Представленный в статье ваттметр переменного тока позволяет измерять следующие параметры:
1. Действующее значение напряжения
2. Действующее значение тока
3. Активная мощность
4. Полная мощность
5. Коэффициент мощности
6. Среднюю мощность нагрузки (см. ниже)
Возможности и особенности данной реализации:
1. Измеряемый диапазон мощностей для повышения точности разбит на два диапазона, при этом переключение между ними происходит автоматически.
2. Для улучшения читабельности и упрощения снятия показаний реализованы два варианта отображения информации (на фото ниже)
3. Прибор позволяет определять выход напряжения и тока за установленные границы и управлять нагрузкой на основании этой информации.
4. Прибор также измеряет мощность за период, таким образом можно определить реальное потребление устройств с переменной мощностью (холодильник, утюг, компьютер).
Фото
Активная мощность. Ток. Напряжение.
То же и Полная мощность. Коэффициент мощности. Средняя мощность за период измерения.
Методика измерения:
Существует прекрасная статья Олега Артамонова http://www.fcenter.ru/online.shtml?articles/hardware/tower/6484
Именно в соответствии с ней (и с теорией) и построена программа.
Схема:
Построена на общедоступных компонентах и легка к повторению.
БП — любой блок питания на 5В с небольшими пульсациями.
Усилитель — LM2904 или подобный
Подстроечники Р1 и Р2 — многооборотные
Шунт Rш собран из резисторов 0,1 Ом 2Вт, соединенных параллельно. Выбирается из расчета примерно 1 резистор на 1 кВт максимальной измеряемой мощности. На плате есть место под 10шт. У меня установлено 4, примерно на 4 кВт.
ATMega8 сконфигурирована на работу от внутреннего генератора, 8МГц.
Внешний вид:
Обратите внимание на опторазвязку в левом верхнем углу.
Печатная плата:
Обратите внимание: не все элементы печатной платы использованы. В текущей версии нет необходимости в кварце с его обвязкой, кнопке К2 (рядом с К1, не обозначена).
В правом углу размещена опторазвязка, но я рекомендую сделать ее в виде отдельного устройства. Пригодится.
Настройка и работа схемы:
Внимание: схема находится под сетевым напряжением. Прошивку МК производить при отключенном напряжении, запитывать через программатор! Выход UART подключать лишь через опторазвязку!
Настройка делится на два этапа.
Этап 1. Настройка точки нуля.
— Зажать кнопку и включить прибор. Отпустить кнопку.
— На экране появится изображение вида:
Это значения напряжения и тока по шкале 0..1023.
Слева-направо: минимум за период, максимум за период, среднее.
С помощью подстроечников Р1 и Р2 выставляем среднее в 511.
Проверяем наличие запаса сверху и снизу от минимума и максимума.
Число после # обозначает количество семплов, взятых за период. Это число должно быть несколько менее 200.
Этап 2. Калибровка.
— Подключить переходник UART-USB. К примеру такой:
через опторазвязку. Ее плата находится в файле вместе с основной платой, на соседней вкладке.
— Запустить программу-терминал на скорости 4800.
— Подключить образцовые вольтметр и амперметр и активную нагрузку, к примеру 100Вт.
— Подключить прибор к сети. Во время загрузки, на изображении «термометра» зажать К1 и не отпускать до достижения «термометром» края экрана. На экране появится надпись (setup) .
— В терминале должно появится изображение вида:
Это диалоговое окно. Сохранение нового значения осуществляется так:
(пункт) (Enter) (значение) (Enter)
Расшифровка пунктов:
1, Константа для напряжения
2. Константа для тока 1 диапазона
3. Константа для тока 2 диапазона
4. Количество периодов измерения. Влияет на частоту обновления информации.
5,6,7 Установки для управления нагрузкой (предохранитель). Выходы управления LED1, LED2.
8. Управление выводом в терминал. См. ниже.
0. Выход
Для калибровки составить пропорцию вида: Х=(записанная константа)*(образцовое напряжение)/(отображаемое напряжение)
Записать в память. При необходимости повторить.
Повторить для тока, далее поменять нагрузку для попадания во второй диапазон (скажем 1000Вт) и ещё раз повторить.
Все, можно пользоваться.
Прочее:
1. В правом верхнем углу расположен индикатор. Его мигание подтверждает работоспособность устройства.
Точка внутри этого индикатора показывает включенный диапазон: меньше — 1 диапазон, больше — 2 диапазон.
2. Константа Disp, описанная во втором этапе калибровки управляет режимом вывода данных в терминал.
Disp=0 Ничего не выводится.
Disp=1 Дублирование данных дисплея в терминал:
Disp=2 Режим «осциллограф». В этом режиме сохраненные данные измерений мгновенных значений напряжения и тока выводятся в терминал, где их можно скопировать (к примеру) в Excel, проверить на адекватность, да и просто использовать для изучения формы тока и напряжения в сети. Файл-пример приложен к статье.
3. Фьюзы:
4. В рабочем режиме кнопка K1 переключает режимы отображения на дисплее.
Вот и все. Буду рад отзывам.
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
БП
Блок питания5 вольт1
Любой
Переходник USB-UART1
Необходим для калибровки
Плата оптической развязки1
На фото, для переходника USB-UART OP1, OP2
Операционный усилительLM29041
IC2
МК AVR 8-битATmega81
LCD-дисплейHD44780 2×201
D1, D2
Выпрямительный диод1N40072
LED1, LED2
Светодиод2
C1, C2
Электролитический конденсатор6.8 мкФ2
C3
Конденсатор100 нФ1
R1
Резистор20 кОм1
R2, R5, R8
Резистор10 кОм3
R3, R6, R10, R13, R14
Резистор1 кОм5
R4
Резистор470 кОм1
R7
Резистор0.1 Ом 2 Вт10
Rш, соединены параллельно, подобрать колличествоR9, R12
Резистор680 Ом2
R11
Резистор330 кОм1
P1
Подстроечный резистор330 кОм1
МногооборотныйP2
Подстроечный резистор1.5 кОм1
МногооборотныйL1
Дроссель100 мкГн1
K1
КнопкаЗамыкающая1
Программатор
РазъёмPLS-61
ISPUART
РазъёмPLS-41
UART220V
Разъём2 контакта 220 В1
СетьНагрузка
Клеммы2 контакта1
К нагрузкеДобавить все
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- PowerMeter14.bas (11 Кб)
- PowerMeter14.hex (20 Кб)
- data.xls (37 Кб)
- powermeter.lay (177 Кб)