एसी करंट मॉनिटरिंग डेटा लॉगर: 9 चरण (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

हाय सब लोग, मेरे पहले निर्देश में आपका स्वागत है! दिन में मैं एक कंपनी के लिए एक परीक्षण इंजीनियर हूं जो औद्योगिक हीटिंग उपकरण की आपूर्ति करता है, रात में मैं एक शौकीन चावला शौकिया और DIY'er हूं। मेरे काम के हिस्से में हीटरों के प्रदर्शन का परीक्षण शामिल है, इस अवसर पर मैं 1000 घंटे से अधिक के 8 उपकरणों के आरएमएस वर्तमान ड्रॉ की निगरानी करने में सक्षम होना चाहता था और बाद में परिणामों को ग्राफ़ करने के लिए डेटा लॉग करना चाहता था। मेरे पास डेटा लॉगर तक पहुंच है लेकिन यह पहले से ही किसी अन्य प्रोजेक्ट के लिए प्रतिबद्ध था और मुझे कुछ कम लागत की आवश्यकता थी, इसलिए मैंने इस मूल डेटालॉगर को एक साथ जोड़ने का फैसला किया।

परियोजना एनालॉग से डिजिटल कनवर्टर (एडीसी) के माध्यम से एनालॉग सेंसर को पढ़ने के लिए एक Arduino Uno का उपयोग करती है और एक एसडी कार्ड पर टाइम स्टैम्प के साथ डेटा रिकॉर्ड करती है। सर्किट को डिजाइन करने में बहुत सारे सिद्धांत और गणना शामिल हैं, इसलिए पूरी तरह से सब कुछ समझाने के बजाय, मैं आपको दिखाऊंगा कि इसे कैसे बनाया जाता है। अगर आप फुल हिट देखने में रुचि रखते हैं तो मुझे टिप्पणियों में बताएं और मैं आगे बताऊंगा।

ध्यान दें:

मेरे पास True RMS गणनाओं के बारे में बहुत सारे प्रश्न हैं। यह उपकरण तरंग के शिखर को पकड़ने के लिए हाफ वेव रेक्टिफायर का उपयोग करता है, जिसे बाद में 0.707 से गुणा करके RMS दिया जा सकता है। नतीजतन, यह केवल रैखिक भार के साथ एक सटीक परिणाम देगा (यानी वर्तमान मापा जा रहा है एक शुद्ध साइन लहर है)। गैर-रैखिक आपूर्ति या भार जो त्रिकोणीय, आयताकार या कोई अन्य गैर-साइनस तरंग देते हैं, एक वास्तविक आरएमएस गणना नहीं देंगे। यह उपकरण केवल एसी करंट को मापता है, इसे वोल्टेज को मापने के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया है, फलस्वरूप यह पावर फैक्टर की गणना या माप नहीं करता है। कृपया मेरे अन्य निर्देश को देखें कि पावर फैक्टर मीटर कैसे बनाया जाए जिसका उपयोग ऐसा करने के लिए किया जा सकता है। कई लोगों ने यह भी कहा है कि 2.5V सेंटरलाइन के साथ एक सीधा एसी कपलिंग बेहतर है, हालांकि यह जटिलताओं का परिचय देता है क्योंकि इसमें पर्याप्त रूप से तेज़ डिजिटल नमूनाकरण दर, मजबूत औसत/डेटा स्मूथिंग आदि शामिल है और यह अनिश्चितता मापने से बहुत अधिक है। कच्चा मूल्य। व्यक्तिगत रूप से, जहां संभव हो मैं हार्डवेयर समाधान और सरल कोड पसंद करता हूं इसलिए मुझे उस विधि में कोई दिलचस्पी नहीं है। सटीकता के अनुसार मेरा मानना है कि यह बाद वाले की तुलना में कहीं बेहतर है और आप बाद में मेरे परिणामों में देखेंगे कि अंशांकन के बाद 1.0 के करीब एक प्रतिगमन गुणांक है।

