Sensor de corrente DIY para Arduino: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Olá, espero que você esteja indo bem e neste tutorial irei mostrar como fiz um sensor de corrente para Arduino usando alguns componentes eletrônicos básicos e um shunt feito em casa. Este shunt pode lidar facilmente com grandes magnitudes de corrente, em torno de 10-15 Amps. A precisão também é muito boa e consegui obter resultados muito decentes ao medir correntes baixas em torno de 100mA.

Suprimentos

1. Arduino Uno ou equivalente e fio de programação
2. OP- Amp LM358
3. Fios de ligação
4. Resistor de 100 KOhm
5. Resistor de 220 KOhm
6. Resistor de 10 kohm
7. Placa Veroboard ou Zero PCB
8. Shunt (8 a 10 miliohms)

Etapa 1: reunindo as peças necessárias

As peças principais de que você precisa para esta construção é um Shunt junto com o amplificador operacional IC. Para minha aplicação, estou usando o IC LM358, que é um DIP IC OP-AMP duplo de 8 pinos, do qual estou usando apenas um amplificador operacional. Você também precisará de resistores para o circuito do amplificador não inversor. Eu escolhi 320K e 10K como minhas resistências. A escolha de sua resistência depende completamente da quantidade de ganho que você deseja ter. Agora, o OP-AMP está sendo alimentado por 5 volts do Arduino. Portanto, precisamos ter certeza de que a tensão de saída do OP-AMP quando a corrente total está passando pelo shunt deve ser inferior a 5 volts, de preferência 4 volts para manter alguma margem de erro. Se escolhermos um ganho que é muito alto o suficiente para um valor inferior de corrente, o OP-AMP irá para a região de saturação e dará apenas 5 volts além de qualquer valor de corrente. Portanto, certifique-se de escolher o valor de ganho do amplificador de forma adequada. Você também precisaria de um PCB de prototipagem ou placa de ensaio para experimentar este circuito. Para o microcontrolador, estou usando o Arduino UNO para adquirir a entrada da saída do amplificador. Você pode escolher qualquer placa Arduino equivalente que desejar.

Etapa 2: fazendo seu próprio resistor shunt

O coração principal do projeto é o resistor de derivação usado para fornecer a pequena queda de tensão. Você pode fazer este shunt facilmente sem muitos problemas. Se você tiver um fio de aço sólido espesso, poderá cortar um comprimento razoável desse fio e usá-lo como um shunt. Outra alternativa é resgatar resistores shunt de multímetros antigos ou danificados, como mostrado aqui. A faixa de corrente que você deseja medir depende em grande parte do valor do resistor shunt. Normalmente, você pode usar shunts na ordem de 8 a 10 miliohms.

Etapa 3: Diagrama de circuito do projeto

Aqui está toda a teoria como um resumo e também o diagrama do circuito do módulo sensor de corrente mostrando a implementação da configuração não inversora do OP-AMP fornecendo o ganho necessário. Também anexei um capacitor de 0,1 uF na saída do OP-AMP para suavizar a tensão de saída e reduzir qualquer ruído de alta frequência, se isso ocorrer.

Etapa 4: juntando tudo …

Agora é finalmente hora de fazer o módulo do sensor atual com esses componentes. Para isso, cortei um pequeno pedaço de veroboard e organizei meus componentes de forma que eu pudesse evitar o uso de quaisquer fios de jumper ou conectores e todo o circuito pudesse ser conectado usando juntas de solda direta. Para conexão da carga através do shunt, usei terminais de parafuso, o que torna as conexões muito mais organizadas e ao mesmo tempo torna muito mais fácil comutar / substituir as diferentes cargas para as quais desejo medir a corrente. Certifique-se de selecionar os terminais de parafuso de boa qualidade, que são capazes de lidar com grandes correntes. Anexei algumas fotos do processo de soldagem e como você pode ver os vestígios de solda ficaram muito bem sem o uso de qualquer jumper ou conector de fio. Isso tornou meu módulo ainda mais durável. Para lhe dar uma perspectiva de como este módulo é pequeno, eu o guardei junto com uma moeda indiana de 2 rúpias e o tamanho é quase comparável. Este pequeno tamanho permite que você encaixe este módulo em seus projetos facilmente. Se você pode usar componentes SMD, o tamanho pode até ser reduzido.

Etapa 5: Calibrar o sensor para fornecer leituras corretas

Após a construção de todo o módulo, aqui vem uma parte um pouco complicada, calibrar ou melhor, chegar com o código necessário para medir o valor correto da corrente. Agora, essencialmente, estamos multiplicando a queda de tensão do shunt para nos dar uma tensão amplificada, alta o suficiente para que a função analogRead () do Arduino seja registrada. Agora que a resistência é constante, a tensão de saída é linear em relação à magnitude da corrente que passa pelo shunt. A maneira fácil de calibrar este módulo é usar um multímetro real para calcular o valor da corrente que passa por um determinado circuito. Observe este valor de corrente, usando o arduino e a função de monitor serial, veja qual é o valor analógico que está chegando (variando de 0 a 1023. Use a variável como tipo de dados flutuante para obter melhores valores). Agora podemos multiplicar esse valor analógico por uma constante para obter nosso valor de corrente desejado e, uma vez que a relação entre a tensão e a corrente é linear, essa constante será quase a mesma para toda a faixa de corrente, embora você possa ter que fazer alguns pequenos ajustes mais tarde. Você pode tentar com 4-5 valores atuais conhecidos para obter seu valor constante. Mencionarei o código que usei para esta demonstração.

Etapa 6: Conclusões Finais

Este sensor de corrente funciona muito bem na maioria das aplicações com alimentação CC e apresenta um erro de menos de 70 mA se calibrado corretamente. No entanto, existem algumas limitações deste projeto, em correntes muito baixas ou muito altas, o desvio do valor real torna-se significativo. Portanto, alguma modificação do código é necessária para os casos limite. Uma alternativa é usar um amplificador de Instrumentação, que possui circuitos precisos para amplificar tensões muito pequenas e também pode ser usado no lado alto do circuito. Além disso, o circuito pode ser melhorado usando um OP-AMP melhor e de baixo ruído. Para minha aplicação, ele funciona bem e oferece saída repetível. Estou planejando fazer um wattímetro, onde usaria este sistema de medição de corrente de derivação. Espero que tenham gostado desta construção.