Наши партнеры ArtmMisto
>>
Середньоквадратичний вольтметр / амперметр для зарядного пристрою.
Привіт, шановні відвідувачі сайту. Свою статтю (як оповідь Кот - нетленку) почну з невеликої передісторії, за що прошу сильно не штовхати.
Один мій знайомий займається виготовленням зарядних пристроїв на основі силового низькочастотного трансформатора з регулюванням струму заряду за допомогою СІФУ і силових тиристорів. Все б добре, але, як в казці, все хороше коли-небудь закінчується. Закінчилося і у нього - пропали з продажу дешеві вимірювальні прилади, які встановлювалися в зарядні пристрої. Він попросив допомоги, і я відгукнувся.
На етапі опрацювання технічного завдання ми прийшли до висновку, що для здешевлення кінцевого пристрою можна застосувати один індикатор, але зробити перемикання між виміром напруги і струму (струм вимірюється в них трансформатором струму, тому, по суті, вийшов двоканальний вольтметр). Сказано зроблено. В якості основи був застосований мікроконтролер ATmega8a, як один з найбільш дешевих і доступних приладів.
Спочатку був реалізований алгоритм з цифровим рекурсивним фільтром, основне призначення якого - згладжувати рвану синусоїду (результат роботи тиристора з керуванням від СІФУ). Як виявилося в подальшому - цих заходів недостатньо з двох причин: перша - недостатня фільтрація, друга - при збільшенні постійної часу фільтра його вихідний сигнал встановлювався невиправдано довго. Виглядало це так - крутнув ручку регулятора, а показання тільки починають повзти. Природно, працювати в такому випадку стає просто нереально.
Перелопативши гори посилань в пошуках ідей реалізації вольтметра, що задовольняє всім вимогам замовника, я прийшов до висновку що тут необхідний середньоквадратичний вольтметр з часом вимірювання, кратним частоті живильної мережі. Для нашого стандарту це 50 Гц.
В результаті був розроблений наступний алгоритм роботи приладу, заснований на дискретному (сумарна площа вписаних в сигнал прямокутників) обчисленні інтеграла:
Для його реалізації було обрано частота роботи МК в 4 МГц. Період переривань за таймером TMR2 - 250мкС. При 240 вимірах число вимірюваних періодів напруги складе 3.
Таким чином в перериванні по таймеру ми виконуємо відразу два дії - відраховуємо тимчасові інтервали і виводимо динамічну індикацію на трьохрозрядний семисегментний індикатор.
Але це все виявилося квіточками. В «останній момент» замовник повідомив про те, що вимірюється напруга у нього - негативне. І довелося додавати операційний підсилювач. Та не просто додавати, а передбачати всілякі непередбачувані зміни техзавдання. В результаті схемотехніка вийшла така, що запаюванням резистора в відповідне місце ми отримуємо вольтметр негативного або позитивного напруги. Каскад для цих цілей вийшов таким:
Посилення каскаду визначається відношенням опору резисторів R2 до R1. А знак - запаюванням R3 - повторювач, або R3 '- інвертор. Харчування DA1 - двухполярной, для усунення не нульовий вихідного значення при закороченном вході операціонніка. Негативне значення напруги виходить з меандру з виходу МК за допомогою однополупериодного випрямляча.
Для виключення впливу напруги насичення вихідного каскаду ОУ на вимірювання, опорна напруга для АЦП МК береться зовнішнє. З метою здешевлення в початковому варіанті опорний береться від напруги живлення, ділиться навпіл і подається на ніжку мікроконтролера.
Плата вольтметра / амперметра розлучена з урахуванням використання на ній індикаторів як із загальним катодом, так і загальним анодом. Для розуміння принципів роботи приведу ділянки схем:
Випробовувалися обидва варіанти. Червоним кольором позначено SMD перемички, одну з яких необхідно запаяти.
Коефіцієнт посилення підсилювачів вибирається таким, щоб амплітуда вимірюваного сигналу не перевищувала опорне значення.
Налаштовувати вольтметр найпростіше по постійній напрузі, воно досить точно вимірюється китайськими «братами по розуму». Канал струму - складніше. Якщо вимір йде з шунта, то так само як і канал напруги - постоянка, а якщо з трансформатора струму то тут найпростіше буде підключити амперметр змінного струму в первинну ланцюг і підключити до джерела змінної напруги. У такому випадку через зразковий прилад буде протікати змінний струм синусоїдальної форми, на який він і розрахований. Природно, при наявності TruRMS приладу все куди простіше ...
В архіві наведено проект для AtmelStudio 6, файл MathCad 15 з деякими розрахунками середньоквадратичних значень, проект Proteus зі спрощеної по максимуму схемотехнікою.
файли:
Алгоритм в SPlan
Архів плати
Проект до AtmelStudio
файл протеуса
Друкована плата без масштабу
файл схеми
Всі питання в Форум .