चरण 1: वर्तमान ट्रांसफॉर्मर

यह परियोजना HMCT103C 5A/5MA वर्तमान ट्रांसफार्मर का उपयोग करती है। इसमें १:१००० मोड़ अनुपात है जिसका अर्थ है कि कंडक्टर के माध्यम से बहने वाले प्रत्येक ५ ए के लिए, ५ एमए सीटी के माध्यम से प्रवाहित होगा। वोल्टेज को मापने की अनुमति देने के लिए सीटी के दो टर्मिनलों में एक प्रतिरोधी को जोड़ा जाना चाहिए। इस अवसर पर मैंने 220 ओम अवरोधक का उपयोग किया, इसलिए ओम के नियम V=IR का उपयोग करते हुए, CT का आउटपुट 1.1 वोल्ट AC होगा, CT धारा के प्रत्येक 5mA (या मापा धारा के प्रत्येक 5A) के लिए। सीटी को रेसिस्टर के साथ स्ट्रिप बोर्ड में मिलाया गया और फ्लाइंग लीड बनाने के लिए कुछ इंस्ट्रूमेंट वायर। मैंने 3.5 मिमी पुरुष ऑडियो जैक प्लग के साथ लीड को समाप्त कर दिया।

यहाँ वर्तमान ट्रांसफार्मर के लिए डेटाशीट है

डेटा शीट

चरण 2: सिग्नल कंडीशनिंग

सीटी से सिग्नल कमजोर होगा इसलिए इसे बढ़ाने की जरूरत है। इसके लिए मैंने uA741 डुअल रेल ऑप amp का उपयोग करके एक साधारण एम्पलीफायर सर्किट को एक साथ मिलाया। इस मामले में लाभ इसलिए आरएफ / रिन (150k / 1k) सूत्र का उपयोग करके 150 पर सेट किया गया है। हालांकि एम्पलीफायर से आउटपुट सिग्नल अभी भी एसी है, ऑप-एम्प के आउटपुट पर डायोड एसी के नकारात्मक आधे चक्र को काट देता है और सकारात्मक वोल्टेज को 0.1uF कैपेसिटर में तरंग को एक तरंगित डीसी सिग्नल में सुचारू करने के लिए पास करता है। नीचे वे भाग हैं जो सर्किट बनाते हैं:

• V1 - इस आरेख में यह मनमाना है, यह केवल सिग्नल वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करता है जिसे op-amp के गैर-इनवर्टिंग इनपुट में फीड किया जाता है।
• R1 - इसे फीडबैक रेसिस्टर (Rf) के रूप में जाना जाता है और इसे 150k. पर सेट किया जाता है
• R2 - इसे इनपुट रेसिस्टर (Rin) के रूप में जाना जाता है और इसे 1k. पर सेट किया जाता है
• 741 - यह uA741 इंटरग्रेटेड सर्किट है
• वीसीसी - सकारात्मक आपूर्ति रेल + 12 वी
• वीईई - नकारात्मक आपूर्ति रेल -12 वी
• D1 - क्या हाफ वेव रेक्टिफाईइंग सिग्नल डायोड 1N4001. है
• C3 - यह संधारित्र एक निर्धारित समय के लिए DC सिग्नल रखता है

चित्र 2 में आप देख सकते हैं कि इसे वेरोबार्ड और टिन वाले तांबे के तार का उपयोग करके इकट्ठा किया गया था। पीसीबी स्टैंड ऑफ के लिए 4 छेद ड्रिल किए गए थे ताकि उन्हें ढेर किया जा सके (क्योंकि आठ चैनल हैं, वहां पूरी तरह से आठ एम्पलीफायर सर्किट होने की जरूरत है।

