Опубликовано 2013-05-02 16:24:12 автором MRS

Цифровой амперметр на микроконтроллере


В предыдущей статье цифровой вольтметр на микроконтроллере мы научились измерять напряжение с помощью АЦП, и у вас, наверное, ещё тогда возник вопрос: а как же измерить ток? Об этом мы и поговорим в этом посте. С напряжением все просто: пропустил через делитель напряжения (если нужно) и подал на АЦП, а как же на счет тока? Для измерения тока можно пойти двумя путями:
  • Измерять падение напряжения на Шунте (резистор относительно небольшого сопротивления) схема ОУ в качестве усилителя
  • Использовать датчик Холла для измерения магнитного поля схема ОУ в качестве усилителя Магнитное поле, вырабатываемое проводником, пропорционально току, который через него течет. Датчик тока на эффекте Холла имеет датчик магнитного поля, который вырабатывает напряжение, пропорциональное магнитному полю. Несомненным преимуществом датчика тока на эффекте Холла является развязка цепей измерения и измерителя тока.
Первый вариант более простой, ну и тут свои грабли. Дело в том, что сопротивление шунта невелико, соответственно падение напряжения на нём тоже будет небольшим. Увеличив сопротивления шунта, чтобы падение напряжения на нём было хоть как-то заметно для ацп, мы увеличим потери на шунте P=I2*R.Тут напрашивается операционный усилитель(это штука, которая умеет умножать напряжение. Например, если у нас напряжение изменяется в диапазоне 0-0,1 вольт, то пропустив через ОУ с коэффициентом усиления 50, мы получим диапазон 0-5 вольт). Схема включения ОУ в качестве усилителя шунта показана ниже схема ОУ в качестве усилителя Сигнал от датчика усиливается усилителем DA1.1, буферизируется повторителем DA1.2 (может отсутствовать). Резистором R2 можно регулировать коэффициент усиления ОУ (чувствительность датчика) рассчитывается по формуле Uout=Uinp*(1+R1/R2).
Общая схема цифрового амперметра схема цифрового амперметра На схеме напряжение с шунта R2 усиливается операционным усилителем lm358. Коэффициент усиления регулируется подстроечным резистором RV1. Дальше усиленный сигнал попадает на ножку АЦП adc0. На регулируемом стабилитроне tl431 построенный источник опорного напряжения на 5,12вольт. Приступаем к программной части проекта. Исходный код представлен ниже

#include <mega8.h> 
#include <delay.h> 

// Alphanumeric LCD Module functions 
#asm 
   .equ __lcd_port=0x12 ;PORTD 
#endasm 
#include <lcd.h> 
    
#include <stdio.h> //библиотека, в которой лежит функция sprintf 
#define ADC_VREF_TYPE 0x00 
 
// Read the AD conversion result 
unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) 
{ 
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); 
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage 
delay_us(10); 
// Start the AD conversion 
ADCSRA|=0x40; 
// Wait for the AD conversion to complete 
while ((ADCSRA & 0x10)==0); 
ADCSRA|=0x10; 
return ADCW; 
} 
 
void main(void) 
{ 
char buffer[32]; //переменная, в которой будет формироваться строка для вывода на lcd 
int adc; //переменная для хранения значений АЦП 
int u; //переменная для хранения напряжения 
float a; //переменная для хранения тока 
 
PORTB=0x00; 
DDRB=0x00; 
 
// Port C initialization 
PORTC=0x00; 
DDRC=0x00; 
 
// Port D initialization 
PORTD=0x00; 
DDRD=0x00; 
 
// Timer/Counter 0 initialization 
// Clock source: System Clock 
// Clock value: Timer 0 Stopped 
TCCR0=0x00; 
TCNT0=0x00; 
 
