Haga este amperímetro digital avanzado usando Arduino

Haga este amperímetro digital avanzado usando Arduino

En esta publicación vamos a construir un amperímetro digital usando una pantalla LCD de 16 x 2 y Arduino. Entenderemos la metodología para medir la corriente usando una resistencia de derivación e implementaremos un diseño basado en Arduino. El amperímetro digital propuesto puede medir corrientes que van de 0 a 2 amperios (máximo absoluto) con una precisión razonable.

Cómo funcionan los amperímetros

Hay dos tipos de amperímetros: analógicos y digitales, su funcionamiento es muy diferente entre sí. Pero ambos tienen un concepto en común: una resistencia de derivación.

Una resistencia de derivación es una resistencia con una resistencia muy pequeña que se coloca entre la fuente y la carga mientras se mide la corriente.



Veamos cómo funciona un amperímetro analógico y luego será más fácil de entender el digital.

cómo funciona un amperímetro analógico

Una resistencia de derivación con una resistencia R muy baja y suponga que algún tipo de medidor analógico está conectado a través de la resistencia, cuya desviación es directamente proporcional al voltaje a través del medidor analógico.

Ahora pasemos algo de corriente desde el lado izquierdo. i1 es la corriente antes de entrar en la resistencia de derivación R e i2 será la corriente después de pasar por la resistencia de derivación.

La corriente i1 será mayor que i2 ya que dejó caer una fracción de la corriente a través de la resistencia de derivación. La diferencia de corriente entre la resistencia de derivación desarrolla una cantidad muy pequeña de voltaje en V1 y V2.
La cantidad de voltaje será medida por ese medidor analógico.

El voltaje desarrollado a través de la resistencia de derivación depende de dos factores: la corriente que fluye a través de la resistencia de derivación y el valor de la resistencia de derivación.

Si el flujo de corriente es mayor a través de la derivación, el voltaje desarrollado es mayor. Si el valor de la derivación es alto, el voltaje desarrollado a través de la derivación es mayor.

La resistencia de derivación debe tener un valor muy pequeño y debe poseer una potencia nominal más alta.

Una resistencia de valor pequeño asegura que la carga esté recibiendo la cantidad adecuada de corriente y voltaje para el funcionamiento normal.

Además, la resistencia de derivación debe tener una potencia nominal más alta para que pueda tolerar la temperatura más alta mientras mide la corriente. Cuanto mayor es la corriente a través de la derivación, más calor se genera.

A estas alturas ya tendría la idea básica de cómo funciona un medidor analógico. Pasemos ahora al diseño digital.

A estas alturas sabemos que una resistencia producirá un voltaje si hay un flujo de corriente. Del diagrama V1 y V2 son los puntos, donde llevamos las muestras de voltaje al microcontrolador.

Cálculo de conversión de voltaje a corriente

Ahora veamos las matemáticas simples, cómo podemos convertir el voltaje producido en corriente.

La ley de ohmios: I = V / R

Conocemos el valor de la resistencia de derivación R y se ingresará en el programa.

El voltaje producido a través de la resistencia de derivación es:

V = V1 - V2

O

V = V2 - V1 (para evitar el símbolo negativo durante la medición y también el símbolo negativo dependen de la dirección del flujo de corriente)

Entonces podemos simplificar la ecuación,

Yo = (V1 - V2) / R
O
I = (V2 - V1) / R

Una de las ecuaciones anteriores se ingresará en el código y podemos encontrar el flujo actual y se mostrará en la pantalla LCD.

Ahora veamos cómo elegir el valor de la resistencia de derivación.

El Arduino ha incorporado un convertidor analógico a digital de 10 bits (ADC). Puede detectar de 0 a 5 V en 0 a 1024 pasos o niveles de voltaje.

Entonces, la resolución de este ADC será 5/1024 = 0.00488 voltios o 4.88 milivoltios por paso.

Entonces 4,88 milivoltios / 2 mA (resolución mínima del amperímetro) = resistencia de 2,44 o 2,5 ohmios.

Podemos usar cuatro resistencias de 10 ohmios y 2 vatios en paralelo para obtener 2,5 ohmios que se probaron en el prototipo.

Entonces, ¿cómo podemos decir el rango máximo medible del amperímetro propuesto que es de 2 amperios?

El ADC solo puede medir de 0 a 5 V, es decir. Cualquier cosa arriba dañará el ADC en el microcontrolador.

Del prototipo probado lo que hemos observado es que, en las dos entradas analógicas del punto V1 y V2 cuando el valor actual medido X mA, la tensión analógica lee X / 2 (en el monitor serie).

Digamos, por ejemplo, que si el amperímetro lee 500 mA, los valores analógicos en el monitor serial indican 250 pasos o niveles de voltaje. El ADC puede tolerar hasta 1024 pasos o un máximo de 5 V, por lo que cuando el amperímetro lee 2000 mA, el monitor en serie lee 1000 pasos aprox. que está cerca de 1024.

Cualquier nivel de voltaje superior a 1024 dañará el ADC en Arduino. Para evitar esto, justo antes de 2000 mA, aparecerá un mensaje de advertencia en la pantalla LCD diciendo que desconecte el circuito.

A estas alturas ya habrá entendido cómo funciona el amperímetro propuesto.

Pasemos ahora a los detalles constructivos.

Diagrama esquemático:

Amperímetro digital Arduino DC

El circuito propuesto es muy sencillo y apto para principiantes. Construya según el diagrama del circuito. Ajuste el potenciómetro de 10K para ajustar el contraste de la pantalla.

Puede alimentar el Arduino desde USB o mediante un conector de CC con baterías de 9 V. Cuatro resistencias de 2 vatios disiparán el calor de manera uniforme que con una resistencia de 2,5 ohmios con una resistencia de 8-10 vatios.

Cuando no pasa corriente, la pantalla puede leer un pequeño valor aleatorio que puede ignorar, esto podría deberse a un voltaje perdido en los terminales de medición.

NOTA: No invierta la polaridad del suministro de carga de entrada.

Código de programa:

|_+_|

Si tiene alguna pregunta específica sobre este proyecto de circuito de amperímetro digital basado en Arduino, exprese en la sección de comentarios, puede recibir una respuesta rápida.




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