A s obzirom na smiješnu cijenu ovog uređaja - samo 8e, kupio sam ga bez oklijevanja, što mi je naknadno bilo drago. Bez ikakvih promjena u dizajnu, ovaj kućni vatmetar može mjeriti električni parametri(naizmjenična struja, napon) bez povezivanja na mrežu od 220V. To se događa zbog vlastitog napajanja - dvije male baterije od 1,5 V.
Kućni vatmetar je sastavljen u lijepom i izdržljivom kućištu. Da, ne Made in China, već prava Evropa - Hamburg. Šta označava naljepnica na stražnja strana tijelo uređaja.
Provjerimo njegove mogućnosti:
1. Mjerenje napona mreže u voltima (V),
2. Mjerenje struje opterećenja u amperima (A),
3. Mjerenje potrošnje energije u vatima,
4. Ukupna količina potrošene električne energije (KWh - kilovat-sat) i trošak utrošene električne energije.
Kućni vatmetar može čak izmjeriti i cijenu električne energije ako unesete cijenu jednog kilovat-sata. Štaviše, ako dođe do nestanka struje u mreži, očitanja će se i dalje pamtiti, zbog rezervnih baterija. Usput, vatmetar radi bez njih, ali kako bi se mjerenje moglo izvršiti autonomno, oni su neophodni.
Naravno da ćemo rastaviti kućište i pogledati unutra. Ovdje možete vidjeti malu ploču sa ugrađenim čipom, koja obrađuje signal preuzet sa senzora i prikazuje informacije na LCD zaslonu.
Senzor je montiran na posebnoj ploči, koja također ima osigurač. Siguran sam da malom promjenom strujnog kruga možete postići da vatmetar mjeri čak i jednosmjernu struju i napon.
Zaboravio sam da kažem - ovaj kućni vatmetar radi kao neka vrsta signalnog uređaja - osigurača. Možete podesiti maksimalnu dozvoljenu razinu opterećenja, a čim snaga prijeđe ovu vrijednost, vatmetar će početi piskati.
Tek sada sam shvatio koliko mi je nedostajao takav uređaj! Uključujući i preko njega razni uređaji- elektromotore, mikrotalasne pećnice, invertore za zavarivanje i drugu opremu, odmah se vidi da li uređaj radi normalno. A prebacivanjem tipke za način rada način mjerenja je volti, amperi, vati; Možete pratiti brojne važne parametre bez ikakvog multimetra. Zahvaljujući prelepom plavom pozadinskom osvetljenju, parametri su vidljivi čak i u mraku. Mislim da je to upravo slučaj kada je lakše i jeftinije kupiti uređaj nego ga lemiti.
Raspravite o članku KUĆANSKI VATTMETAR
Često je potrebno izmjeriti snagu određene električne opreme. Osim toga, ponekad je korisno znati istovremeno i struju opterećenja I i napon U, i to ne samo snagu (nije važno koja), već i ukupni P i aktivni S (često se brkaju i nije uvijek razjašnjeno na koji se na ovaj ili onaj način misli). Takođe, u nizu specifičnih slučajeva potrebno je znati faktor snage mreže, jednak P/S (tzv. kosinus φ (phi) - fazni ugao između napona i struje), reaktivna snaga Q i sam φ.
Objašnjenje različitih električnih pojmova i dubokih teorijskih osnova je izvan okvira ovog članka, sve se to može naći u specijalizovanim izvorima, kao što su udžbenici o TOE (na primjer) i brojnim publikacijama na Internetu.
Običan multimetar neće pomoći u rješavanju gore navedenih problema, jer... Mjerenjem, čak i istovremeno (sa 2 instrumenta), struje opterećenja i napona u mreži, možemo dobiti samo S=UI, a svi ostali parametri ostaju nedostupni, jer Sami vi i ja nismo dovoljni da ih izračunamo.
Dostupna rješenja
Za rješavanje ovih problema postoje posebni uređaji - vatmetri i univerzalni mjerači volt-amper-faze, ali od Budući da se radi o specijalnoj opremi, a ne o uređajima opće namjene, prilično ih je teško pronaći i ponekad nisu jeftini. Osim toga, takvi uređaji ne prikazuju uvijek sve parametre odjednom. Na Internetu, na primjer, postoje vrlo jednostavni i jeftini dizajni, ali oni su vrlo visoko specijalizirani (na primjer, mjere samo φ).
Kao jedan primjer upotrebe AVR MK, Atmel objavljuje opis dizajna određenog brojila električne energije na osnovu pristupačne baze elemenata -. Ali ovaj proizvod teško da je pogodan kao mjerni instrument, jer... prikazuje samo utrošenu snagu na elektro-mehaničkom brojilu sa točkićima sa brojevima (slično brojilima električne energije u domaćinstvu).
Autor članka uspio je pronaći prilično univerzalni uređaj na Internetu -. Ovo je vatmetar izgrađen na ATMega8 MCU, koji mjeri sve gore navedene parametre. Ali detaljna analiza otkrila je da uređaj ima mnogo nedostataka, od kojih su neki navedeni u tom članku. O tome se također detaljnije govori u nastavku.
Kompanija nudi čitav niz različitih električnih mjernih mikro krugova (Energy-Meter IC), dizajniranih za izradu električnih brojila i rješavanje drugih električnih mjernih problema. Nisu jako skupi, imaju detaljnu tehničku dokumentaciju i mnogo primjera njihove upotrebe u sprezi sa raznim mikrokontrolerima, ali nažalost, ova mikro kola nisu svugdje i nisu uvijek dostupna (ponekad je lakše pronaći nekakvu raspuštenu ili malo pokvarenu brojilo sa nekim -mikrokolo od samog mikrokola), što je za autora članka bio glavni razlog odbijanja njihovog korištenja u predloženom uređaju.
Istovremeno, svi gore opisani zadaci prilično su teški za obične AVR mikrokontrolere, koji su mnogo pristupačniji, a ponekad i jeftiniji od mikro krugova iz AD. Štoviše, za stvaranje univerzalnog mjernog uređaja još uvijek ne možete bez MK i drugih komponenti.
Metode za mjerenje promjenjivog napona/struje, snage i frekvencije
Prije razmatranja dizajna samog uređaja, potrebno je zadržati se na nekim teoretskim aspektima mjerenja promjenjivog napona, struje i drugih parametara električne mreže.
Odmah napominjemo da ćemo mjeriti srednje kvadratne vrijednosti napona i struje, jer one najviše odgovaraju uobičajenim efektivnim vrijednostima - .
Svaki signal mora biti normalizovan prije mjerenja – tj. dovesti ga u dozvoljeni opseg i druge parametre merne jedinice koja se koristi. U našem krugu, mjerna jedinica je ADC integriran u AVR MK, sposoban za mjerenje napona u rasponu od 0-5V. Primjena drugih napona na njega (negativnog ili većeg od 5V) će dovesti do kvara, u najboljem slučaju, samo ADC-a, au najgorem slučaju cijelog MK-a.
Merenje napona naizmenične struje sastoji se od 2 tačke:
- “Negdje staviti” negativni poluval sinusnog vala, jer ne spada u ADC opseg.
- Uvjerite se da maksimalna (amplituda) vrijednost pozitivnog polutalasa ne prelazi 5V.
U najjednostavnijem slučaju, obje točke rješavaju dioda i djelitelj napona spojenih u seriju (možete koristiti obične otpornike plus potenciometar s više okreta radi lakšeg podešavanja).
Pravilno spojena dioda igra ulogu poluvalnog ispravljača i prekida negativni poluval, sprječavajući ga da pređe u daljnji krug.
Razdjelnik smanjuje (skalira) napon do potrebnog raspona. Koeficijent podjele treba odabrati ne na osnovu standardnih 220V, već barem na 260V, jer Napon u mreži je izuzetno rijetko 220V, često varira u određenim granicama, a uz to često dolazi i do kratkotrajnih "izpada" ( visokog napona) i „propadanja“ (nizak napon).
Ovaj sklop je jednostavan, jeftin, pouzdan i ima dovoljnu tačnost, zbog čega se na njemu temelji velika većina AC voltmetara, digitalnih i analognih. Uređaj također radi na ovom principu.
Da bi se dobio stvarni napon, potrebno je izmjereni napon na ulazu ADC-a pomnožiti sa faktorom podjele djelitelja i sa 2, kako bi se “kompenzirao” negativni poluval koji je dioda prekinula.
Nedostaci ovog pristupa su sljedeći:
- Samo idealna dioda prekida negativni poluvalni napon na nultom nivou. Prave diode se otvaraju nešto kasnije, na naponu od +0,4..+1V. One. uvijek gubimo dio pozitivnog polutalasa.