// Timer/Counter 1 initialization 
// Clock source: System Clock 
// Clock value: Timer1 Stopped 
// Mode: Normal top=FFFFh 
// OC1A output: Discon. 
// OC1B output: Discon. 
// Noise Canceler: Off 
// Input Capture on Falling Edge 
// Timer1 Overflow Interrupt: Off 
// Input Capture Interrupt: Off 
// Compare A Match Interrupt: Off 
// Compare B Match Interrupt: Off 
TCCR1A=0x00; 
TCCR1B=0x00; 
TCNT1H=0x00; 
TCNT1L=0x00; 
ICR1H=0x00; 
ICR1L=0x00; 
OCR1AH=0x00; 
OCR1AL=0x00; 
OCR1BH=0x00; 
OCR1BL=0x00; 
 
// Timer/Counter 2 initialization 
// Clock source: System Clock 
// Clock value: Timer2 Stopped 
// Mode: Normal top=FFh 
// OC2 output: Disconnected 
ASSR=0x00; 
TCCR2=0x00; 
TCNT2=0x00; 
OCR2=0x00; 
 
// External Interrupt(s) initialization 
// INT0: Off 
// INT1: Off 
MCUCR=0x00; 
 
// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization 
TIMSK=0x00; 
 
// Analog Comparator initialization 
// Analog Comparator: Off 
// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off 
ACSR=0x80; 
SFIOR=0x00; 
 
// ADC initialization 
// ADC Clock frequency: 500,000 kHz 
// ADC Voltage Reference: AREF pin 
ADMUX=ADC_VREF_TYPE & 0xff; 
ADCSRA=0x81; 
 
// LCD module initialization 
lcd_init(16); 
 
while (1) 
      { 
       adc=read_adc(0); // читаем ацп с порта 0    
           /*Ток, протекающий через шунт, вычисляется по закону Ома: I=U/R 
            R=0,1 ом, a U (падение напряжения на шунте) мы будем измерять. 
            Так как АЦП у нас 10-битный, то максимальное число, которое вернет  функция read_adc(), 
           будет равно 1024, это число будет эквивалентом напряжения на входе adc0. 
           Например, если  read_adc() вернул 512, то это значит, что на вход adc0 мы подали половину опорного напряжения          
           Чтобы вычислить реальное напряжение, нам нужно составить пропорцию: 
            опорное напряжение - 1024 
            искомое напряжение - adc 
            У нас опорное напряжение=5.12 
            Искомое напряжение =  5.12*adc/1024 или Искомое напряжение = 0,005*adc  
            для простоты переведём вольты в миливольты,  домножив на 1000 
            Искомое напряжение = 0,005*adc*1000 
            Здесь всё хорошо, но мы не учли коэффициент усиления ОУ 
            рассчитывается по формуле:   Кус=1+R1/R2.   Подставив, получим 
            Кус=(1+4)=5 
            Реальное напряжение =  0,005*adc*1000/5     получаем просто adc 
            */ 
            u=adc;   
           sprintf(buffer,"I = %d,%02d A", 
           (int)(u/100),/*получаем ток по закону ома I=U/R*/ 
           (int)(u%100) //Дробная часть тока 
           ); //формируем строку для вывода  
           lcd_clear(); //чистим дисплей перед выводом 
           lcd_puts(buffer);  //выводим сформированую строку на дисплей  
           delay_ms(100);   //делаем задержку 
      }; 
}

Проект в протеус и исходный код в архиве Ampermeter_P

В следующей статье опишу, как сделать простой ватметр на мк

Комментарии - (4)

  • Илья говорит:
    Столкнулся с проблемой измерения силы тока при помощи МК, именно усилителя токового шунта, нашёл то что искал. Автору СПАСИБО.
  • Geha говорит:
    Есть приборы (расходомеры)с токовым выходом. И у меня есть идея собрать прибор миллиамперметр на AVR с расчетом и выводом на экран расхода в М3/ч или Т/ч. Как осуществить?
    • AdminRu говорит:
      Нужно смотреть что у вас на выходе расходометра, он цыфровой или аналоговый? если аналоговый, кидаете, выход на ножку ацп и измеряете показания, если цыфровой то разбираете протокол его работы. Но здается мне что ваш расходометр, просто изменяет частоту на выходе типа этого http://greenchip.com.ua/28-0-291-0.html , тогда меряете частоту каким то таймером.

Добавить комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться.