Изградите сопствено подесиво електронско једносмерно оптерећење користећи ардуино

Ако сте икада радили са батеријама, СМПС круговима или другим круговима напајања, често би се догодило да морате да тестирате извор напајања тако што ћете га учитати да бисте проверили како ради у различитим условима пуњења. Уређај који се обично користи за извођење ове врсте испитивања назива се константно једносмерно оптерећење, што нам омогућава да прилагодимо излазну струју вашег извора напајања, а затим је одржавамо константном док се поново не прилагоди. У овом упутству научићемо како да изградимо сопствено подесиво електронско оптерећење користећи Ардуино, који може да прими максимални улазни напон од 24В и одводи струју до 5А. За овај пројекат користили смо ПЦБ плоче које производи АллПЦБ, кинески добављач услуга професионалне производње и склапања ПЦБ-а.

У нашем претходном водичу за извор напона са контролисаним напоном, објаснили смо како се користи оперативно појачало са МОСФЕТ-ом и користи коло напона за контролу извора струје. Али у овом упутству ћемо применити то коло и направити дигитално контролисани извор струје. Очигледно је да дигитално контролисан извор струје захтева дигитално коло и да би служио сврси, користи се Ардуино НАНО. Ардуино НАНО ће пружити потребне контроле за једносмерно оптерећење.

Коло се састоји од три дела. Први део је одељак Ардуино Нано, други део је дигитално аналогни претварач, а трећи део је чисто аналогно коло где се користи двоструко оперативно појачало у једном пакету које ће контролисати одељак оптерећења. Овај пројекат је инспирисан постом на Ардуину, међутим, коло је промењено ради мање сложености са основним карактеристикама да би га сви могли градити.

Наше електронско оптерећење је дизајнирано да има следеће улазне и излазне секције.

Два улазна прекидача за повећање и смањење оптерећења.
ЛЦД који ће приказати подешено оптерећење, стварно оптерећење и напон оптерећења.
Максимална струја оптерећења је ограничена на 5А.
Максимални улазни напон је 24В за оптерећење.

Потребни материјали

Компоненте потребне за израду истосмјерног електронског оптерећења наведене су у наставку.

Ардуино нано
ЛЦД од 16к2 карактера
Двоцевна утичница
Мосфет ирф540н
Мцп4921
Лм358
Ручни отпорник од 5 вати.1 ома
1к
10к - 6ком
Топлотни издув
.1уФ 50в
2к - 2ком

Шема електронског оптерећења Ардуино ДЦ

У доњој шеми, оперативно појачало има два одељка. Један је за управљање МОСФЕТ-ом, а други за појачавање осетљиве струје. Такође можете погледати видео на дну ове странице који објашњава комплетан рад кола. Први одељак садржи Р12, Р13 и МОСФЕТ. Р12 се користи за смањење учинка оптерећења на одељак са повратним информацијама, а Р13 се користи као Мосфетов отпорник капије.

Додатна два отпорника Р8 и Р9 користе се за детекцију напона напајања који ће бити оптерећен овим лажним оптерећењем. Према правилу делитеља напона, ова два отпорника подржавају највише 24В. Више од 24В ће произвести напон који неће бити погодан за Ардуино пинове. Зато пазите да не прикључите напајање које има више од 24В излазног напона.

Отпорник Р7 је овде стварни отпорник оптерећења. То је отпор од 5 В,.1 Охм. Према закону о напајању, подржаће максимално 7А (П = И ² Р), али за сигурнију страну је паметније ограничити струју оптерећења максимално 5А. Према томе, тренутно максимално оптерећење од 24В, 5А може се подесити овим лажним оптерећењем.

Други одељак појачала је конфигурисан као појачавач појачања. Обезбедиће 6к добитак. Током протока струје појавиће се пад напона. На пример, када кроз отпорник протиче струја од 5 А, пад напона износиће 0,5 В на мануелном отпорнику.1 Охмс (В = И к Р) према закону ома. Неинвертујуће појачало ће га појачати на к6, па ће 3В бити излаз из другог дела појачала. Овај излаз ће осетити нано аналогни улазни пин Ардуино и израчунаће се струја.

