Представленный в статье ваттметр переменного тока позволяет измерять следующие параметры:
1. Действующее значение напряжения
2. Действующее значение тока
3. Активная мощность
4. Полная мощность
5. Коэффициент мощности
6. Среднюю мощность нагрузки (см. ниже)
Возможности и особенности данной реализации:
1. Измеряемый диапазон мощностей для повышения точности разбит на два диапазона, при этом переключение между ними происходит автоматически.
2. Для улучшения читабельности и упрощения снятия показаний реализованы два варианта отображения информации (на фото ниже)
3. Прибор позволяет определять выход напряжения и тока за установленные границы и управлять нагрузкой на основании этой информации.
4. Прибор также измеряет мощность за период, таким образом можно определить реальное потребление устройств с переменной мощностью (холодильник, утюг, компьютер).
Фото
Активная мощность. Ток. Напряжение.
То же и Полная мощность. Коэффициент мощности. Средняя мощность за период измерения.
Методика измерения:
Существует прекрасная статья Олега Артамонова http://www.fcenter.ru/online.shtml?articles/hardware/tower/6484
Именно в соответствии с ней (и с теорией) и построена программа.
Схема:
Построена на общедоступных компонентах и легка к повторению.
БП - любой блок питания на 5В с небольшими пульсациями.
Усилитель - LM2904 или подобный
Подстроечники Р1 и Р2 - многооборотные
Шунт Rш собран из резисторов 0,1 Ом 2Вт, соединенных параллельно. Выбирается из расчета примерно 1 резистор на 1 кВт максимальной измеряемой мощности. На плате есть место под 10шт. У меня установлено 4, примерно на 4 кВт.
ATMega8 сконфигурирована на работу от внутреннего генератора, 8МГц.
Внешний вид:
Обратите внимание на опторазвязку в левом верхнем углу.
Печатная плата:
Обратите внимание: не все элементы печатной платы использованы. В текущей версии нет необходимости в кварце с его обвязкой, кнопке К2 (рядом с К1, не обозначена).
В правом углу размещена опторазвязка, но я рекомендую сделать ее в виде отдельного устройства. Пригодится.
Настройка и работа схемы:
Внимание: схема находится под сетевым напряжением. Прошивку МК производить при отключенном напряжении, запитывать через программатор! Выход UART подключать только через опторазвязку!
Настройка делится на два этапа.
Этап 1. Настройка точки нуля.
- Зажать кнопку и включить прибор. Отпустить кнопку.
- На экране появится изображение вида:
Это значения напряжения и тока по шкале 0..1023.
Слева-направо: минимум за период, максимум за период, среднее.
С помощью подстроечников Р1 и Р2 выставляем среднее в 511.
Проверяем наличие запаса сверху и снизу от минимума и максимума.
Число после # обозначает количество семплов, взятых за период. Это число должно быть несколько менее 200.
Этап 2. Калибровка.
- Подключить переходник UART-USB. Например такой:
через опторазвязку. Ее плата находится в файле вместе с основной платой, на соседней вкладке.
- Запустить программу-терминал на скорости 4800.
- Подключить образцовые вольтметр и амперметр и активную нагрузку, к примеру 100Вт.
- Подключить прибор к сети. Во время загрузки, на изображении "термометра" зажать К1 и не отпускать до достижения "термометром" края экрана. На экране появится надпись (setup) .
- В терминале должно появится изображение вида:
Это диалоговое окно. Сохранение нового значения осуществляется так:
(пункт) (Enter) (значение) (Enter)
Расшифровка пунктов:
1, Константа для напряжения
2. Константа для тока 1 диапазона
3. Константа для тока 2 диапазона
4. Количество периодов измерения. Влияет на частоту обновления информации.
5,6,7 Установки для управления нагрузкой (предохранитель). Выходы управления LED1, LED2.
8. Управление выводом в терминал. См. ниже.
0. Выход
Для калибровки составить пропорцию вида: Х=(записанная константа)*(образцовое напряжение)/(отображаемое напряжение)
Записать в память. При необходимости повторить.
Повторить для тока, затем поменять нагрузку для попадания во второй диапазон (скажем 1000Вт) и еще раз повторить.
Все, можно пользоваться.
Прочее:
1. В правом верхнем углу расположен индикатор. Его мигание подтверждает работоспособность устройства.
Точка внутри этого индикатора показывает включенный диапазон: меньше - 1 диапазон, больше - 2 диапазон.
2. Константа Disp, описанная во втором этапе калибровки управляет режимом вывода данных в терминал.
Disp=0 Ничего не выводится.
Disp=1 Дублирование данных дисплея в терминал:
Disp=2 Режим "осциллограф". В этом режиме сохраненные данные измерений мгновенных значений напряжения и тока выводятся в терминал, где их можно скопировать (к примеру) в Excel, проверить на адекватность, да и просто использовать для изучения формы тока и напряжения в сети. Файл-пример приложен к статье.