चरण 3: बिजली की आपूर्ति

यदि आप इसे खरोंच से बनाना पसंद नहीं करते हैं, तो आप चीन से पूर्व-इकट्ठे बोर्ड खरीद सकते हैं, जैसा कि ऊपर चित्रित किया गया है, लेकिन आपको अभी भी 3VA ट्रांसफार्मर (240V से 12V तक नीचे) की आवश्यकता होगी। एक तस्वीर की कीमत मेरे लिए लगभग £२.५०. है

परियोजना को शक्ति देने के लिए मैंने अपनी दोहरी रेल 12VDC बिजली की आपूर्ति करने का निर्णय लिया। यह सुविधाजनक था क्योंकि op-amps को +12V, 0V, -12V की आवश्यकता होती है, और Arduino Uno 14 VDC तक की किसी भी आपूर्ति को स्वीकार कर सकता है। नीचे वे भाग हैं जो सर्किट बनाते हैं:

• V1 - यह मुख्य सॉकेट 240V 50Hz से आपूर्ति का प्रतिनिधित्व करता है
• T1 - यह एक छोटा 3VA ट्रांसफार्मर है जिसके बारे में मैंने झूठ बोला था। यह महत्वपूर्ण है कि ट्रांसफॉर्मर के पास सेकेंडरी पर एक सेंट्रल टैप हो जो 0V यानी ग्राउंड. से जुड़ा होगा
• D1 से D4 - यह 1N4007 डायोड का उपयोग करते हुए एक पूर्ण तरंग ब्रिज रेक्टिफायर है
• C1 और C2 - 35V इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर 2200uF (35V होना चाहिए क्योंकि सकारात्मक और नकारात्मक के बीच की क्षमता 30V तक पहुंच जाएगी)
• U2 - LM7812, एक 12V धनात्मक वोल्टेज नियामक है
• U3 - LM7912, एक 12V ऋणात्मक वोल्टेज नियामक है (78xx और 79xx IC के बीच पिन अंतरों को नोट करने के लिए सावधान रहें!)
• C3 और C4 - 100nF स्मूथिंग कैपेसिटर 25V इलेक्ट्रोलाइटिक
• C5 और C6 - 10uF सिरेमिक डिस्क कैपेसिटर

मैंने स्ट्रिपबोर्ड पर घटकों को मिलाया, और नंगे सिंगल कोर टिन वाले तांबे के तार के साथ ऊर्ध्वाधर पटरियों में शामिल हो गया। ऊपर दिया गया चित्र 3 मेरी DIY बिजली की आपूर्ति दिखाता है, क्षमा करें फोटो में बहुत सारे कूदने वाले हैं!

चरण 4: डिजिटल कन्वर्टर्स के अनुरूप

Arduino Uno में पहले से ही 10-बिट ADC में निर्मित है, हालाँकि केवल 6 एनालॉग इनपुट हैं। इसलिए मैंने ADS1115 16-बिट के साथ दो ADC ब्रेकआउट का उपयोग करने का विकल्प चुना। यह 2^15 = 32767 बिट्स को 0-4.096V से वोल्टेज स्तर का प्रतिनिधित्व करने की अनुमति देता है (4.096V ब्रेकआउट का ऑपरेटिंग वोल्टेज है), इसका मतलब है कि प्रत्येक बिट 0.000125V का प्रतिनिधित्व करता है! इसके अलावा, क्योंकि यह I2C बस का उपयोग करता है, इसका मतलब है कि 4 एडीसी तक को संबोधित किया जा सकता है, यदि वांछित हो तो 16 चैनलों की निगरानी की जा सकती है।