Први део појачала је конфигурисан као коло за праћење напона које ће управљати МОСФЕТ-ом према улазном напону и добити жељени повратни напон због струје оптерећења која протиче кроз ранжирни отпорник.

МЦП4921 је дигитално-аналогни претварач. ДАЦ користи СПИ комуникацијски протокол за добивање дигиталних података из било које јединице микроконтролера и обезбеђивање аналогног излазног напона у зависности од њега. Овај напон је улаз оп-амп-а. Такође смо раније научили како да користимо овај МЦП4921 ДАЦ са ПИЦ-ом.

Са друге стране, налази се Ардуино Нано који ће дигиталним подацима дати ДАЦ преко СПИ протокола и контролисати оптерећење, такође приказујући податке на дисплеју карактера 16к2. Користе се две додатне ствари, а то је дугме за смањење и повећање. Уместо да се повеже са дигиталним пином, он је повезан у аналогне пинове. Због тога се може променити у другу врсту прекидача, попут клизача или аналогног кодера. Такође, модификовањем кода могу се добити необрађени аналогни подаци за контролу оптерећења. Ово такође избегава проблем са прекидом прекидача.

Коначно, повећањем оптерећења, Ардуино нано ће дати податке о оптерећењу ДАЦ-у у дигиталном формату, ДАЦ ће пружити аналогне податке оперативном појачалу, а оперативно појачало ће управљати МОСФЕТ-ом према улазном напону оперативног појачала. Коначно, у зависности од протока струје оптерећења кроз ранжирни отпорник, појавиће се пад напона који ће се даље појачавати другим каналом ЛМ358, а добиваће га Ардуино нано. Ово ће бити приказано на дисплеју знакова. Иста ствар ће се догодити када корисник притисне дугме за смањење.

Дизајн ПЦБ-а и Гербер датотека

Будући да ово коло има велику струјну путању, паметнији је избор користити правилну тактику дизајна ПЦБ-а за уклањање нежељених случајева квара. Дакле, ПЦБ је дизајниран за ово једносмерно оптерећење. Користио сам Еагле ПЦБ Десигн Софтваре за дизајн своје ПЦБ плоче. Можете одабрати било који ПЦБ Цад софтвер. Коначно дизајнирани ПЦБ у ЦАД софтверу приказан је на доњој слици,

Један важан фактор који треба приметити током дизајна ове ПЦБ је употреба дебеле равни снаге за правилан проток струје по целом колу. Постоје и ВИАС за шавове са земљом (случајни виас у равни земље) који се користе за правилан проток тла у оба слоја до врха и дна.

Датотеку Гербер ове ПЦБ такође можете преузети са доњег линка и користити је за производњу.

Преузмите Гербер датотеку са подесивим електронским оптерећењем

Наручивање ПЦБ-а од АллПЦБ

Једном када сте спремни са Гербер датотеком, можете је користити да бисте произвели ПЦБ. Кад смо већ код тога, појављује се спонзор овог чланка АЛЛПЦБ, који је познат по својим висококвалитетним ПЦБ-овима и ултрабрзом отпремању. Поред производње ПЦБ-а, АллПЦБ такође нудиСклоп ПЦБ-а и извор компонената.

Да бисте наручили ПЦБ од њих, посетите аллпцб.цом и пријава. Затим на почетној страници унесите димензије ваше ПЦБ-а и потребну количину као што је приказано доле. Затим кликните на Куоте нов.

Сада можете да промените остале параметре ваше ПЦБ-а, попут броја слојева, боје маске, дебљине итд. На десној страни можете одабрати своју земљу и жељену опцију испоруке. Ово ће вам показати време испоруке и укупан износ који треба платити. Одабрао сам ДХЛ и мој укупни износ је 26 УСД, али ако сте први пут, цене ће пасти на благајни. Затим кликните на Додај у корпу, а затим кликните на цхецк оут нов.