- Množenje sa 2 prilikom izračunavanja stvarnog efektivnog napona vrijedi samo za pravu sinusoidu, tj. kada je negativni poluval apsolutno simetričan pozitivnom poluvalu istog perioda. U realnim energetskim mrežama, u prisustvu velikog broja smetnji, reaktivnih opterećenja i drugih faktora, možemo reći da su polovice sinusoida općenito asimetrične. Dakle, množenje sa 2 nosi dodatnu grešku, koja se ne može pouzdano procijeniti (i uzeti u obzir).
Međutim, u uslovima konstantne promene amplitude i efektivne vrednosti napona, ove greške se mogu zanemariti.
Postoji još jedan način mjerenja napona - "uklopiti" cijeli sinusni val u opseg 0..+5V. Da biste to učinili, trebate ga "podignuti" za pola ADC raspona (tj. +2,5 V) i podesiti razdjelnik tako da cijela sinusoida leži između 0 i +5 V.
U ovom slučaju eliminiraju se oba nedostatka - dioda nije potrebna, a ADC mjeri oba naponska poluvala sa svim njihovim "karakteristima". U daljnjim proračunima također je potrebno nekako uzeti u obzir +2,5V koje je dodalo kolo. Ali uz pomoć softvera mikrokontrolera (računarstvo) to je vrlo lako učiniti.
Jedini vidljivi nedostatak ove metode je koeficijent podjele. 2 puta više (pošto unosimo oba polutalasa, a ne samo jedan), što povećava grešku mjerenja. Ali opet, u uvjetima stalnog mijenjanja napona u amplitudi i vrijednosti, to ne dovodi do primjetnih grešaka.
Postoje najmanje dva rješenja kruga za ovu metodu - razdjelnici i kondenzatori, kao i drajver srednje tačke koji se koristi u kolu predloženog uređaja (isti +2,5V) na op-amp.
Ali razdjelnici ne pružaju galvansku izolaciju mjerene mreže i našeg uređaja. To stvara brojne neugodnosti.
Dakle, uređaj bez galvanske izolacije mora se koristiti s velikim oprezom; okruženje i poduzmite sve druge mjere opreza. Osim toga, ako želimo prenijeti rezultate mjerenja negdje, recimo na PC, nećemo moći direktno povezati naš uređaj, na primjer, na COM port preko jednostavnog pretvarača tipa MAX232. Da biste to učinili, morat ćete odvojiti sve komunikacijske linije, na primjer, s optospojlerima, itd.
Da biste prevazišli ovaj nedostatak, možete postaviti običan opadajući transformator ispred razdjelnika (kao u napajanju) i prvo podesiti koeficijent podjele kako bi se uklopio sinusoid u ADC opseg. Upravo to je rješenje korišteno u predloženom uređaju.
U zaključku, predstavljamo formulu za izračunavanje srednje kvadratne vrijednosti napona: , gdje je N broj mjerenja po periodu (frekvencija uzorkovanja), u i su trenutna mjerenja napona. K – koeficijent koji uzima u obzir razdjelnik i transformator.
Mjerenja se mogu vršiti kako u jednom periodu, tako iu više perioda sa naknadnim usrednjavanjem. Ako ne govorimo o građevinskim strukturama poput osciloskopa, onda je usrednjavanje poželjnije, jer Obično su od interesa prosječne vrijednosti, a ne trenutne.
Mjerenje struje.
Nijedan ADC sam po sebi ne može mjeriti struju kao takvu. ADC mjeri samo napon. To znači da je potrebno struju pretvoriti u napon, izmjeriti ovaj napon i ponovo ga pretvoriti u struju.
Najjednostavniji način pretvaranja struje u napon je šant, u suštini snažan otpornik niskog otpora Rsh. Protočna struja opterećenja In stvara pad napona Ush na otporniku, direktno proporcionalan vrijednosti In. Poznavajući otpor šanta, koristeći Ohmov zakon možemo izračunati struju opterećenja: In=Ush/Rsh. Velika većina ampermetara, i pokazivačkih i digitalnih, bazirana je na šantu.
Ova metoda je vrlo jednostavna, razumljiva i jeftina. Osim toga, takav čvor je potpuno linearan (jednakost In=Ush/Rsh se uočava u cijelom rasponu radnih struja) i nema reaktivne komponente, jer Otpornik je 100% aktivan element.
Ali, uz jednostavnost i nisku cijenu, sklopovi zasnovani na šantovima imaju niz nedostataka:
Nedostaci 2, 3 i 4 su vrlo ozbiljni, mogu dovesti do vrlo katastrofalnih posljedica (oštećenje uređaja, strujni udar itd.). Zbog toga svi ampermetri koji se široko koriste imaju znakove upozorenja sa značenjem „mjeriti velike struje (10A i više) ne duže od 10-20 sekundi“.
Dizajn je baziran na šantu, što znači da ima sva četiri nedostatka.
Drugi način mjerenja struje je korištenje strujnog transformatora (CT). Takav transformator je zavojnica kroz koju je provučeno nekoliko (1-3) zavoja žice kroz koje se napaja opterećenje. U snažnim industrijskim CT, umjesto zavoja žice, koristi se debela metalna sabirnica (ploča). Princip rada CT je u suštini isti kao i kod konvencionalnog transformatora - elektromagnetno polje struje provodnika primarnog namotaja (I1, struja opterećenja, In) indukuje struju (I2) u sekundarnom namotu, proporcionalnu U. To je I2=In*K, K – koeficijent prenosa struje (njegove vrijednosti su standardizovane - 1:500, 1:1000, itd.). Zatim se ova struja pretvara šantom Rb u napon, koji se već može izmjeriti konvencionalnim voltmetrom (ili ADC) i pretvoriti u napon. Jer Struja sekundarnog namotaja je uvijek vrlo mala, tako da ovdje nisu potrebni vrlo snažni šantovi i oni ne izgaraju zbog činjenice da rade na maksimalnoj snazi.
Za CT-ove naznačene za struje do 25A, snaga šant otpornika je obično samo 0,125 W. A ovo je običan, lako dostupan otpornik za široku upotrebu, a ne neki rijedak i rijedak poseban dio.
Proračun struje opterećenja pri korištenju CT ima oblik: In=I2/K. I2=U2/(Rb+R2), gdje je U2 napon na šantu Rb, R2 je otpor sekundarnog namotaja. Dakle, In = U2/(K*(Rb+R2)). U suštini isti Ohmov zakon.
Više o CT-ovima i principima njihovog rada možete pročitati u specijalizovanim člancima, na primjer, u.
Glavne prednosti TT-a u odnosu na šant:
- Galvanska izolacija.
- Mogućnost mjerenja velikih struja (npr. industrijskih 500A).
- Prekid namotaja ne dovodi do pregorevanja ostatka mjernog kruga.
- CT praktički ne unosi izobličenje u mjerni krug zbog činjenice da je primarni namotaj nekoliko zavoja žice, a njegova induktivnost je izuzetno niska. U snažnim industrijskim CT-ima nema čak ni ovih nekoliko zavoja, postoji samo jedna debela moćna žica provučena kroz namotaj ili sabirnicu.
Ali postoji i niz nedostataka:
- CT su mnogo skuplji od šant otpornika.
- U nekim slučajevima, CT proizvodi određeni fazni pomak u izlaznoj struji u odnosu na ulaz.
- Prekid šanta sekundarnog namotaja dovodi do njegovog izgaranja (u suštini oštećenja samog CT) i do izobličenja parametara mjerenog kruga.
- U velikom rasponu struja, CT su nelinearni, tj. gornji K nije konstanta. Ovo je direktna posljedica magnetske histereze jezgre transformatora. Ovo se može kompenzirati podjelom cijelog raspona izmjerenih struja na dijelove (podopsegove) i korištenjem različitog K za svaki podopseg.
Ovdje se ne razmatraju druge metode mjerenja struje i vrste CT. Postoji mnogo recenzija i članaka na ovu temu, na primjer.
Predloženi uređaj koristi CT za galvansku izolaciju od mjerene mreže.
Formula za izračunavanje efektivne vrijednosti struje je skoro ista kao i za napon.
Mjerenje aktivne i jalove snage
.
Iz TOE () je poznato da se aktivna snaga opterećenja izračunava kao integral proizvoda trenutnog napona i struje tokom jednog perioda frekvencije: . U digitalnim mjernim uređajima se integrali ne računaju, pa ova formula ima oblik: , gdje su u, i trenutne vrijednosti struje i napona mjerene pomoću ADC-a, N je broj mjerenja struje i napona po periodu. Slično naponu i struji, aktivna snaga se može mjeriti u nekoliko perioda i N u skladu s tim prilagoditi.