मैंने फ़्रिट्ज़िंग का उपयोग करके कनेक्शनों को चित्रित करने का प्रयास किया है, हालांकि सीमाओं के कारण सिग्नल जेनरेटर को चित्रित करने के लिए कोई कस्टम भाग नहीं है। बैंगनी तार एम्पलीफायर सर्किट के आउटपुट से जुड़ा है, इसके आगे का काला तार दिखाता है कि सभी एम्पलीफायर सर्किट को आम जमीन साझा करनी चाहिए। इसलिए मैंने एक ब्रेडबोर्ड का उपयोग यह बताने के लिए किया है कि मैंने टाई पॉइंट कैसे बनाए हैं। हालाँकि मेरे वास्तविक प्रोजेक्ट में महिला हेडर में बैठे ब्रेकआउट हैं, वेरोबार्ड को मिलाप किया गया है, और सभी टाई पॉइंट्स को वर्बार्ड पर मिलाप किया गया है।

चरण 5: माइक्रोकंट्रोलर

जैसा कि मेरे द्वारा चुने गए नियंत्रक के ऊपर एक Arduino Uno था, यह एक अच्छा विकल्प था क्योंकि इसमें बोर्ड पर बहुत कुछ है और कार्यक्षमता में बनाया गया है जिसे अन्यथा अलग से बनाने की आवश्यकता होगी। साथ ही यह विशेष रूप से निर्मित 'ढाल' के साथ संगत है। इस अवसर पर मुझे सभी परिणामों को टाइमस्टैम्प करने के लिए एक वास्तविक समय घड़ी और एक.csv या.txt फ़ाइल में परिणामों को रिकॉर्ड करने के लिए एक एसडी कार्ड लेखक की आवश्यकता थी। सौभाग्य से, Arduino डेटा-लॉगिंग शील्ड में एक ढाल में दोनों होते हैं जो अतिरिक्त सोल्डरिंग के बिना मूल Arduino बोर्ड पर फिट होते हैं। शील्ड RTClib और SD कार्ड लाइब्रेरी के साथ संगत है इसलिए किसी विशेषज्ञ कोड की आवश्यकता नहीं है।

चरण 6: विधानसभा

मैंने अपने अधिकांश घटकों को खराब करने और एक शिल्प चाकू के साथ एक सुविधाजनक आकार में काटने के लिए 5 मिमी मध्यम / कम घनत्व वाले पीवीसी (कभी-कभी फोमबोर्ड के रूप में जाना जाता है) का उपयोग किया। प्रोटोटाइप के लिए सभी घटकों को एक मॉड्यूलर फैशन में बनाया गया था क्योंकि यह अलग-अलग हिस्सों को हटाने की अनुमति देता है अगर चीजें गलत हो जाती हैं, हालांकि यह एक etched पीसीबी (आगे काम) के रूप में कुशल या साफ नहीं है, इसका मतलब यह भी है कि बीच में जम्पर तारों का एक बहुत कुछ है अवयव।

चरण 7: कोड अपलोड करना

कोड को Arduino पर अपलोड करें, या मेरे Github रेपो से कोड प्राप्त करें

github.com/smooth-jamie/datalogger.git

चरण 8: अंशांकन

सैद्धांतिक रूप से मापा गया वर्तमान कई चीजों के संयुक्त परिणाम का परिणाम होगा:

मापा amps = (((a *0.45)/150)/(1.1/5000))/1000 जहां 'ए' एम्पलीफायर से सिग्नल वोल्टेज है

0.45 एम्पलीफायर सर्किट के वाउट का rms मान है, 150 op-amp लाभ (Rf/Rin = 150k / 1k) है, 1.1 CT का पूर्ण पैमाने पर वोल्टेज आउटपुट है जब मापा amps 5A है, 5000 बस 5A है एमए, और 1000 ट्रांसफार्मर में घुमावों की मात्रा है। इसे सरल बनाया जा सकता है:

मापा एएमपीएस = (बी * 9.216) / 5406555 जहां बी एडीसी रिपोर्ट किया गया मान है

Arduino 10-बिट ADC का उपयोग करके इस सूत्र का परीक्षण किया गया था और मल्टीमीटर मानों और Arduino जनित मानों के बीच का अंतर 11% देखा गया था जो एक अस्वीकार्य विचलन है। अंशांकन के लिए मेरी पसंदीदा विधि एक स्प्रेडशीट में एक मल्टीमीटर पर एडीसी मान बनाम करंट रिकॉर्ड करना और तीसरे क्रम के बहुपद को प्लॉट करना है। इससे क्यूबिक फॉर्मूला का इस्तेमाल मापा करंट की गणना करते समय बेहतर परिणाम देने के लिए किया जा सकता है:

