 25V DC;
• ระดับการแยกกัลวานิกของโมดูล: 5.0 kV;
• ข้อผิดพลาดในการวัดแรงดันไฟฟ้า: ± 1.5%

ในโครงการ โวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลการแปลงสัญญาณอะนาล็อกเป็นดิจิตอลทำได้โดยใช้ ADC ที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR - ATmega8 การวัดค่าแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพนั้นถูกนำมาใช้โดยใช้อัลกอริธึมในการกำหนดจุดสูงสุดของสัญญาณไซน์ซอยด์ จากนั้นคูณด้วยค่าสัมประสิทธิ์แอมพลิจูดของไซนัสซอยด์

แหล่งจ่ายไฟสำหรับการทำงานของโมดูลการวัดและการส่งผ่าน โวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลจัดทำโดยแหล่งจ่ายไฟแบบไม่มีหม้อแปลงจากหนึ่งในช่องของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ในวงจรนี้จากช่องแรก ระดับแรงดันไฟฟ้าในช่องจะต้องมีอย่างน้อย 90V ซึ่งเป็นระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำสุดที่โมดูลยังคงทำงานอยู่

การบ่งชี้การทำงานของสายสื่อสารระหว่างโมดูลอุปกรณ์มีให้โดย LED HL1 ที่อยู่ในโมดูลการวัด

แผนผังของการรับโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลและโมดูลการแสดงผล:

แหล่งจ่ายไฟในการทำงานของโมดูลรับและแสดงผลมาจากแหล่งภายนอก 7-25V DC ระหว่างการทำงานปกติ โวลต์มิเตอร์บน AVRตัวบ่งชี้แสดงค่าของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ หากช่องทางการสื่อสารเสียหายหรือโมดูลการวัดและการส่งผ่านทำงานผิดปกติ กล่าวคือ หากไม่มีข้อมูลจากโมดูลการวัดเป็นเวลานานกว่า 2 ช่วงการอัปเดตข้อมูล (ประมาณ 1.4 วินาที) ข้อความ "Err" จะแสดงบนตัวบ่งชี้ เมื่อการเชื่อมต่อกลับคืนมา การแสดงจะถูกกู้คืนโดยอัตโนมัติ การลดลงของระดับแรงดันไฟฟ้าในช่องใด ๆ ยกเว้นช่องแรกที่ต่ำกว่า 100V จะทำให้ขีดกลาง "---" แสดงบนตัวบ่งชี้ที่เกี่ยวข้องและค่าแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้จะแสดงบนตัวบ่งชี้ที่เหลือ ตามลำดับ.4.08 (12 โหวต)