Mạch vôn kế xoay chiều không biến áp sử dụng Arduino

Trong bài viết này, chúng ta học cách tạo vôn kế xoay chiều không biến áp bằng Arduino.

Chế tạo một vôn kế tương tự không phải là một nhiệm vụ dễ dàng vì để xây dựng một cái bạn phải có kiến ​​thức tốt về các đại lượng vật lý như mômen, tốc độ, điều này có thể rất khó khi nói đến các ứng dụng thực tế của chúng.

BởiAnkit Negi

Nhưng một vôn kế kỹ thuật số so với vôn kế tương tự có thể được thực hiện nhanh chóng và điều đó cũng với rất ít nỗ lực. Giờ đây, vôn kế kỹ thuật số của một ngày có thể được chế tạo bằng bộ vi điều khiển hoặc bảng phát triển như arduino bằng cách sử dụng mã 4-5 dòng.

Tại sao mạch Vôn kế xoay chiều này lại khác?

Nếu bạn lên Google và tìm kiếm “Vôn kế AC sử dụng arduino”, bạn sẽ tìm thấy rất nhiều mạch trên internet. Nhưng trong hầu hết các mạch đó, bạn sẽ tìm thấy một máy biến áp đang được sử dụng.

Mạch trong dự án này giải quyết vấn đề này hoàn toàn bằng cách thay thế máy biến áp từ mạch chia điện áp watt cao. Mạch này có thể dễ dàng thực hiện trên một breadboard nhỏ trong vòng vài phút.

Để thực hiện dự án này, bạn cần các thành phần sau:

1. Arduino

2. Điện trở 100k ohm (2 watt)

3. Điện trở 1k ohm (2 watt)

4. 1N4007 diode

5. Một diode zener 5 vôn

6. 1 tụ điện uf

7. Kết nối dây

SƠ ĐỒ MẠCH:

Thực hiện các kết nối như trong sơ đồ mạch.

A) Làm một bộ phân áp bằng điện trở, lưu ý rằng điện trở 1 k ohm phải được nối với đất.

B) Kết nối đầu nối p- của diode trực tiếp sau điện trở 1 k ohm như trong hình. và đầu nối thứ n của nó với 1 tụ điện uf.

C) Đừng quên kết nối song song diode zener với tụ điện (giải thích bên dưới)

D) Nối một dây từ cực dương của tụ điện đến chân A0 của arduino.

E) ** kết nối chân nối đất của arduino với mặt đất tổng thể, nếu không mạch sẽ không hoạt động.

MỤC TIÊU CỦA ARDUINO ::

Bạn có thể sử dụng bất kỳ vi điều khiển nào, nhưng tôi đã sử dụng arduino do IDE dễ sử dụng. Về cơ bản, chức năng của arduino hoặc bất kỳ vi điều khiển nào ở đây là lấy điện áp trên điện trở 1 k ohm làm đầu vào tương tự và chuyển đổi giá trị đó thành nguồn điện xoay chiều. giá trị điện áp bằng cách sử dụng một công thức (giải thích trong phần làm việc). Arduino in thêm giá trị chính này trên màn hình nối tiếp hoặc màn hình máy tính xách tay.

MẠCH CHIA ĐIỆN ÁP:

Như đã đề cập trong phần thành phần, các điện trở (tạo nên mạch phân áp) phải có định mức công suất cao vì chúng ta sẽ kết nối chúng trực tiếp với nguồn điện xoay chiều.

Và do đó mạch phân áp này thay thế cho máy biến áp. Vì arduino có thể lấy tối đa 5v làm đầu vào tương tự, mạch phân áp được sử dụng để chia điện áp cao của nguồn thành điện áp thấp (nhỏ hơn 5v).

Cho điện áp tối đa hoặc cao nhất = 300 * 1.414 = 494,2 vôn

Vì vậy, điện áp đỉnh trên điện trở 1 k ohm là = (494,2 vôn / 101k) * 1k = 4,9 vôn (tối đa)

Lưu ý: * nhưng ngay cả đối với 350 r.m.s 4,9 vôn này không phải là r.m.s có nghĩa là trong thực tế điện áp trên chân analog của arduino sẽ nhỏ hơn 4,9 v.

Do đó, từ những tính toán này, người ta quan sát thấy rằng mạch này có thể đo điện áp xoay chiều một cách an toàn vào khoảng 385 r.m.s.

TẠI SAO CHẾT?

Vì arduino không thể lấy điện áp âm làm đầu vào, nên việc loại bỏ phần âm của sóng sin a.c đầu vào trên điện trở 1 k ohm là rất quan trọng. Và để làm như vậy nó được chỉnh lưu bằng cách sử dụng một diode. Bạn cũng có thể sử dụng bộ chỉnh lưu cầu để có kết quả tốt hơn.

TẠI SAO VỐN?
Ngay cả sau khi chỉnh lưu vẫn có những gợn sóng trong sóng và để loại bỏ những gợn sóng đó, một tụ điện đang được sử dụng. Tụ điện làm phẳng điện áp trước khi cấp cho arduino.