Ukupne (S), aktivne (P) i reaktivne (Q) snage povezane su jednakošću. Stoga, znajući S i P, lako možete izračunati .
Mjerenje faktora snage mreže i faznog ugla.
Ova dva parametra su striktno nedvosmisleno povezana, jer faktor snage nije ništa drugo do kosinus faznog ugla (φ) između napona i struje (vidi TOE). Stoga se bilo koji od njih može izmjeriti, a drugi se izračunava pomoću jednostavne trigonometrije.
Prva metoda (možda najočitija i najjednostavnija) je da se detektuje vrijeme između početka perioda naponske sinusoide i početka sinusoida struje, preračuna se u φ i zatim odredi kosinus. Ovako funkcionira algoritam za određivanje ugla.
Međutim, ima jedan vrlo ozbiljan nedostatak - ova metoda očito radi samo na idealnim i "čistim" sinusoidama, bez smetnji, koje su izuzetno rijetke u stvarnom životu. U stvari, električne mreže su pune raznih smetnji, smetnji i drugih „artefakata“, zbog kojih je teško precizno odrediti „pravi“ početak perioda.
Dakle, ako će, recimo, u stanu ova metoda dati sasvim normalan rezultat, onda u nekoj fabrici sa puno mašina, aparati za zavarivanje i druge moćne energetske opreme, mogu rezultirati potpune gluposti (na primjer, vrijednost ugla koji se stalno mijenja). Čak i na "bezopasnim" opterećenjima ponekad se mogu uočiti jaka izobličenja, na primjer, strujni sinusoidi. Autor, na primjer, ima Sven BF-11R zvučnike, oblikom struje kroz koje više podsjeća na nekakvu osakaćenu pilu sa višestepenim piramidalnim polutalasima nego na sinusni val. Iako, pošteno radi, treba napomenuti da autor zbog nedostatka tehničkih mogućnosti nije sproveo veliko istraživanje na ovu temu.
Drugi metod proizlazi iz relacije 
. Odnosno, znajući napon, struju i aktivnu snagu, lako možete odrediti faktor snage. dalje, 
. Prema autoru, ova metoda je najpouzdanija. To je ono što se koristi u predloženom uređaju.
Jasno je da sve tri potencije, ugao i kosinus treba računati samo kada je U<>0 i ja<>0. U suprotnom, mogu se jednostavno vratiti na nulu bez ikakvih proračuna.
Dijagram uređaja, detalji
Šema električnog kola vatmetra prikazana je na sl. 1.
Rice. 1. Šema električnog kola
Kolo uređaja se sastoji od 2 dijela - analognog (lijevo od DIP prekidača SW1) i digitalnog (desno).
Analogni dio sastoji se od mjernih transformatora za napon (T1), struju (T2) i podudarne čvorove.
Otpornik R2 je potenciometar za fino podešavanje napona koji se dovodi na ADC.
T2 je strujni transformator Talema AC1025 napunjen na 100 Ohm šant otpornik R1 snage 0,125 W. Ove parametre otpornika preporučuje proizvođač transformatora. Osim toga, prema istraživanju autora, takav otpornik osigurava najbolju linearnost korištenog CT-a. Primarni namot je 2 zavoja obične jednožilne žice poprečnog presjeka 1-1,5 mm, što je sasvim dovoljno za kućna opterećenja snage do 2 kW i struje do 10A. Debljina ove žice ne utječe na karakteristike i konfiguraciju kruga.
Čvor R3, C1, C3, DA1.1 – oblikovnik srednje tačke za „podizanje“ sinusoida do polovine ADC opsega. Operativno pojačalo DA1 – u osnovi bilo koje. Autor je koristio i LM358 i rail-to-rail MCP601. U smislu pinout-a kućišta (barem DIP) oni su identični.
Razdjelnik R4, R5, R6 – lanac za mjerenje velikih (od 4-5A) struja.
Diodni parovi VD1-VD2, VD3-VD4, VD5-VD6 i R7 su klasična zaštita ADC ulaza od prenapona (tačnije, od sinusoida koji prelaze granice od 0..+5V). VD1-VD4 – poželjno Schottky. Također možete koristiti "specijalizirane" sklopove dioda poput BAV199 (1 sklop sadrži 1 par dioda) ili slično.
Svi potenciometri (R2, R3 i R5) su poželjno višestruki. Oni će vam omogućiti da izvršite najpreciznije podešavanje čvorova kruga.
Kolo ne sadrži nikakve filtere na ADC ulazima zbog činjenice da su transformatori koji se koriste dizajnirani da rade sa strujama frekvencije 50/60 Hz i ne prenose dobro signale visoke frekvencije. Ali autor nije sproveo detaljne studije zbog nedostatka potrebnu opremu(generatori različitih frekvencija itd.).
Za mjerenje struje predviđena su 2 kanala - niskostrujni (T2-R7-ADC2) i visokostrujni (T2-R4-R5-R6-ADC3). Ova odluka je zbog činjenice da velika opterećenja (4-5A i više) dovode do pojave napona koji prelazi 4,5-5V po amplitudi na izlazu CT. Vrhove polutalasa takvog napona će odsjeći diodni par VD3, VD4, što znači da je praktično nemoguće izmjeriti struju iznad navedenih vrijednosti. Firmver kontrolera automatski bira koji će od dva signala koristiti.
Digitalni dio kola - AtMega16 mikrokontroler, standardni alfanumerički LCD displej tipa HD44780 i drugi elementi. Priključni krugovi su standardni za ove komponente. Prilikom povezivanja displeja treba se voditi dokumentacijom za određeni model, jer Postoje različiti pinouti (pinouts). Autor zna za 2. Dijagram prikazuje najčešći.
Jedini uslov za prikaz je da mora biti rusifikovan, jer Sve poruke se izdaju na ruskom jeziku.
Otpornik R8 je običan (ne višeokretni), koji se koristi za podešavanje željenog nivoa kontrasta slike na LCD-u.
R9 i SB5 – pozadinsko osvetljenje. Apoen R9 nije naznačen, jer Različiti LCD modeli imaju različitu struju pozadinskog osvjetljenja. Može se izračunati koristeći Ohmov zakon koristeći trenutnu vrijednost pozadinskog osvjetljenja za određeni ekran. Ako displej nema pozadinsko osvetljenje, onda R9 i SB5 uopšte nisu potrebni.
R11, VD6 – Indikator “Napajano”.
Nisu potrebna nikakva posebna podešavanja za digitalni dio. Sa servisnim dijelovima, ispravnom instalacijom i programiranim kontrolerom, krug počinje raditi odmah nakon uključivanja napajanja.
Sam MK može biti modifikacije AtMega 16/16A. Modifikacija sa slovom L se ne može koristiti - normalno ne radi na frekvenciji od 16 MHz. Pitanja overkloka kao što je „kako učiniti da AVR uređaji sa slovom L rade na frekvenciji od 16 MHz“ se ovdje ne razmatraju. Možete koristiti druge - Mega32, 64, 128, ali za njih ćete morati u skladu s tim ponovo kompajlirati firmver.
Prilikom programiranja (firmwarea), osim učitavanja wattmetr.hex datoteke na kontroler, potrebno je i:
1. podesite režim kvarcnog rezonatora (CKSEL3..0=1111)
2. postavite CKOPT=0 (obavezno, jer je kvarc 16MHz)
3. postavite JTAGEN=1. Ako se to ne uradi, onda LCD neće raditi ispravno, jer JTAG kontroler (4 najvažnija PC bita) ne može da se isključi softverom.
4. flešujte EEPROM sa informacijama o početnoj konfiguraciji (datoteka wattmetr.eep).
Autor je za programiranje koristio poseban programator PonyProg sa LPT interfejsom. Autorski dizajn koristi kontroler u DIP paketu i konektor za njega, tako da na dijagramu i na štampanoj ploči nema konektora za povezivanje ISP programatora, već nožice PB5-PB7 (na njih je spojen programator) namjerno ostavljeni na slobodi.
Sva dugmad nisu fiksna. Njihov dizajn je bilo koji, ovisno o očekivanim uvjetima rada. SB1-SB3 i VD5 se koriste samo pri podešavanju i kalibraciji uređaja, tako da se mogu postaviti direktno na ploču, SB4 i SB2 se koriste i za prebacivanje načina prikaza informacija na displeju, pa je bolje da ih prikažete izvana ili ga duplirajte radi lakše kalibracije (2 dugmeta spojena paralelno – na ploči i na kućištu). Za povezivanje duplih dugmadi na ploči su napravljeni posebni slavini za konektore.