Сада можете кликнути на отпрему своје Гербер датотеке кликом на „Уплоад Гербер“, а затим на куповину.

На следећој страници можете унети адресу за испоруку и проверити коначну цену коју морате платити за ПЦБ. Затим можете прегледати своју поруџбину, а затим кликнути на „Пошаљи“ да бисте извршили уплату.

Након што потврдите наруџбину, можете седети и предати ПЦБ-у да стигне пред ваш праг. Наруџбу сам добио након неколико дана, а затим је паковање било уредно, као што је приказано доле.

Квалитет ПЦБ-а је био добар као и увек као што и сами видите на сликама испод. Горња и доња страна плоче приказане су испод.

Када добијете плочу, можете наставити са састављањем свих компонената. Моја готова табла изгледа отприлике овако приказано доле.

Даље, можете да учитате код и укључите модул да бисте проверили како он функционише. Комплетни код за овај пројекат дат је на дну ове странице. Објашњење кода је следеће.

Ардуино код за подесиво једносмерно оптерећење

Код је прилично једноставан. У почетку смо укључили СПИ и датотеке заглавља ЛЦД-а, као и поставили максимални логички напон, чиоде за избор чипова итд.

#инцлуде #инцлуде #дефине СС_ПИН 10 #дефине МАКС_ВОЛТ 5.0 // максимални логички напон #дефине лоад_ресистор 0.1 // вредност отпорног шанта у Охмс-у #дефине опамп_гаин 6 // добитак оп-појачала # дефиниши просечно 10 // просечно време

Овај одељак се састоји од потребних декларација целих бројева и променљивих повезаних са протоком програма. Такође, постављамо придружене периферне пинове са Ардуино Нано-ом.

цонст инт славеСелецтПин = 10; // Цхип селецт пин инт нумбер = 0; инт повећање = А2; // Повећање пина инт смањење = А3; // смањивање пин-а инт цуррент_сенсе = А0; // пин тренутног осећаја инт волтаге_сенсе = А1; // пин напона осјетника инт стате1 = 0; инт стање2 = 0; инт Сет = 0; плутајући волт = 0; флоат лоад_цуррент = 0,0; плутајуће оптерећење_напон = 0,0; плутајућа струја = 0,0; пловни напон = 0,0; ЛикуидЦристал ЛЦД (7, 6, 5, 4, 3, 2); // ЛЦД пинови

Ово се користи за подешавање ЛЦД-а и СПИ-а. Такође, овде су постављена упутства за пин.

воид сетуп () { пинМоде (славеСелецтПин, ОУТПУТ); пинМоде (повећање, УЛАЗ); пинМоде (смањење, ИНПУТ); пинМоде (цуррент_сенсе, ИНПУТ); пинМоде (напон_сенсе, ИНПУТ); // иницијализација СПИ: СПИ.бегин (); // подесимо број колона и редова на ЛЦД екрану: лцд.бегин (16, 2); // Штампање поруке на ЛЦД-у. лцд.принт („Дигитал Лоад“); лцд.сетЦурсор (0, 1); лцд.принт ("Цирцуит Дигест"); кашњење (2000); }

Користи се за претварање вредности ДАЦ.