3. Фьюзы:
4. В рабочем режиме кнопка K1 переключает режимы отображения на дисплее.
Вот и все. Буду рад отзывам.
Список радиоэлементов
Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
БП | Блок питания | 5 вольт | 1 | Любой | Поиск в магазине Отрон | ||
Переходник USB-UART | 1 | Необходим для калибровки | Поиск в магазине Отрон | ||||
Плата оптической развязки | 1 | На фото, для переходника USB-UART | Поиск в магазине Отрон | ||||
OP1, OP2 | Операционный усилитель | LM2904 | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
IC2 | МК AVR 8-бит | ATmega8 | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
LCD-дисплей | HD44780 2x20 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||||
D1, D2 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 2 | Поиск в магазине Отрон | |||
LED1, LED2 | Светодиод | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||||
C1, C2 | Электролитический конденсатор | 6.8 мкФ | 2 | Поиск в магазине Отрон | |||
C3 | Конденсатор | 100 нФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
R1 | Резистор | 20 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
R2, R5, R8 | Резистор | 10 кОм | 3 | Поиск в магазине Отрон | |||
R3, R6, R10, R13, R14 | Резистор | 1 кОм | 5 | Поиск в магазине Отрон | |||
R4 | Резистор | 470 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
R7 | Резистор | 0.1 Ом 2 Вт | 10 | Rш, соединены параллельно, подобрать колличество | Поиск в магазине Отрон | ||
R9, R12 | Резистор | 680 Ом | 2 | Поиск в магазине Отрон | |||
R11 | Резистор | 330 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
P1 | Подстроечный резистор | 330 кОм | 1 | Многооборотный | Поиск в магазине Отрон | ||
P2 | Подстроечный резистор | 1.5 кОм | 1 | Многооборотный | Поиск в магазине Отрон | ||
L1 | Дроссель | 100 мкГн | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
K1 | Кнопка | Замыкающая | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
Программатор | Разъём | PLS-6 | 1 | ISP | Поиск в магазине Отрон | ||
UART | Разъём | PLS-4 | 1 | UART | Поиск в магазине Отрон | ||
220V | Разъём | 2 контакта 220 В | 1 | Сеть | Поиск в магазине Отрон | ||
Нагрузка | Клеммы | 2 контакта | 1 | К нагрузке | Поиск в магазине Отрон | ||
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- PowerMeter14.bas (11 Кб)
- PowerMeter14.hex (20 Кб)
- data.xls (37 Кб)
- powermeter.lay (177 Кб)
Комментарии (136) | Я собрал (0) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
[Автор]
U_min=U_min_E
Вообще-то это к моему устройству отношения не имеет. Давайте не будем вводить в заблуждение читающих.
На этой же плате красные полоски от резисторов 15R и 430R - это типа перемычки?
И непонятки на основной плате - красные пятачки и пр. - это что?
[Автор]
"Красные полоски" это выводные резисторы, установленные вертикально.
"Красные пятачки" - это слой шелкографии, на верхней стороне платы. На нем обозначены точки подключения силовых проводов, внешней платы БП, дисплея и т.д.
Но разводка опторазвязки отличается - на общей плате - одна, на отдельном рисунке (по ходу, куда он делся) - другая.
А на общей плате в части опторазвязки не подписаны входы/выходы
[Автор]
Самое время учиться сопоставлять схему и печатку. Снимет много вопросов.
Судя по комментариям, бОльше востребован вариант для дисплея 1602.
Сделайте, пожалуйста, "бюджетный" вариант прошивки для дисплея 1602 с отображением первых четырех параметров:
1. Действующее значение напряжения
2. Действующее значение тока
3. Активная мощность
4. Полная мощность
Думаю, многие будут вам благодарны.
[Автор]
1. LM258/LM358 вместо LM2904 ?
2. Токовый трансформатор вместо R7
[Автор]
2. Скорее всего да, но возможно придется поднять среднюю точку, как в канале напряжения.
[Автор]
[Автор]
Можете уменьшить константу Period, он будет быстрее считать.
[Автор]
R9/R10 уменьшает синус, а конденсатор выделяет переменную составляющую, которая суммируется с напряжением первого делителя.
Т.о. имеем синус, вписанный в рабочий диапазон АЦП
[Автор]
Проверяйте не обрезало ли синусоиду в аналоговой или цифровой части. Для цифровой есть режим "осциллограф"
Выполнил этап 1 (Настройка точки нуля) выставил 511.
Запускаю программу Терминал v1.9b и открываю там порт где установился UART-USB CP2102, он у меня СОМ20 . Во время загрузки, на изображении "термометра" зажемаю К1 и не отпускать до достижения "термометром" края экрана. На экране появится надпись (setup).
Для сведения схему опторазвязку прилагаю, переходник UART-USB CP2102. В терминале не чего не появляется.
Что я не так делаю. Оптроны исправны.