Svrha dugmadi i LED dioda će biti opisana u nastavku u odjeljcima “Kalibracija” i “Rad”.
Treba napomenuti da dijagram ne uključuje konvertor nivoa UART (pinovi 14, 15 kontrolera). To je zbog činjenice da vrsta i samo prisustvo ili odsutnost takvog pretvarača uvelike ovisi o tome na što će uređaj biti povezan. Ako je COM port, onda je MAX232 čip, ako je USB, onda je nešto kao FT232BM, ako je na drugi kontroler, onda možda pretvarači uopće nisu potrebni itd.
Autorski dizajn podrazumeva povezivanje sa drugim AVR mikrokontrolerom, tako da u njemu uopšte nema konvertera. Otpornik R12 je neophodan za održavanje visokog nivoa na Rx ulazu u odsustvu prenosa (prema pravilima rada UART), ili kada se ovaj interfejs uopšte ne koristi.
Dijagrami montaže za MAX232, FT232, itd. nisu dati ovdje; Takođe možete koristiti USB kablove sa starih mobilnih telefona sa izvornim UART interfejsom (kao što je PL2303). Ali prije toga, trebali biste se uvjeriti da je izlaz kabela log. TTL nivoi, ne RS232.
Za testiranje rada sučelja, autor je koristio MAX232 čvor sastavljen na drugoj ploči. Ova jedinica je povezana sa uređajem pomoću standardnog audio kabla sa računarskog CD/DVD drajva.
Kolo se napaja iz bilo kojeg izvora od 5V DC. Na primjer, iz klasičnog napajanja na stabilizatoru s jednim čipom LM7805 - sl. 2. Takođe možete koristiti bilo koje drugo napajanje koje obezbeđuje 5V, bateriju, kompjuterski USB port, itd.
Rice. 2. Napajanje
Ako planirate napajati krug iz iste mreže na koju je priključeno izmjereno opterećenje (kao, na primjer, u svakodnevnom životu, u stanu), tada možete kombinirati transformatore T1 oba kruga. One. koristite jedan, sa dva nezavisna sekundarna namotaja. Dakle, u autorskom primjerku korišten je jedan transformator sa po dva sekundara od 15V.
Krug se može sastaviti na bilo koji prikladan način.
Članak je popraćen i crtežom štampane ploče, kreirane u poznatom programu. Uključuje upotrebu dvostrane PCB-a i implementaciju malog broja prolaznih (metaliziranih) rupa. Međutim, ako se čini nemogućim napraviti dvostrano ožičenje i metalizirane rupe (na primjer, kod kuće, koristeći), tada:
1. postaviti na jednostranu PCB samo sloj M2, koji sadrži većinu svih staza;
2. Umjesto metaliziranih viasa, možete napraviti obične;
3. Zamijenite sve tragove sloja M1 (zajedno sa odgovarajućim spojevima) sa kratkospojnim žicama. Vrlo je prikladno koristiti za ovo rezanje nogu radio komponenti, na primjer, otpornika i kondenzatora.
Treba napomenuti i sljedeće karakteristike:
- Mjerni transformatori T1 i T2 na ploči nisu usmjereni, jer mogu biti različitih dizajna i dimenzija. Autorska kopija, na primjer, koristi drugi namotaj transformatora napajanja kao T1. Namotaji transformatora su povezani na ploču pomoću žica sa konektorima.
- R1 (CT šant) nije vođen na ploču, treba ga zalemiti direktno na CT pinove. Ovo smanjuje rizik od kvara šanta.
- Za povezivanje LCD-a, ploča ima konektor, čiji redosled kontakata odgovara najčešćem rasporedu ekrana prikazanom na slici 1. Prilikom sastavljanja uređaja obavezno provjerite opis vaše LCD kopije, jer u praksi postoji mnogo razlika - nestandardni redosled kontakata, njihova lokacija na bočnoj strani displeja, SMD kontakti itd.
- Na ploči se nalazi četvorostruki DIP prekidač, jer... Nije uvijek moguće pronaći trostruki na sniženju. Ako je moguće koristiti trostruki, onda umjesto lijevog prekidača na ploči (krug 40. noge kontrolera) treba zalemiti žičani kratkospojnik (ili postaviti stazu u sloj M1 i napraviti 2 dodatne metalizirane rupe ).
Pažnja! Autor je sklopio i debagovao uređaj na matičnoj ploči, jer predviđeno je da se koristi kao dio drugog uređaja. Stoga je predloženi crtež samo teoretski i nije testiran u praksi.
BP prema sl. 2 montiran je na gotovu fabrički napravljenu trafostanicu. U prilogu je i njegov crtež.
Postavljanje šeme
Pažnja! Prije postavljanja kruga, trebate otvoriti sva 3 DIP prekidača SW1 (ili ukloniti MK iz kola). Ako se koristi četverostruki prekidač, onda se linija 40. kraka kontrolera ne mora otvarati.
Općenito, poželjna je manipulacija DIP prekidačima, jer Postoje informacije da neke kopije (ili modeli) LCD-a pregore ako se ne inicijaliziraju odmah nakon uključivanja, iako autor nije naišao na takve. Ako se kontroler ukloni, neće biti nikoga da ga inicijalizira.
Postavljanje kola se svodi na podešavanje potenciometara R2, R3 i R5 sljedećim redoslijedom:
1. Kada je opterećenje isključeno, koristite R3 da postavite napon u tački A na +2,5V u odnosu na masu kola.
2. Primijenite napon na T1 i postavite izlaz R2 na 1V u odnosu na tačku A. Ako imate osciloskop, provjerite sinusoidu na izlazu R2 tako da leži unutar +1..+4.5V (tj. nije prekinut diodama VD1-VD2). Ako imate laboratorijski autotransformator ili stabilizator sa mogućnošću laganog povećanja napona, onda možete primijeniti povećani napon na T1 ulaz (npr. 260-270V) i prema tome prilagoditi sinusni val tako da postoji margina preko opsega ulaznog napona.
3. Povežite moćno opterećenje (4-5A - na primjer, glačalo od 1 kW) i pomoću R5 postavite napon na izlazu razdjelnika na približno 5 puta manji nego na njegovom ulazu. Ako koristite običan voltmetar, onda u odnosu na točku A. Ako imate osciloskop, onda provjerite da sinusoida iz izlaza razdjelnika nije prekinuta diodama.
Uvijek mjerite osciloskopom u odnosu na tlo.
Ako je sinusni val negdje prekinut, očitanja uređaja će biti netačna.
Nakon konfiguracije, vraćamo vezu između analognog dijela kruga i MK (uključite sve DIP prekidače).
Kalibracija instrumenta je opisana u nastavku.
Firmware
Mikrokod kontrolera je napisan u jeziku C pomoću CvAVR kompajlera.
Stalno ispituje ADC kanale, preračunava napon na svojim ulazima u stvarne izmjerene vrijednosti i prikazuje dobijene vrijednosti na displeju.
Svaki mjerni ciklus traje 0,5 sekundi, nakon čega se podaci obrađuju (izračunavaju se mjereni parametri) i prikazuju. Svako mjerenje uključuje mjerenje napona na ulazima ADC1-ADC3 i izračunavanje preliminarnih vrijednosti na osnovu kojih se izračunavaju potrebni napon, struja itd. Ovaj pristup je detaljnije opisan u nastavku.
Mjerenja se vrše korištenjem TC0 tajmer prekida frekvencije od 5 kHz.
One. 100 puta po periodu (20 ms), u prekidu tajmera, mjerenja se uzimaju sa sva 3 ADC kanala (ADC1-ADC3). Nakon 0,5 sekundi, tajmer se isključuje i kalkulacije se provode. Srednji napon (ADC0) se mjeri svaki put prije nego što tajmer počne. Ovo vam omogućava da smanjite uticaj nasumičnih talasa srednjeg napona na očitavanja uređaja.
Pogledajmo sada metode za mjerenje fizičkih veličina implementirane u mikrokodu kontrolera.
Teorijski pristupi mjerenju različitih električnih veličina su dati gore, ali ovdje je potrebno razmotriti praktične razlike u odnosu na teoriju i karakteristike implementacije ovih mjerenja.
Sve formule date u teoretskom uvodu vrlo je teško implementirati direktno u mikrokontroler, ako ne reći da je to uopće nemoguće.