воид цонверт_ДАЦ (непотписана инт вредност) { / * Величина корака = 2 ^ н, Према томе 12бит 2 ^ 12 = 4096 За референцу од 5В, корак ће бити 5/4095 = 0,0012210012210012В или 1мВ (приближно) * / непотписани инт контејнер; непотписан инт МСБ; непотписан инт ЛСБ; / * Корак: 1, сачувао је 12-битне податке у контејнер Претпоставимо да су подаци 4095, у бинарном формату 1111 1111 1111 * / цонтаинер = валуе; / * Корак: 2 Креирање лажног 8-битног. Дакле, дељењем 256, горња 4 бита се хватају у ЛСБ ЛСБ = 0000 1111 * / ЛСБ = цонтаинер / 256; / * Корак: 3 Слање конфигурације пробијањем 4-битних података. ЛСБ = 0011 0000 ИЛИ 0000 1111. Резултат је 0011 1111 * / ЛСБ = (0к30) - ЛСБ; / * Корак: 4 Контејнер и даље има 21битну вредност. Издвајање доњих 8 битова. 1111 1111 И 1111 1111 1111. Резултат је 1111 1111 што је МСБ * / МСБ = 0кФФ & цонтаинер; / * Корак: 4 Слање 16-битних података дељењем у два бајта. * / дигиталВрите (славеСелецтПин, ЛОВ); кашњење (100); СПИ.трансфер (ЛСБ); СПИ.трансфер (МСБ); кашњење (100); // узмемо СС пин високо да уклонимо одабир чипа: дигиталВрите (славеСелецтПин, ХИГХ); }

Овај одељак се користи за тренутне операције у вези са сензорима.

плутајућа струја_читања (воид) { лоад_цуррент = 0; фор (инт а = 0; а <авераге; а ++) { лоад_цуррент = лоад_цуррент + аналогРеад (цуррент_сенсе); } лоад_цуррент = лоад_цуррент / авераге; лоад_цуррент = (лоад_цуррент * МАКС_ВОЛТ) / 1024; лоад_цуррент = (лоад_цуррент / опамп_гаин) / лоад_ресистор; ретурн лоад_цуррент; }

Ово се користи за очитавање напона оптерећења.

плутајуће_напонско напајање (воид) { лоад_волтаге = 0; фор (инт а = 0; а <авераге; а ++) { лоад_волтаге = лоад_волтаге + аналогРеад (волтаге_сенсе); } лоад_волтаге = оптерећење_напон / просек; лоад_волтаге = ((лоад_волтаге * МАКС_ВОЛТ) /1024.0) * 6; повратно оптерећење_напон; }

Ово је стварна петља. Овде се мере кораци прекидача и подаци се шаљу у ДАЦ. Након преноса података мери се стварни проток струје и напон оптерећења. Обе вредности су коначно одштампане и на ЛЦД-у.

воид лооп () { стате1 = аналогРеад (повећање); иф (стање1> 500) { кашњење (50); стање1 = аналогРеад (повећање); иф (стање1> 500) { волт = волт + 0,02; } } стање2 = аналогРеад (смањење); иф (стање2> 500) { кашњење (50); стање2 = аналогРеад (смањење); иф (стање2> 500) { иф (волт == 0) { волт = 0; } остало { волт = волт-0,02; } } } број = волт / 0,0012210012210012; цонверт_ДАЦ (број); напон = реад_волтаге (); тренутни = реад_цуррент (); лцд.сетЦурсор (0, 0); лцд.принт ("Сет Валуе"); лцд.принт ("="); Сет = (волт / 2) * 10000; лцд.принт (Сет); лцд.принт ("мА"); лцд.сетЦурсор (0, 1); лцд.принт ("И"); лцд.принт ("="); лцд.принт (тренутно); лцд.принт ("А"); лцд.принт ("В"); лцд.принт ("="); лцд.принт (напон); лцд.принт ("В"); // лцд.принт (лоад_волтаге); //лцд.принт("мА "); // кашњење (1000); //лцд.цлеар (); }

Тестирање нашег подесивог једносмерног оптерећења

Дигитално коло оптерећења је залемљено и напаја се помоћу извора напајања од 12В. Користио сам своју литијумску батерију од 7,4 В на страни извора напајања и повезао мерач стезаљки да проверим како ради. Као што видите када је подешена струја 300мА, круг црпи 300мА из батерије која се такође мери стезаљком као 310мА.

Комплетан рад струјног кола може се наћи у доњем видео линку. Надам се да сте разумели пројекат и уживали сте у стварању нечег корисног. Ако имате питања, оставите их у одељку за коментаре или користите форуме.