TẠI SAO ZENER DIODE

Điện áp lớn hơn 5 vôn có thể làm hỏng arduino. Do đó để bảo vệ nó, một diode zener 5 v được sử dụng. Nếu điện áp nguồn xoay chiều tăng vượt quá 380 volt, tức là lớn hơn 5 volt trên chân analog, sự cố của diode zener sẽ xảy ra. Do đó làm ngắn tụ điện xuống đất. Điều này đảm bảo an toàn cho arduino.

MÃ:

Ghi mã này trong arduino của bạn:

int x// initialise variable x
float y//initialise variable y
void setup()
{
pinMode(A0,INPUT) // set pin a0 as input pin
Serial.begin(9600)// begin serial communication between arduino and pc
}
void loop()
{
x=analogRead(A0)// read analog values from pin A0 across capacitor
y=(x*.380156)// converts analog value(x) into input ac supply value using this formula ( explained in woeking section)
Serial.print(' analaog input ' ) // specify name to the corresponding value to be printed
Serial.print(x) // print input analog value on serial monitor
Serial.print(' ac voltage ') // specify name to the corresponding value to be printed
Serial.print(y) // prints the ac value on Serial monitor
Serial.println()
}

Hiểu mã:

1. BIẾN X:

X là giá trị tương tự đầu vào nhận được (điện áp) từ chân A0 như được chỉ định trong mã, tức là

x = pinMode (A0, INPUT) // đặt chân a0 làm chân đầu vào

2. BIẾN VÀ:

Để đi đến công thức y = (x * .380156), trước tiên chúng ta phải thực hiện một số loại tính toán:

Mạch này ở đây luôn cung cấp điện áp nhỏ hơn giá trị thực trên chân A0 của arduino do tụ điện và diode. Có nghĩa là điện áp trên chân tương tự luôn nhỏ hơn điện áp trên điện trở 1 k ohm.

Do đó chúng ta phải tìm ra giá trị của điện áp xoay chiều đầu vào mà tại đó chúng ta nhận được giá trị tương tự 5 volt hoặc 1023 trên chân A0. Theo phương pháp đánh và thử, giá trị đó là khoảng 550 vôn (đỉnh) như trong mô phỏng.

Trong hiệu dụng 550 vôn cực đại = 550 / 1.414 = 388,96 vôn r.m.s. Do đó, với giá trị hiệu dụng này, chúng tôi nhận được 5 vôn trên chân A0. Vì vậy, mạch này có thể đo tối đa là 389 vôn.

Bây giờ cho giá trị tương tự 1023 trên chân A0 --- 389 a.c vôn = y

Điều này mang lại, đối với bất kỳ giá trị tương tự nào (x) y = (389/1023) * x a.c vôn

HOẶC y = .38015 * x a.c vôn

Bạn có thể quan sát rõ ràng trong hình rằng giá trị a.c được in trên màn hình nối tiếp cũng là 389 vôn

In các giá trị cần thiết trên màn hình ::

Chúng tôi yêu cầu hai giá trị được in trên màn hình nối tiếp như trong hình mô phỏng:

1. Giá trị đầu vào tương tự nhận được bởi chân tương tự A0 như được chỉ định trong mã:

Serial.print ('analaog input') // chỉ định tên cho giá trị tương ứng sẽ được in

Serial.print (x) // in giá trị tương tự đầu vào trên màn hình nối tiếp

2. Giá trị thực tế của điện áp xoay chiều từ nguồn điện như quy định trong mã:

Serial.print ('điện áp xoay chiều') // chỉ định tên cho giá trị tương ứng sẽ được in

Serial.print (y) // in giá trị ac trên Serial monitor

HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY BIẾN ÁP AC VOLTMETER NÀY SỬ DỤNG ARDUINO

1. Mạch phân áp chuyển đổi hoặc hạ áp nguồn xoay chiều thành giá trị điện áp thấp tương ứng.

2. Điện áp này sau khi chỉnh lưu được lấy bằng chân analog của arduino và theo công thức

y = 0,38015 * x a.c vôn được chuyển đổi thành điện áp giá trị a.c nguồn thực tế.

3. Giá trị chuyển đổi này sau đó được in trên màn hình nối tiếp của arduino IDE.

MÔ PHỎNG:

Để xem giá trị in trên màn hình gần như thế nào với giá trị a.c thực tế, mô phỏng được chạy cho các giá trị khác nhau của điện áp a.c:

A) 220 vôn hoặc biên độ 311

B) 235 vôn hoặc biên độ 332,9

C) 300 vôn hoặc 424,2

Do đó, từ các kết quả sau, người ta quan sát thấy rằng đối với nguồn điện 220 a.c, arduino cho thấy 217 vôn. Và khi giá trị a.c này tăng lên, kết quả mô phỏng trở nên chính xác hơn, gần với giá trị a.c đầu vào hơn.