Činjenica je da svi oni uvijek impliciraju da su sve veličine koje su uključene u njih (na primjer, trenutni napon i struja) realni (pokretni zarez, ako govorimo programskim jezikom) brojevi. Ali u mikrokontrolerima uopšte, a posebno u AVR-u, ne postoji aritmetički koprocesor koji bi mogao da sabere ili pomnoži dva takva broja čak ni u 10 ciklusa takta. Takve radnje se izvode putem softverske emulacije, koja radi vrlo sporo. Da ne spominjemo dugotrajne iterativne algoritme ekstrakcije kvadratni korijen i izračunavanje trigonometrijske funkcije arccos (arc kosinus) koja se koristi za izračunavanje φ.
Drugim riječima, ako implementirate takve radnje u rukovaocu prekida koji se poziva čak i jednom u milisekundi, tada takav rukovalac neće moći završiti unutar 1 ms, što će u najboljem slučaju dovesti do strašnih „kočnica“, a većina vjerovatno potpuno zamrzavanje kontrolera. I jedno i drugo zapravo znači potpunu nefunkcionalnost uređaja.
Možete koristiti i druge metode za njihovo izračunavanje, kao što su tabelarni algoritmi (za kvadratni korijen i arc kosinus) i manipulacija "skalariranim" vrijednostima (na primjer, struja se može izračunati ne u frakcionim amperima, već u cijelim miliamperima - 1,253 A = 1253mA), itd. Ali oni imaju mnogo svojih nedostataka - programski kod je "naduven" nepotrebnim operacijama, čineći već prilično složene algoritme zbunjujućim i nejasnim. Osim toga, ovo također povećava potrošnju memorije (i RAM-a i Flasha), koja ponekad jako nedostaje MK-u. Točnost takvih proračuna također često pati.
Istovremeno, jednostavne matematičke transformacije teorijskih formula omogućavaju vam da u potpunosti izbjegnete sve ove probleme uz zadržavanje mogućnosti korištenja pomičnog zareza i funkcija sqrt i arccos iz standardne biblioteke jezika C.
Razmotrimo ovu metodu na primjeru izračunavanja napona.
U teorijskom dijelu članka data je formula (1), gdje je u i trenutna vrijednost napona, koja se, pak, izračunava kao u=K*u adc (2), gdje je u adc napon na ADC-u ulaz, K je konstanta uzimajući u obzir opći omjer podjele transformatora T1 i razdjelnika R2. Prema dokumentaciji o MK 
(3). Zamjenom (3) u (2), a zatim u (1), dobijamo gdje je ADC i vrijednost pročitana iz ADC registra podataka po završetku mjerenja. A ovo je čisto cjelobrojna vrijednost, pa čak i bez predznaka.
Iz toga slijedi da su kvadriranje (u suštini množenje) i zbrajanje (koje se moraju izvršiti u tijelu rukovatelja prekida tajmera TC0) cjelobrojne operacije s kojima se MK (ne zaboravimo da sadrži hardverski množitelj cijelih brojeva) lako može nositi sa 1 -2 mjere. A imajući u ruci cijeli broj kvadrata trenutnih ADC uzoraka za određeni broj frekvencijskih perioda i znajući njihov broj (N u gornjim formulama), možete zaustaviti mjerenja i izvršiti sva daljnja izračunavanja koristeći funkcije s pomičnim zarezom i standardne funkcije matematičkog jezika Si.
Takođe, odmah nakon merenja svakog kanala, kod sa ADC0 kanala (srednja tačka) se oduzima od pročitanog ADC koda, čime se kompenzuje porast sinusoida za 2,5V.
Povezane tvrdnje vrijede i za struju (postoji samo različit koeficijent K, uzimajući u obzir odnos između struje opterećenja i napona na šantu R1) i za aktivnu snagu.
Za kosinus i druge veličine nisu potrebne nikakve transformacije formula, jer svi su izračunati izvan prekida tajmera na osnovu napona, struje i aktivne snage koji su već dostupni.
Značajan nedostatak predloženog firmvera je gotovo potpuno odsustvo mehanizama za kompenzaciju CT nelinearnosti. Dva su razloga za to.
Prva i glavna stvar je da autor nema određeni ispitni sto za stvaranje različitih struja opterećenja kako bi se konstruirao tačan graf ovisnosti napona na izlazu CT o struji opterećenja. Kućni aparati za to nisu pogodni, jer... ne dozvoljavaju jednolično istraživanje čitavog raspona struja. Grafikoni dati u DS za TT takođe nisu prikladni, jer premali su i pregrubi za ovakvu vrstu zadatka. DS za mnoge TT modele pate od ovog nedostatka.
Drugi je mogući nedostatak RAM memorije u korištenom MK-u za implementaciju takvog algoritma. Možda će biti potrebno zamijeniti ga drugim MK-om s većom količinom memorije, na primjer, AtMega32. Međutim, detaljnije studije u ovom pravcu nisu sprovedene zbog prvog razloga.
Ovaj nedostatak je djelimično nadoknađen prisustvom 2 strujna mjerna kanala i kontroliranim pragom prebacivanja između njih, jer Svaki kanal koristi svoj vlastiti faktor kalibracije. One. Prihvatljiva očitanja mogu se postići za najčešće mjerena opterećenja.
Još jedan nedostatak je što uređaj ponekad pokazuje negativnu aktivnu snagu P (što ne može biti, osim ako, naravno, ne priključite električni generator J). To se događa zbog toga što mjerenja nisu sinkronizirana s mrežom – tj. mjerenja moraju početi na početku perioda, ali u predloženom kolu i mikrokodu postoji slična sinhronizacija.
Jer greška se odnosi samo na znak snage, tada se ovaj nedostatak može djelimično „kompenzirati“ korištenjem P modula, koji je postavljen u postavkama.
Kalibracija/podešavanje instrumenta
Jer Budući da je instrument mjerni uređaj, mora se kalibrirati prije upotrebe.
Kalibracija se vrši pomoću dugmadi SB1-SB4. Ulazak u postavke/režim kalibracije i prebacivanje faza kalibracije vrši se pomoću tipke SB1. U nekim slučajevima, nekoliko vrijednosti može biti prikazano na ekranu, ali vrijednost promijenjena u svakoj fazi je uvijek ista, zatvorena je u uglastim zagradama "<", ">". Ostali su dati za vašu referencu i opće informacije.
Vrijednosti koje se mogu uređivati mogu se mijenjati pomoću dugmadi SB2, SB3 – smanjenje/povećavanje, respektivno. Sve vrijednosti (osim ako nije drugačije navedeno) treba navesti na najbližu stotinu. Režim tačnosti se postavlja dugmetom SB4 i prikazuje VD5 LED. Ako je VD5 uključen, korak promjene je 0,01 (povećana preciznost), u suprotnom - 0,1.
Napredak kalibracije/podešavanja:
- Uključite struju u kolo.
- Pritisnite SB1. Uređaj će preći u režim podešavanja, na displeju će se prikazati „Podešavanja“, a zatim, nakon otprilike 1 sekunde, „U napajanje (podrška)“. Ovdje treba navesti napon napajanja strujnog kruga, ili potporni napon (AREF noga kontrolera).
- Pritisnite SB1. Pojavit će se riječi “Voltmetar”. Broj desno od njega je efektivni naizmenični napon na ulazu ADC1 (u odnosu na tačku A), u 2. redu je faktor konverzije napona ADC1 u rezultujući napon i editovan, tzv. „željeni“ napon – ono što želimo da vidimo na displeju. Ovdje trebate postaviti željeni napon (pomoću referentnog voltmetra). Faktor konverzije se izračunava automatski.
Zatim se oba kanala ampermetra kalibriraju na isti način, postavlja se prag za prebacivanje strujnih mjernih kanala i način korištenja aktivne energije - kao što je ili po modulu (tzv. “fabrička” podešavanja).
Trenutni kanali su označeni kao Lo (ADC2) i Hi (ADC3). Moraju se kalibrirati referentnim ampermetrom povezanim serijski s opterećenjem.
Kanal velike struje (Hi) treba kalibrirati na opterećenju velike snage (1 kW ili više). To je zbog činjenice da niske struje opterećenja daju nizak napon na CT izlazu, koji, budući da je ujedno i smanjeni razdjelnik R4-R6, može ići u područje šuma i grešaka ADC-a. Kao rezultat toga, očitanja mogu su netačne.
Preklopni prag je postavljen u amperima s preciznošću od desetina. Koristeći ovu vrijednost, kontroler bira koji će trenutni kanal koristiti za prikaz na displeju i dalje proračune S, P, Q, itd. Prag treba odabrati tako da kontroler mjeri sinusoidu neiskrivljenu diodama VD3, VD4. Prema istraživanju autora, vrijednost od 4A je sasvim prihvatljiva. To je obično nešto manje od trenutne potrošnje pegle od 1 kW. Da biste dijagnosticirali rad praga, možete koristiti pin 19 (PD5) kontrolera. Dnevnik. Na njemu se formira 0 ako uređaj koristi Lo kanal, 1 – Hi. Ako želite, možete spojiti dijagnostičku LED diodu na ovu nogu.
