Главная » Измерения
Призовой фонд
на декабрь 2018 г.
1. 1500 руб
Сайт Паяльник
2. Осциллограф DSO138
Сайт Паяльник
3. 200 руб.
От пользователей

True RMS измеритель мощности с функцией контроля и управления нагрузкой

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.

Схема True RMS измерителя мощности

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:

Печатная плата измерителя

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:

Фьюзы

4. В рабочем режиме кнопка K1 переключает режимы отображения на дисплее.

Вот и все. Буду рад отзывам.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
БП Блок питания5 вольт1 ЛюбойПоиск в Utsource В блокнот
Переходник USB-UART1 Необходим для калибровкиПоиск в Utsource В блокнот
Плата оптической развязки1 На фото, для переходника USB-UARTПоиск в Utsource В блокнот
 
OP1, OP2 Операционный усилитель
LM2904
1 Поиск в Utsource В блокнот
IC2 МК AVR 8-бит
ATmega8
1 Поиск в Utsource В блокнот
LCD-дисплейHD44780 2x201 Поиск в Utsource В блокнот
D1, D2 Выпрямительный диод
1N4007
2 Поиск в Utsource В блокнот
LED1, LED2 Светодиод2 Поиск в Utsource В блокнот
C1, C2 Электролитический конденсатор6.8 мкФ2 Поиск в Utsource В блокнот
C3 Конденсатор100 нФ1 Поиск в Utsource В блокнот
R1 Резистор
20 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R2, R5, R8 Резистор
10 кОм
3 Поиск в Utsource В блокнот
R3, R6, R10, R13, R14 Резистор
1 кОм
5 Поиск в Utsource В блокнот
R4 Резистор
470 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R7 Резистор
0.1 Ом 2 Вт
10 Rш, соединены параллельно, подобрать колличествоПоиск в Utsource В блокнот
R9, R12 Резистор
680 Ом
2 Поиск в Utsource В блокнот
R11 Резистор
330 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
P1 Подстроечный резистор330 кОм1 МногооборотныйПоиск в Utsource В блокнот
P2 Подстроечный резистор1.5 кОм1 МногооборотныйПоиск в Utsource В блокнот
L1 Дроссель100 мкГн1 Поиск в Utsource В блокнот
K1 КнопкаЗамыкающая1 Поиск в Utsource В блокнот
Программатор РазъёмPLS-61 ISPПоиск в Utsource В блокнот
UART РазъёмPLS-41 UARTПоиск в Utsource В блокнот
220V Разъём2 контакта 220 В1 СетьПоиск в Utsource В блокнот
Нагрузка Клеммы2 контакта1 К нагрузкеПоиск в Utsource В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: Изменена: 20.08.2013 0 3
Я собрал 1 Участие в конкурсе 3
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.7 Проголосовало: 3 чел.

Комментарии (132) | Я собрал (0) | Подписаться

0
OLEGKARAS2 #
Вот посмотрите, файл 12202_32 , в нем строчка 123 чтение из памяти, 561 запись в память, но почему то в эту ячейку или не записывается или не читается, помогите сделать правильно.
Прикрепленный файл: форум.rar
Ответить
0

[Автор]
civil #
Dim U_min_E as Eram Byte
U_min=U_min_E

Вообще-то это к моему устройству отношения не имеет. Давайте не будем вводить в заблуждение читающих.
Ответить
0
Вася #
На плате оптической развязки два квадрата с ножками - две оптопары? Какие?
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?
Прикрепленный файл: плата2.JPG
Ответить
0

[Автор]
civil #
Тип оптопары и схема уже есть в комментариях. Не ленитесь читать.
"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.
Ответить
0
Вася #
Спасибо.
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
Прикрепленный файл: опторазвязка4.jpg
Ответить
0

[Автор]
civil #
Одинаковая. Разница в подключении коннектора.
Самое время учиться сопоставлять схему и печатку. Снимет много вопросов.
Ответить
0
Вася #
Предполагается, что вы выкладываете готовое решение из ряда "сел и спаял". Если для реализации вашей разработки необходимо "учиться", это следует явно указывать в первом абзаце статьи.

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.
Ответить
0

[Автор]
civil #
Нет, не предполагается. Для овладевших только паяльником есть Мастеркит. Для остальных - исходники в приложении.
Ответить
0
khunpoumg #
Возможно ли использовать и какие изменения повлечет:
1. LM258/LM358 вместо LM2904 ?
2. Токовый трансформатор вместо R7
Ответить
0

[Автор]
civil #
1. Да
2. Скорее всего да, но возможно придется поднять среднюю точку, как в канале напряжения.
Ответить
0
Дмитрий #
Можно ли этим прибором измерять от 0 и до 300 вольт переменки нужен именно такой диапазон.
Ответить
0

[Автор]
civil #
Да
Ответить
0
ssam #
Если делать прибор для защиты от перепадов напряжения, использовать в качестве проверки TRU RMS значение? Как-то медленно оно считается, хватит ли быстродействия защите, чтобы отключить нагрузку...
Ответить
0

[Автор]
civil #
Быстрее варистора ничего нет, а в автоматах trip time обычно достаточно большое, секунды и даже минуты.
Можете уменьшить константу Period, он будет быстрее считать.
Ответить
0
Дмитрий #
Не понимаю принцип работы этого участка принципиальной схемы. Мне кажется что это делитель напряжения или фильтр нижних частот. Пожалуйста можете объяснить детально что это и как это в схеме
Прикрепленный файл: Picture_1.jpg
Ответить
0

