Módulo sensor de tensão de canal duplo Arduino: 8 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Já se passaram alguns anos desde que escrevi um instrutível, pensei que era hora de voltar. Tenho desejado construir um sensor de voltagem para poder conectá-lo à minha fonte de alimentação de bancada. Eu tenho uma fonte de alimentação variável de dois canais, não tem display, então tenho que usar um voltímetro para definir a tensão. Não sou engenheiro elétrico ou programador, faço isso por hobby. Dito isto, vou descrever o que iremos construir aqui e pode não ser o melhor design ou a melhor codificação, mas farei o meu melhor.

Etapa 1: Sobre o Projeto

Em primeiro lugar, este é apenas um projeto preliminar de algo mais estável e confiável, alguns dos componentes não chegarão ao projeto final. A maioria dos componentes foi selecionada apenas por causa da disponibilidade (eu os tinha em minha casa) e não por causa de sua confiabilidade. Este projeto é para uma fonte de alimentação de 15 V, mas você pode substituir alguns componentes passivos e fazê-la funcionar em qualquer tensão ou corrente. Os sensores de corrente estão disponíveis em 5A, 20A e 30A você pode apenas escolher a amperagem e modificar o código, a mesma coisa com o sensor de tensão você pode alterar o valor dos resistores e o código para medir tensões mais altas.

O PCB não tem valores definidos porque você pode substituir componentes passivos para atender às necessidades de sua fonte de alimentação. Ele foi projetado para ser adicionado a qualquer fonte de alimentação.

Etapa 2: Sensores de tensão

Começaremos com os sensores de tensão e os sensores de corrente. Estou usando um Arduino Mega para testar os circuitos e o código, então alguns dos iniciantes como eu podem fazer e testar seus próprios em tempo real, em vez de ter que construir o módulo inteiro em uma placa de ensaio.

Podemos medir apenas 0-5 volts usando as entradas analógicas do Arduino. Para podermos medir até 15 volts, precisamos criar um divisor de tensão, os divisores de tensão são muito simples e podem ser criados usando apenas 2 resistores, neste caso estamos usando um 30k e um 7,5k que nos daria uma proporção de 5: 1 para que possamos medir valores de 0-25 volts.

Lista de peças para sensor de tensão

Resistores R1, R3 30k

Resistores R2, R4 7,5k

Etapa 3: Sensores de corrente

Para os sensores de corrente vou usar o ACS712 da Allegro. Agora, a primeira coisa que preciso mencionar é que sei que esses sensores não são muito precisos, mas era o que eu tinha em mãos ao projetar este módulo. O ACS712 está disponível apenas em um pacote de montagem em superfície e é um dos poucos componentes SMD sendo usados neste módulo.

Lista de peças do sensor atual

IC2, IC3 ASC712ELC-05A

C1, C3 1nF Capacitor

C2, C4 0,1uF Capacitor

Etapa 4: Sensor de temperatura e ventilador

Decidi adicionar controle de temperatura ao módulo porque a maioria das fontes de alimentação gera uma boa quantidade de calor e precisamos de proteção contra superaquecimento. Para o sensor de temperatura, estou usando um HDT11 e para o controle da ventoinha vamos usar um MOSFET 2N7000 N-Channel para acionar uma ventoinha de CPU de 5V. O circuito é bastante simples, precisamos aplicar tensão no dreno do transistor e aplicar uma tensão positiva na porta, neste caso estamos usando a saída digital do arduino para fornecer essa tensão e o transistor liga permitindo que a ventoinha seja energizado.

O código é muito simples: fazemos uma leitura de temperatura do sensor DHT11 se a temperatura for maior que nosso valor definido, ele define o pino de saída HIGH e o ventilador liga. Assim que a temperatura cair abaixo da temperatura definida, o ventilador desliga. Construí o circuito na placa de ensaio para testar meu código, tirei algumas fotos rápidas com meu celular, não muito bem, desculpe, mas o esquema é fácil de entender.

Sensor de temperatura e lista de peças do ventilador

Sensor de temperatura J2 DHT11

Resistor R8 10K

J1 5V FAN

Q1 2N7000 MOSFET

Diodo D1 1N4004

Resistor R6 10K

Resistor R7 47K

Etapa 5: Circuito de energia

O módulo funciona com 5 V, portanto, precisamos de uma fonte de alimentação estável. Estou usando um regulador de tensão L7805 para fornecer uma fonte constante de 5 V, não há muito a dizer sobre este circuito.

Lista de peças do circuito de energia

1 regulador de tensão L7805

Capacitor C8 0,33uF

Capacitor C9 0.1uF

Etapa 6: LCD e saídas seriais

Projetei o módulo para ser usado com um LCD em mente, mas decidi adicionar saída serial para fins de depuração. Não vou entrar em detalhes sobre como configurar um LCD I2C porque já o cobri em um LCD I2C instrutível anterior. A maneira fácil de adicionar LEDS às linhas Tx e Rx para mostrar a atividade. Eu uso um adaptador USB para serial que eu conecto ao módulo, então eu abro o monitor serial no IDE do Arduino e posso ver todos os valores, ver se tudo está funcionando como deveria.

Lista de peças de saída serial e LCD

I2C 16x2 I2C LCD (20x4 opcional)

LED7, LED8 0603 SMD LED

R12, R21 1K R0603 Resistor SMD

Etapa 7: Programação de ISP e ATMega328P

Como mencionei no início, este módulo é projetado para ser construído para diferentes configurações, precisamos adicionar uma forma de programar o ATMega328 e fazer o upload de nossos esboços. Existem várias maneiras de programar o módulo, uma delas é usar um Arduino como um programador de ISP, como em um de meus ATMega de inicialização instrutiva anterior com Arduino mega.

Notas:

- Você não precisa do capacitor para carregar o esboço do ISP no Arduino, você precisa dele para queimar o bootloader e fazer o upload do esboço voltage_sensor.

- Em versões mais recentes do Arduino IDE, você precisa conectar o pino 10 ao pino 1 RESET do ATMega328.

Lista de peças do circuito ISP e ATMega328P

U1 ATMega328P

XTAL1 16MHz HC-49S Crsytal

Capacitores C5, C6 22pf

Cabeçalho ISP1 de 6 pinos

Resistor R5 10K

Reinicializar o interruptor SMD Tact 3x4x2

Etapa 8: Notas e Arquivos

Esta foi apenas uma maneira de colocar algumas idéias em um dispositivo funcional, como mencionei antes, é apenas uma pequena adição para minha fonte de alimentação de bancada Dual Channel. Incluí tudo o que você precisa para construir seu próprio módulo, todos os arquivos e esquemas CAD do Eagle. Eu incluí o esboço do Arduino, é muito simples e tentei torná-lo fácil de entender e modificar. Se você tiver alguma dúvida sinta-se à vontade para perguntar, tentarei respondê-la. Este é um projeto aberto, sugestões são bem-vindas. Tento colocar o máximo de informações que pude, mas descobri sobre o concurso do Arduino tarde e queria enviar. Eu estarei escrevendo o resto em breve. Também removi os componentes SMD (resistores e LED) e os substituí por componentes TH, o único componente SMD é o sensor atual porque está disponível apenas em um pacote SOIC, o arquivo ZIP contém o arquivos com os componentes TH.