Fabričke postavke:
ADC podrška (napon napajanja) – 5V.
Faktor konverzije napona – 150.
Faktor konverzije za kanal niske struje je 1,30.
Faktor konverzije za kanal velike struje je 6,50.
Prag za prebacivanje strujnih kanala je 4,00 A.
Prikaz profila – 1.
Aktivni režim napajanja – „kao što jeste“.
Upravljanje uređajem
Predloženi uređaj je vrlo jednostavan za korištenje.
Odmah nakon uključivanja, pojavljuje se poruka dobrodošlice nakon 1 sekunde, uređaj ulazi u radno stanje i počinje prikazivati izmjerene parametre na displeju. Očitavanja se ažuriraju otprilike jednom u sekundi.
Uređaj ima dva tzv “prikaz profila” - skupovi parametara koji se istovremeno prikazuju:
- 1. red prikaza – U, I, S; 2. – P, cos(φ),φ.
- 1. - U, I, S; 2. – P, Q, φ.
Set profila i njihov sastav su fiksni;
Da biste promijenili profil, morate pritisnuti dugme SB4 i držati ga dok se na displeju ne pojavi poruka „Profil je promenjen“. Nakon što se pojavi ova poruka, otpustite dugme.
“Fabričke” postavke sadrže 1. aktivan profil. Možete zapamtiti trenutni profil tako da ga uređaj odmah koristi kada se uključi, koristeći dugme SB2. Dugme SB2 se mora držati dok se ne pojavi poruka “Profil je sačuvan”. Prilikom kalibracije uređaja, trenutni profil se ne mijenja, međutim, kada se postavke vrate na tvorničke postavke, profil 1 postaje trenutni.
Odabir profila se ne pohranjuje automatski. Ovo se radi kako bi se uštedio EEPROM resurs.
Izbor profila ni na koji način ne utiče na kompoziciju izlaza informacija putem UART-a.
Također treba obratiti pažnju na sljedeću osobinu - CT sa primarnim namotajem je funkcionalno i strukturno sličan radio anteni. Na ovom principu rade uređaji za traženje skrivenih ožičenja u zidovima i srodnim konstrukcijama. S tim u vezi, kada nema opterećenja, uređaj ponekad prikazuje "smeće" - neku vrstu struje i snage izazvane smetnjama. Ove smetnje se ne pojavljuju na rezultatima mjerenja s priključenim opterećenjem.
Ne postoje sredstva za borbu protiv ove pojave.
Prema autoru, najradikalniji način da se ovo prevaziđe je instaliranje neke vrste mikroprekidača u utičnicu za opterećenje i ispitivanje u mikrokodu. Ako je prekidač otvoren, opterećenje nije priključeno i mjerenja struje se ne vrše ili ignoriraju (struja je prisiljena na nulu).
Interfejs za razmjenu podatakaUART
Predloženi uređaj ima mogućnost slanja rezultata mjerenja putem standardnog UART serijskog interfejsa. To. možete ga koristiti kao dio složenijih uređaja ili ga povezati s računalom za automatizirano prikupljanje informacija.
Parametri razmjene podataka – 38400, 8N1.
Protokol razmjene je vrlo jednostavan - pomoću jednobajtne naredbe 0xAA, kontroler proizvodi blok informacija veličine 15 bajtova u sljedećem formatu - tabela. 1.
Tabela 1.
Treba napomenuti sljedeću osobinu protokola - sve vrijednosti se prenose u cjelobrojnom formatu (struje u miliamperima, kosinus, koji je uvijek manji od 1, pomnožen sa 100). To se radi iz sljedećih razloga:
- cijeli brojevi zauzimaju manje prostora - 1 ili 2 bajta. Brojevi s pomičnim zarezom u dijalektu jezika C koji se koristi uvijek su 4 bajta. Osim toga, sve izlazne vrijednosti se uklapaju u cjelobrojni format bez značajnog gubitka točnosti.
- jer Nije unaprijed poznato kakva će arhitektura računalnog sistema biti povezana s uređajem, tada se format plutajućih brojeva može pokazati potpuno drugačijim od onog koji se koristi u uređaju, što će unijeti dodatne poteškoće u dekodiranju bloka podataka.
Dvobajtni brojevi se prenose u tzv. formatu. mali Indijanac - tj. Najprije dolazi niži bajt, a zatim visoki bajt.
Tu su i karakteristike:
- ne postoji mogućnost kalibracije i očitavanja informacija o kalibraciji putem UART-a;
- u režimu kalibracije, UART interfejs nije dostupan (MK ne reaguje na njega). Zahtjevi za podatke poslani dok je kalibracija bila u toku se gube;
- MK može poslati informaciju otprilike jednom u sekundi (nakon završetka mjerenja i izračunavanja svih izmjerenih vrijednosti), to treba uzeti u obzir prilikom izrade sistema za ispitivanje uređaja. Stoga ga ne biste trebali pretrpavati zahtjevima za podacima, jer to može ometati rad mjernog modula.
Da bi ilustrovao kako se koristi uređaj, autor je razvio Windows demo aplikaciju WinAppWattmeter.exe za PC. Napisan je na C# i radi u WinXP i višim okruženjima. Takođe morate imati .NET 2.0 platformu i jedan COM port (fizički ili virtuelni USB) na koji uređaj treba da bude povezan. Izvori ove aplikacije su kompajlirani u VS.NET 2005 i novijim verzijama. VS Express i .NET Compact verzije nisu testirane.
Tehničke karakteristike, prednosti i mane uređaja
Prednosti:
- Potpuna galvanska izolacija od mjerene mreže.
- Mogućnost napajanja iz bilo kog izvora - napajanje, baterije, USB port računara itd.
- Širok raspon postavke.
- Dostupna baza elemenata.
- Širok raspon mjernih veličina.
- Mogućnost prenošenja rezultata merenja na druge računarske sisteme (na primer, na PC).
Nedostaci:
- Nelinearnost CT dovodi do grešaka u mjerenju struje u cijelom opsegu. To značajno otežava procjenu tačnosti mjerenja (neki rasponi struja se mjere tačno, ostali sa greškama, i to različiti). Ovi rasponi uvelike ovise o koeficijentima podešenim u načinu kalibracije uređaja i stoga nisu fiksni. Na primjer, možete kalibrirati tako da na malim opterećenjima kao što su punjači za mobilne telefone, lemilice ili sijalice za apartmane očitanja budu tačna, ali na snažnijim opterećenjima (pegle, fen za kosu, električni štednjaci, pećnice, mikrovalne pećnice, mašine za pranje veša) će se mjeriti s greškama.
- Sam TT može biti težak i skup dio za nabavku.
- Kada nema opterećenja, uređaj ponekad pokazuje neku struju indukovanu u primarnim namotajima CT i, kao rezultat, neku snagu i druge parametre.
Detaljno specifikacije uređaji nisu dati, jer Postoje prilično široke mogućnosti za njegovu konfiguraciju i podešavanje.
Korišteni CT model potencijalno omogućava mjerenje struja do 25A, ali da bi se ovaj raspon u potpunosti iskoristio potrebno je modificirati ulazni (analogni) stupanj kola i mikrokod.
Opseg mjerenih napona također ovisi o korištenom transformatoru. Ako je normalno, "iz napajanja", onda je ovo "standardni" raspon od oko 180-250V, a ako uzmete neki posebno napravljen transformator, onda možete izmjeriti 380 volti.
Opseg vrijednosti određen tipovima podataka koji se koriste i algoritamskim karakteristikama mikrokoda – U=1..999v, I=1mA..65A, S/P/Q – svaka 1..999 odgovarajućih jedinica.
Potrošnja struje kruga je 28-30 mA bez uzimanja u obzir struje pozadinskog osvjetljenja ekrana. Ova struja je različita za različite LCD modele. Njegova tipična vrijednost je 100-120 mA.
Također, struja se može neznatno razlikovati od datih vrijednosti kada se koriste različiti modeli LCD i op-amp.
Fotografije
Za kraj, nekoliko fotografija uređaja.
Power unit. Fizički postoji jedan transformator, sa dva nezavisna namotaja. Jedan služi za samo napajanje, drugi (2 žute žice desno) - mjere T1.
