Vyšlo v Praktické elektronice 1/2017.
Toto zařízení vzniklo na zakázku pro sledování nabíjení baterie. Původní zadání tedy bylo pouze pomocí několika LED zobrazovat přibližnou hodnotu proudu. Taktéž v zadání byl požadavek na použití integrovaného proudového čidla s možností měřit jak kladný, tak i záporný proud. Při návrhu jsem se rozhodl doplnit konstrukci i o měření napětí a zobrazování hodnot na LCD displeji. Tímto jsem získal data pro výpočet spotřeby a jednoduchý Wattmetr byl na světě.
Technické specifikace
| Napájecí napětí | 8-25 V/DC, případně 8-15 V podle použité varianty napájení. |
|---|---|
| Odběr proudu | cca 30 mA |
| Rozsah měření proudu | +/- 20 A |
| Rozsah měření napětí | 0-30 V/DC, případně 0-15 V podle použité varianty. |
| Signalizace proudu | 8x LED jako bar graf. |
| Volitelný displej | Podsvícený LCD 4x20 znaků na I2C sběrnici. |
| Výstup komunikace | UART 9600 bps |
Zapojení
Zapojení je celkem jednoduché, vzhledem k použití mikroprocesoru ATMEGA328P-AU. O úpravu napájecího napětí se stará IC2 nebo IC3. Záleží, který použijete. Vždy však musí být použit pouze jeden. Filtrační kondenzátory jsou C3-C6. K měření proudu je použito integrované čidlo ACS712 s proudovým rozsahem +/- 20 A. Toto čidlo potřebuje jen jeden kondenzátor C7 s hodnotou 1 nF. Jako výstup z čidla je analogové napětí v rozsahu 0-5 V, přičemž pokud je průchozí proud čidlem nulový, dává čidlo na výstupu přesně 2,5 V. S kladným proudem poté napětí stoupá a se záporným klesá. Rozlišení tohoto čidla je 100 mV / 1 A.
Signalizace průchozího proudu je indikována 8 LED. Poté je ve schématu pouze několik konektorů: JP1 pro připojení displeje, JP2 jako výstup na UART a ISP1 jako servisní konektor. Dále je zde dělič napětí pro měření napětí tvořený rezistory R10-R12.
Schéma zapojení
Desky plošných spojů
Deska spoje je velikosti 50 x 30 mm. První vrstva je TOP a druhá BOTTOM.
Osazovací plán
Plošný spoj a osazení
Jak je z obrázků výše patrné, kromě konektorů JP1, JP2 a ISP1 jsou všechny součástky v provedení SMD. Proto je nutné při osazování pracovat pečlivě. Deska také obsahuje několik prokovů, takže pokud máte desku, která je nemá, je nutno je vytvořit za pomoci slabého drátku zapájeného z obou stran desky. Při osazování doporučuji začít procesorem a následně postupovat od nejmenších součástek k těm největším.
Popis funkce
Primární funkcí tohoto zařízení je měření proudu. Tento proud je pak následně indikován pomocí sloupce LED, tedy barografu. Pokud teče proud ze vstupu IN na OUT, je to kladný proud a je zobrazován v následujících hodnotách:
| LED | Hodnota | Barva |
|---|---|---|
LED1 | 100 mA | Zelená |
LED2 | 500 mA | Zelená |
LED3 | 1 A | Žlutá |
LED4 | 2 A | Žlutá |
LED5 | 3 A | Žlutá |
LED6 | 4 A | Červená |
LED7 | 5 A | Červená |
LED8 | 6 A | Červená |
Pokud proud teče směrem z výstupu OUT na IN, je to záporný proud a na sloupci LED je to signalizováno blikáním celého sloupce. Skutečná hodnota proudu se nezobrazuje. K tomuto měřicímu modulu je možné pomocí I2C sběrnice na konektoru JP1 připojit LCD displej o 4 řádcích a 20 znacích na řádek. Tím je možné získat přesnější měřené hodnoty samotného proudu, včetně záporných hodnot, a také napětí přivedeného na svorku IN. Z těchto hodnot je pak vypočítáván aktuální příkon. Do budoucna bude dostupný i údaj o spotřebě, možná. Pro potřeby ladění je současně dostupný i výstup dat na portu UART, který je vyveden na konektor JP2.
Konektory
| Konektor | Popis |
|---|---|
JP1 | Připojení externího LCD 4x20 znaků. |
JP1.1 | GND |
JP1.2 | SDA |
JP1.3 | SCL |
JP1.4 | +5 V, max. 50 mA |
JP2 | Komunikace UART 9600 bps TTL. |
JP2.1 | RX |
JP2.2 | GND |
JP2.3 | TX |
ISP1 | Servisní konektor. |
IN | Vstup kladného napětí 8-25 V/DC, případně 8-15 V. |
OUT | Výstup kladného napětí. |
GND | Záporné napětí, kostra. |
Závěrem
Při připojování zařízení je nutno dbát zvýšené opatrnosti, protože prohození polarity bude mít za následek okamžité zničení zařízení.
Dokumentace - aktualizováno 25.08.2016
Závěrem si zde můžete stáhnout veškerou dokumentaci pro stavbu. Je zde i projekt pro Eagle včetně programu pro procesor.
25.08.2016 - Doplněn program v1.3 s podporou AT příkazů a měřením výkonu a příkonu. Viz aktualizovaná dokumentace.
Prohlášení
Tato konstrukce je autorská práce. Není povoleno bez souhlasu autora přejímání na jiné stránky nebo komerční využití. Je povoleno se pouze odkazovat na tento web a tuto konstrukci. Pro více informací mě stačí kontaktovat. Zároveň nepřebírám jakoukoli odpovědnost za chování zařízení a případné škody způsobené použitím tohoto zařízení, ať by byly jakéhokoli rázu. Zařízení je určeno pouze k užití pro vlastní potřebu. V této konstrukci je použit program mikrokontroleru, na který se vztahují autorská práva. Jakýkoli prodej není bez souhlasu autora možný.