[Автор]
civil #
Даже два делителя. R11/R12 выставляет постоянное напряжение, равное половине шкалы АЦП.
R9/R10 уменьшает синус, а конденсатор выделяет переменную составляющую, которая суммируется с напряжением первого делителя.
Т.о. имеем синус, вписанный в рабочий диапазон АЦП
Ответить
0
OLEGKARAS2 #
Подскажите, если ток больше семи ампер, то отклонение от действительного тока на пол ампера больше, так и должно быть ?
Ответить
0

[Автор]
civil #
А калиброван прибор по какому току?
Проверяйте не обрезало ли синусоиду в аналоговой или цифровой части. Для цифровой есть режим "осциллограф"
Ответить
0
vasilii48 #
Прошу подсказать.
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.
Прикрепленный файл: РС817.png
Ответить
0

[Автор]
civil #
Временно запитайте схему от низковольтного источника, в сеть не включайте. Подключитесь к переходнику без опторазвязки. Проверьте работу. Заодно проверьте сам переходник замыканием Rx-Tx.
Ответить
0
vasilii48 #
Спасибо за ответ ciliv.
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
---
Прикрепленный файл: Безымянный.jpg
Ответить
0

[Автор]
civil #
После "choice >" какой-то мусор? Трудно сказать что это. Может опторазвязка глючит. У меня такого не было.
Попробуйте совет из моего предыдущего комментария.
Ответить
0
vasilii48 #
Калибровка 2 через опторазвязку производиться.
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.
Ответить
0
vasilii48 #
Подскажите пожалуйста у меня на дисплее не показывает ток (пусто).
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.
Аккумулятор до 60А, больше ставить не советую, т.к. транзисторы ... рассчитаны на 63А
Просто перл... Свежезаряженного АКБ 60А*Ч при 720 Вт хватит на 20 минут работы инвертора.
Как я понял нет сигналов переменки на 23 и 24 и нет показания тока. В двух соснах заблудился.
Ответить
0

[Автор]
civil #
Проблема в аналоговой части. На 23, 24 должно быть 1.28В без нагрузки. Проверяйте работу усилителя. Все точки А на плате соединены?
Про аккумулятор ничего не понял.
Ответить
0
OLEGKARAS2 #
Вот посмотрите видео youtu.be/EF2kvEdCoCY, если ток поднимать с нуля то на обоих приборах 0.3 ампера, а если опускать то есть разница, это нормально? Может с полного шунта ток контролировать в пределах 0-1 А, а с 1 и выше с отпайкой от середины шунта, так получится?
Ответить
0

[Автор]
civil #
Где-то заложен гистерезис переключения с 1 диапазона на 2 и обратно. Может вы как раз его и нащупали. Вы бы вывели на экран индикатор диапазона, возможно это что-то и прояснило бы.
Ну и загоняйте в Эксель, в график данные с режима Осциллограф.
Ответить
0
OLEGKARAS2 #
В каких строчках находится индикатор диапазона?
Ответить
0

[Автор]
civil #
строка 187, переменная Sflag
Ответить
0
OLEGKARAS2 #
Эта переменная все время меняет свое значение 0-1.
Ответить
0

[Автор]
civil #
При любой нагрузке или только около 0.3А ?
Ответить
0
OLEGKARAS2 #
При любой.
Ответить
0
vasilii48 #
Извините меня civil за невнимательность, ток показывает от за пределами индикатор (индикатор 16 символов).
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.
Ответить
0
vasilii48 #
Выполнил этап 2 ( как у Вас в инструкции), в виду отсутствия дисплея LCD 2x20 HD44780, подключил дисплей однострочный LCD 1х40 на контроллере HD44780 ( от мед. апаратури) где вся первая строка на дисплее отображается и соответствует показаниям Вашего видио, (выполнил корректировку коэффициентов и токи при нагрузке 100вт и 1000вт которые соответствуют на дисплее показания контрольного прибора), а показания активная мощность на дисплее 0,0W. (потом подключил дисплея LCD 2x16 HD44780).
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.
Ответить
0

[Автор]
civil #
Похоже вы стерли ветку с моим вчерашним ответом.
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.
Ответить
0
vasilii48 #
Спасибо. Пока я читал Ваше сообщения мой товарищ подкорректировал строки 163-183 и все влезло LCD1602. Но 0.0W показывает нули. Может из-за WTDOT.
Ответить
0

[Автор]
civil #
Покажите фото экрана
Ответить
0
vasilii48 #
civil.
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.
Прикрепленный файл: Фото0424 1.jpg
Ответить
0

[Автор]
civil #
Если с включенным WDTON не работает - значит не работает ничего. Читайте выше, уже несколько раз обсуждалось.
Если хотите, можете запостить экран настройки и осциллограммы на измерительных входах Атмеги. Возможно это будет полезно.
Ответить
0
vasilii48 #
Прикладываю фото 0420-1
Прикрепленный файл: Фото0420 1.jpg
Ответить
0
Olegkaras2 #
В вашем коде есть переменные result , l. H. Я хочу применить atmega128, но из-за этих переменных компилятор выдает ошибку. Как эти переменные подкорректировать под этот мк?
Ответить
«12
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

USB осциллограф DSO-2090
USB осциллограф DSO-2090
LC-измеритель LC100-A USB-реле (2 канала)
вверх