Ploča za razvoj uređaja. Napomena (još jednom): ovo je prototip. Trafostanica nije proizvedena po Sprint crtežu, jer Planirano je da uređaj radi kao dio drugog proizvoda koji je još u razvoju. Stoga vas molimo da ne obraćate pažnju na dva jastučića, drugi displej i LED na lijevoj strani. Nemaju nikakve veze sa opisanim uređajem.
Lemilica 25W. Prikaži profil 2.
Bez opterećenja. Profil prikaza 2. Hvatamo smetnje i kvarove na CT namotaju. Rezultat je “lijeva” struja od 68 mA sa svim onim što implicira.
Isto kao gore, ali bez smetnji. Prikaži profil 2.
Pegla 1kW. Profil prikaza 1. Negativna aktivna snaga J - režim “korekcije” je onemogućen. Druga LED dioda s lijeve strane svijetli - znak korištenja kanala velike struje (pin 19 (PD5) kontrolera). Set praga – 4A
Spisak isporučenih materijala
Wattmetr-Mega16-16MHz.zip – firmver kontrolera sa izvorima. Također u arhivi se nalazi gotova datoteka mikrokoda wattmetr.hex i datoteka s fabričkim postavkama (EEPROM) - wattmetr.eep.
WinAppWattmeter.zip – demo aplikacija sa izvorima (.NET 2.0, C# pod VS.NET 2005+). Tu je i gotova exe datoteka (bez virusa).
Plata\*.* - crteži štampanih ploča u .lay formatu (Sprint 5).
- L.A. Bessonov, Teorijske osnove elektrotehnike, ur. 9, u 2 toma. Moskva, " postdiplomske škole“, 1996.
- Elektronski mjerač faze - http://kazus.ru/shemes/showpage/0/104/1.html Aka - Radio br. 5, 1990, str
- Atmel AVR465: jednofazni mjerač snage/energije sa detekcijom neovlaštenog pristupa.
- Digitalni vatmetar na MK - http://radiokot.ru/circuit/digital/measure/23/
- Strujni transformator - http://bsvi.ru/transformator-toka/
- Moderni industrijski strujni senzori. "Moderna elektronika", oktobar, 2004
- Mjerenje efektivne vrijednosti napona - http://arv.radioliga.com/content/view/107/43/
Spisak radioelemenata
| Oznaka | Tip | Denominacija | Količina | Bilješka | Prodavnica | Moja beležnica | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dijagram uređaja | |||||||
| DD1 | MK AVR 8-bit | ATmega16 | 1 | U notes | |||
| DA1 | Operativno pojačalo | LM358 | 1 | U notes | |||
| VD1-VD4 | Schottky dioda | ||||||
Obično, kada se nešto naruči iz Kine, kada stigne ispadne mnogo manje nego što je u stvari, ali u mom slučaju se dogodilo suprotno, ispostavilo se da uređaj nije mali. Na njegovoj prednjoj strani nalazi se LCD displej sa plavim pozadinskim osvetljenjem, a tu je i kontrolno dugme koje je uvučeno u kućište. Na poleđini se nalazi jednostavan dijagram povezivanja, model i maksimalno moguće opterećenje. 
Dijagram priključka i dimenzije uređaja:
Proizvođač izjavljuje sljedeće tehničke karakteristike:
- Radni napon: 80~260V (AC)
- Opseg mjerenja napona: 80~260V (AC)
- Radna frekvencija mreže: 45-65 Hertz
- Preciznost (greška mjerenja):± 1%.
Ne smijemo zaboraviti da je ovaj model namijenjen mreži naizmjenične struje do 260V, postoje vizualno slični vatmetri koji rade samo sa jednosmjernom strujom, sa strujom do 100V, ako zabrkate i spojite ovo na izmjeničnu struju 260V stvarat će se vatromet i miris paljevine.
Pa, onda ću vam reći kako sam integrirao uređaj u kućište da bih dobio gotov radni “proizvod”. Kao donator odlučeno je da se koristi najobičniji zaštitnik od prenapona ili, na drugi način, produžni kabel sa tri utičnice. Naravno, mogli biste kupiti plastičnu kutiju i utičnicu odvojene veličine i tako je sastaviti, ali opcija sa prenaponski štitnikom mi se čini najboljim rješenjem.
Što se tiče dužine i širine, vatmetar se pokazao kao dva utičnica za produžni kabel. Ovo je dobra vijest, jer nema potrebe da se mjere i crteži na samom donatoru. Možete početi pilati pravougaonik duž linija koje su već ocrtane u tvornici proizvođača prenaponske zaštite. Za to sam koristio običan nož i upaljač. 
Nakon otprilike 10 minuta, mjesto za vatmetar je bilo spremno, radni komad je izgledao ovako: 
Sada je vrijeme da počnete sa sklapanjem ovog konstrukcionog seta. 
Sve žice su kalajisane i dodatno zaštićene termoskupljanjem. Šema povezivanja je takva da je potrebno spojiti žice od utikača na dvije središnje oznake, tj. preko njih će se napon iz mreže od 220V dovoditi do vatmetra. Zatim se terminali za našu buduću utičnicu spajaju na dva krajnja vanjska. Nisam se trudio da napravim novu utičnicu za utičnicu; koristio sam ono što je već bilo u produžetku. Neiskorišteni dio je za svaki slučaj prekriven termoskupljačem, da ništa ne bi pokvarilo. 
Sve žice su spojene, uređaj je fiksiran silikonom - vrijeme je za sastavljanje! 
Na kraju sam dobio ovaj kompaktni vatmetar sa jednom utičnicom za spajanje potrošača. Inače, dužina kabla je prvobitno bila oko 3 metra, naravno da mi nije toliko trebalo, pa sam većinu odrezao i ostavio samo metar. Boje se malo nisu slagale, šteta što nije bilo crnog produžnog kabla, tada bi gotov proizvod izgledao ljepše). 
Prvo uključivanje je bilo uspješno, uređaj radi i broji energiju. 
Zaslon je podijeljen u četiri dijela: napon (V), struja (A), snaga (W) i utrošena energija (Wh). Jedini kontrolni element za uređaj je dugme na prednjoj strani. Uvučen je u telo, tako da ga ne možete samo pritisnuti prstom. 
-Pritiskom na dugme jednom se uključuje i isključuje pozadinsko osvetljenje. Pozadinsko osvetljenje je prilično svetlo i ujednačeno, što vam omogućava da bolje vidite ekran.
-Dug pritisak (5 sekundi) stavlja vatmetar u režim programiranja, da tako kažem, možete podesiti prag mjerenja maksimalne energije (Wh), zadana vrijednost je 4,5 kW.
-Da biste vatmetar stavili u režim nuliranja, morate dugo držati dugme dok se ne pojavi natpis “SET CLr”.
Sve promjene se čuvaju u trajnoj memoriji, čak i nakon nestanka struje, postavke se ne resetuju.
Što se tiče tačnosti, napravio sam poređenje sa konvencionalnim multimetrom, očitanja napona vatmetra su ponekad nešto niža, a ponekad jednaka, to se može vidjeti na fotografijama ispod.
Industrijski vatmetri se koriste za mjerenje potrošnje energije u proizvodnji. Međutim, unatoč neospornoj kvaliteti takvih proizvoda, nije uvijek isplativo kupiti uređaj za 100-200 dolara. Na primjer, ako samo želite provjeriti potrošnju električne energije kućnog računara ili sijalice.
Tada vam je potreban jednostavan, jeftin i prilično precizan proizvod baziran na mikrokontroleru. Kako je struja sinusoidna (skoro), potrebno je izmjeriti aktivnu i reaktivnu komponentu. Pa, i usput, faktor snage sa frekvencijom mreže.
Opća shema je jednostavna:
1) U toku jednog poluciklusa (sasvim dovoljno), mjerimo napon i struju opterećenja.
2) Istovremeno mjerimo njegovo trajanje (da bismo odredili frekvenciju)
3) Mjerimo faznu udaljenost između vrhova struje i napona (da bismo odredili faktor snage)
4) Vršimo potrebne proračune i prikazujemo rezultat na LCD ekranu.
Kao rezultat dobijamo:
1) Napon opterećenja
2) Struja opterećenja
3) Puna snaga
4) Faktor snage
5) Aktivne i reaktivne komponente snage
6) Mrežna frekvencija
Na hardverskom nivou, kolo je implementirano na bazi mikrokontrolera iz porodice AVR ATmega88. Napajanje se obezbeđuje napajanjem bez transformatora.
PAŽNJA!!!
Kolo nije galvanski izolirano od AC mreže, tako da morate biti izuzetno oprezni prilikom sklapanja i korištenja.
Čuvaj se.