(कुल्हाड़ी^3) + (बीएक्स^2) + (सीएक्स^1) + डी

गुणांक a, b, c, और d की गणना एक साधारण डेटा तालिका से एक्सेल में की जाती है, x आपका ADC मान है।

डेटा प्राप्त करने के लिए मैंने एक सिरेमिक 1k वेरिएबल रेसिस्टर (रिओस्टेट) और 12v ट्रांसफॉर्मर का उपयोग मुख्य एसी वोल्टेज को 240V से कम करने के लिए किया, जिससे मुझे 13mA से 100mA तक एक वैरिएबल करंट सोर्स जेनरेट होगा। अधिक डेटा अंक बेहतर एकत्र हुए, हालांकि मैं एक सटीक प्रवृत्ति हासिल करने के लिए 10 डेटा अंक एकत्र करने का सुझाव दूंगा। संलग्न एक्सेल टेम्प्लेट आपके लिए गुणांक की गणना करेगा, फिर यह केवल उन्हें arduino कोड में दर्ज करने की बात है

कोड की लाइन ६९ पर आप देखेंगे कि गुणांक कहाँ दर्ज करना है

फ्लोट chn0 = ((7.30315 * पाउ(10, -13)) * पाउ(adc0, 3) + (-3.72889 * पाउ(10, -8) * पाउ(adc0, 2) + (0.003985811 * adc0) + (0.663064521)));

जो एक्सेल फ़ाइल के शीट 1 में सूत्र के समान है:

y = 7E-13x3 - 4E-08x2 + 0.004x + 0.663

आप जिस भी चैनल को कैलिब्रेट कर रहे हैं उसका x = adc0 कहां है

चरण 9: समाप्त करें

इसे प्रोजेक्ट एनक्लोजर में रखें। मैंने आपूर्ति पर पूरी चीज़ को चालू/बंद करने के लिए एक टॉगल स्विच के साथ बिजली की आपूर्ति समाप्त कर दी, और मुख्य इनपुट के लिए एक आईईसी "आंकड़ा 8" कनेक्टर। यह सब एक साथ पेंच और आप इसका परीक्षण करने के लिए तैयार हैं।

आगे का कार्य

पूरी परियोजना का मजाक उड़ाया गया था, इसलिए सुधार, नक़्क़ाशीदार सर्किट, बेहतर घटकों के लिए बहुत सी जगह है। आदर्श रूप से पूरी चीज को जम्पर्स के भार के बजाय FR4 पर उकेरा या मिलाया जाएगा। जैसा कि मैंने पहले कहा था कि बहुत सारी चीजें हैं जिनका मैंने उल्लेख नहीं किया है, लेकिन अगर कुछ विशिष्ट है तो आप मुझे टिप्पणियों में बताना चाहेंगे और मैं इंस्ट्रक्शनल को अपडेट कर दूंगा!

अद्यतन २०१६-१२-१८

मैंने अब पहले चार चैनलों की निगरानी के लिए I2C "बैकपैक" का उपयोग करके एक 16x2 एलसीडी जोड़ा है, पोस्ट के माध्यम से आने पर अंतिम चार की निगरानी के लिए एक और जोड़ देगा।

क्रेडिट

यह प्रोजेक्ट मेरे Arduino स्केच में उपयोग किए गए पुस्तकालयों के सभी लेखकों द्वारा संभव बनाया गया था, जिसमें DS3231 लाइब्रेरी, Adafruit ADS1015 लाइब्रेरी और Arduino SD लाइब्रेरी शामिल हैं।