Убедительно прошу помочь. Применил дисплей LCD1602 16x2, который обрезает 4 символ справа но работает.
[Автор]
Скачал и установил программу Putty (мне надо было внимательно посмотреть на Ваше изображение какой программой открывать) и на терминале появилось изображение указанное Вами в калибровке 2.
Теперь рассчитал константы и не могу понять как их изменить. Если у Вас будет время
подскажите. Почему у меня не так как у Вас:
Choice >1
>805
---
[Автор]
Попробуйте совет из моего предыдущего комментария.
Причина была в моем опторазвязке, которую подключал на переходник UART-USB на CP2102.
Поменял переходник UART-USB на PL2303 и связь с PuTTY выполнилась, а так же разобрался как выполнять калибровку.
По видимо большое сопротивление на диоде в опторазвязке со стороны переходника для UART-USB на CP2102, так как при соединении Rx и Tx сигнал проходить. А для переходник UART-USB на PL2303 подходить.
Например:
0.0W 222V 0.
177VA пусто 0. Дисплей LCD1602 16x2
По этому не могу выставить константу на ток. Все детали исправны, LM2904 и Atvtga8 менял, прошивку пере прошивал, монтаж согласно схемы, печатная плата вымыта, дисплей LCD1602 16x2 исправный (я и его менял). Компилировать BASCOM-AVR исходник не могу (0 в программировании, программаторы имею пользуюсь hex готовыми файлами). На контроллере ножки 23 и 24 при нагрузке 100ват 0,015в. Может необходимо оплатить за другую прошивку?
Прикладываю “Дублирование данных дисплея в терминал “
А еще при включении (Ваше фото Активная мощность. Ток. Напряжение) у меня на дисплее только большой 0 с права.
Как я понял нет сигналов переменки на 23 и 24 и нет показания тока. В двух соснах заблудился.
[Автор]
Про аккумулятор ничего не понял.
[Автор]
Ну и загоняйте в Эксель, в график данные с режима Осциллограф.
[Автор]
[Автор]
Это у меня не показания во второй строке коэффициент мощности, так как активная мощность на дисплее 0,0W.
Прошу подсказать почему не рассчитываться активная мощность и не выводится на дисплей. Нагрузки менял от 100вт до 1000вт.
Прошу, на примере, показать как bas произвести корректировку с показания в верхней строчки дисплея:
с -0.0W- -220V- - -0.45Aточка на -0.0W-220V-0.45Aточка и как сместить на Активная мощность. Ток. Напряжение на 6-7 на лево.
Дисплея LCD 2x20 HD44780 в Украине не нашел.
Строчка “Просто перл... Свежезаряженного АКБ 60А*Ч при 720 Вт хватит на 20 минут работы инвертора”. Ошибка не относится к экой теме.
Прошу подсказать почему нет показаний активная мощность на дисплее. Прекрасный Ваш проект, как его довести, убедительно прошу Вас подсказать где я делаю ошибку.
С уважение Василий. Извините меня за настойчивость.
[Автор]
Я там советовал вывести ток, напряжение, активную мощность на один экран 1602, чтобы можно было анализировать. Это строки 163-183 в программе.
Ток поставить вместо полной мощности(AV)
В программе активная мощность самостоятельно не измеряется, а является произведением тока и напряжения.
[Автор]
Прикладую фото. Подключенная нагрузка лампа 100вт.
У меня начинаю прошивать фьюзы как указанно у Вас, прибор не запускается, светятся одни квадратики на дисплее. Выключаю фьюз WDTON, все начинает работать. Все остальные фьюзы как у Вас указано.
Atvtga8 менял, прошивку пере прошивал даже разными программами, итог один 0,0W.
В протеусе все работает и активную мощность показывает. Все в железе работает кроме -
нули “активная мощность”. Не могу понять почему при включении фьюз WDTON на дисплее
одни квадратики. На фото 0424-1 ток без сотых (убрал не помещается LCD1602 откорректировал исходник).
Подскажите, прекрасный прибор, как его довести.
Спасибо, что уделяете мне внимания.
С уважением Василий.
[Автор]
Если хотите, можете запостить экран настройки и осциллограммы на измерительных входах Атмеги. Возможно это будет полезно.
Вся суть проблемы тут изложена с моего взгляда.
Возврат с 2-го диапазона не происходил. При установке среднего 511 на 1-м диапазоне, у второго оказалось 493 из-за разных коэфф. усиления ОУ. Пришлось ввести доп. подстроечник в цепь P2 c коммутацией его мосфетом AO3400. Для управления мосфетом использовал выход Led2.
4-ю ногу ОУ запитал от -0,7В, этим немного снизил нелинейность шкалы токов.
Вывод адаптировал под Lcd1602, от больших букв отказался, токи до 1А вывел в mA.
Опторазвязку не делал, все поправочные коэффициенты ввел прямо в исходнике.
В целом работой доволен, автору спасибо за конструкцию.