Budući da svi parametri ne staju istovremeno u LCD ekran (WH0802), potrebno je organizirati ciklično prebacivanje između njih. Za ovo postoji dugme za prebacivanje pogleda.
Opseg mjerenja struje (a samim tim i snage) može se podesiti promjenom pojačanja MCP601. U ovoj konfiguraciji, raspon je: 0...3300 W u koracima od 3,2 W.
Uređaj se lako može reprogramirati za mjerenje DC parametara (za to se koristi šant, a ne mjerni transformator). Tada će vam trebati eksterno napajanje, za koji je terminalni blok već isporučen. Korišteno tijelo je Z-100. Zgodno jer za DIN šinu, ima sve potrebne utore i jeftin je.
Rad sa priključenom sijalicom sa žarnom niti od 60 W u režimima indikacije napona i struje, režim indikacije puna moć i faktor snage.
| Arhiva za članak "AC vatmetar na ATmega88" | |
| Opis:
Izvorni kod (C), fajl firmvera mikrokontrolera, PCB izgled P-CAD 2006 |
|
| Veličina fajla: 263,03 KB Broj preuzimanja: 283 |
Digitalni vatmetar je poboljšana modifikacija svog analognog prethodnika. Služi za mrežu koja ne bi trebala ići dalje od ograničenja. U suprotnom može doći do požara i kvara opreme. Sa konstantnom strujom, indikator snage se izračunava množenjem napona sa strujom pomoću ampermetra i voltmetra. Krug naizmjenične struje zahtijeva posebne mjerne instrumente, koji uključuju vatmetar.
Svrha
Digitalni vatmetri se uglavnom koriste u elektroprivredi, mašinstvu i popravci električnih uređaja. U svakodnevnom životu ove uređaje koriste stručnjaci za elektrotehniku, računarsku opremu i radio-amateri.
Mogućnosti vatmetra:
- Testiranje električna kola ili njihove oblasti.
- Određivanje snage uređaja.
- Suđenje električne instalacije po tipu indikatora.
- Praćenje rada električne opreme.
- Obračun korištenja električne energije.
Vrste
Snaga se mjeri na osnovu podataka o naponu i struji. Prema načinu mjerenja i izdavanja konačnih informacija, predmetni uređaji se dijele na analogne i digitalne vatmetre.
Verzija analognog tipa ima blok elemenata za snimanje i prikaz. Oni otkrivaju aktivnu snagu određenog dijela kola. Ekran takvog uređaja ima stepenastu skalu i strelicu. Podjele brojčanika su podijeljene prema indikatoru snage u vatima.
Digitalne modifikacije mjere aktivne i prikazuju se informacije o naponu, struji, po jedinici vremena. Rezultati mjerenja se prikazuju na računarskom uređaju.
Kako to radi?
Osnovni princip rada digitalnog vatmetra, čiji je dijagram prikazan gore, je da izvrši preliminarno mjerenje jačine napona i struje. Da biste to učinili, spojite strujni senzor u seriju na uređaj koji troši, a indikator napona u paralelno kolo. Ovi elementi su napravljeni od termistora ili njihovih analoga (mjerni transformatori, termoparovi).
Izmjereni parametri se trenutno prenose preko pretvarača do internog mikroprocesora. Snaga se mjeri, a dobijeni rezultati se prikazuju na ekranu i prenose vanjskim uređajima.
Vrijedi napomenuti da elektrodinamički uređaji imaju širok spektar djelovanja, radeći s istosmjernom i naizmjeničnom strujom. Induktivni uređaji se koriste samo za krugove naizmjenične struje.
Digitalni kućni vatmetar
Najčešće se na domaćem tržištu u ovom segmentu predstavljaju uređaji kineske proizvodnje. Takav uređaj mjeri snagu različitih potrošača električne energije. Za početak rada njegov utikač treba umetnuti u standardnu utičnicu, a utikač potrošača čija će se snaga mjeriti priključiti na utičnicu kućnog digitalnog vatmetra.
Pomoću ovog uređaja možete izmjeriti snagu potrošača i izračunati utrošeni novac za struju koju koristi određeni uređaj.
Ovaj digitalni vatmetar opremljen je ugrađenom punjivom baterijom koja se koristi za pohranjivanje izmjerene snage. Prednja ploča ima nekoliko tipki dizajniranih za promjenu načina rada, označavanje izračunate cijene, resetiranje informacija i promjenu gornje i donje pozicije. Na poleđini kućišta su naznačeni maksimalni radni napon (230 V), frekvencija (50 Hz), izmerena snaga (od 0 do 3600 W) i ograničenje struje (16 A).
Testiranje
Razmotrimo rad digitalnog vatmetra na primjeru kućne modifikacije. Nakon uključivanja u utičnicu, displej prikazuje vrijeme potrebno za mjerenje snage potrošača. Uzmimo to kao LED lampa. Kada je lampa isključena, na ekranu se prikazuje indikator od 0,4 W (snaga isključenog potrošača). Kada se lampa uključi, očitavanje se mijenja na 10,3 W. Kolona cijena sadrži nule ako nije naznačena.
LED može promijeniti svoj svjetlosni učinak. Kako se svjetlina povećava, tako se povećavaju i parametri snage. Kada je drugi način aktiviran, dva polja se također prikazuju na vrhu (vrijeme i kW/sati). Pošto je uređaj bio u radu manje od sat vremena, vremensko polje sadrži nule. Na dnu se nalazi prikaz informacije o tome koliko dana je određeni potrošač izmjeren.
Sljedeći način rada: drugo polje prikazuje mrežni napon i trenutnu frekvenciju. Gornji dio svih modova prikazuje vrijeme mjerenja. Prelazak na sledeći režim je praćen trenutnim očitanjima u centralnom delu ekrana.
Režim br. 5 prikazuje minimalnu snagu, a mod šest prikazuje njenu maksimalnu. instaliran ručno pomoću dugmadi. Nakon podešavanja svih parametara, možete izmjeriti i izračunati potrošnju bilo kojeg kućnog električnog aparata.
CPU model 8506-120
Ovaj digitalni AC vatmetar je dizajniran za mjerenje aktivne i reaktivne snage kola u trofaznoj AC mreži. Jedinica pokazuje trenutnu snagu na senzoru, prikazujući analogni signal. Digitalni ekran je podeljen na četiri znamenke.
karakteristike:
- Koeficijent indikatora snage - 1.
- Dimenzije - 12x12x15 cm.
- Brojevi na ekranu (visina) - 20 mm.
- Maksimalni opseg očitavanja je 9999.
- Greška - 0.5.
- Brzina konverzije nije veća od 0,5 sekundi.
- Radne temperature - od +5 do +40 stepeni Celzijusa.
- Kategorija zaštite kućišta - klasa IP 40.
- Potrošnja - 5 W.
- Radna frekvencija - 50 Hz.
- Težina - 1200 g.
Multifunkcionalni uređaj CM 3010
Ovaj digitalni vatmetar je dizajniran za mjerenje istosmjerne i naizmjenične struje. Osim toga, može se koristiti za rad s manje preciznim analozima.
Opcije:
- Opseg mjerenja je 0,002 - 10 A.
- Mjerenja indikatora jednosmjerne/naizmjenične struje - 1-1000/1-700 V.
- Frekvencijski interval 40-5000 Hz.
- Greška u mjerenju DC/AC struje je 0,1%/0,1%.
- Isti indikator za mjerene frekvencije u opsegu 40-5000 Hz je 0,003%.
- Težina - 1 kg.
- Ukupne dimenzije - 22,5x10x20,5 cm.
- Potrošnja - 5 W.
D 5085
Univerzalni vatmetar se koristi za mjerenje snage u jednofaznim DC i AC krugovima, kao i upravljačkim uređajima sa manjom preciznošću.
karakteristike:
- Dimenzije - 20,5x29x13,5 cm.
- Radni uslovi - temperatura od +10 do +35 stepeni sa vlažnošću ne većom od 80%.
- Greška - 0.2.
- Nazivni faktor snage - 1,0.
- Nazivna struja paralelnog kola uređaja je 5 mA.
LSENE
Ovaj digitalni vatmetar za baterije, čija cijena počinje od 500 rubalja, opremljen je zaslonom s tekućim kristalima i omogućava testiranje baterije u realnom vremenu, s očitavanjem od 0 do 60 V. Uređaj ima nisku potrošnju energije i radi sa baterijama. od 12, 24, 36, 48 V.
Opcije:
- Radni napon - 0-60 V.
- Maksimalna struja - 0,01 A.
- Radna struja - 7 A.
- Ukupne dimenzije - 84x50x20 mm.
- Slijed izlaza podataka nije duži od 2 sekunde.