VoltAmpermetru-230Vac-TRMS-cu Atmega8

[Marin1960]

De mult timp imi fac curaj sa postez un proiect de Voltmetru-Ampermetru alimentat de la reteaua de 230V.

Incep cu un avertisment: este foarte periculos sa lucrezi cu 230V!

Acest aparat descris mai jos este conectat la reteau de 230V si o utilizare sau manipulare gresita poate fi fatala!

Avand in vedere pericolul electrocutarii, recomand foarte multa atentie celor care ar dori sa-l realizeze, eventual sa apeleze la tehnicieni calificati in lucrul cu tensiuni electrice periculoase.

Nu imi asum nici o responsabilitate pentru orice accident produs in urma constructiei sau utilizarii acestui instrument!

Nu am citit in intregime regulamentul forumului, dar daca asemenea montaje nu sunt permise, rog un moderator sa stearga postul.

 

Pe forum sunt foarte multe voltmetre cu microcontrolere (Atmel sau Microchip) care masoara una sau mai multe tensiuni, cu afisare LCD sau LED.

Tensiunea masurata este continua, iar in cateva cazuri, tensiunile alternative sunt redresate apoi masurate.

 

Proiectul pe care vreau sa vi-l supun atentiei, masoara tensiunea alternativa de la reteaua de 230V, care este adusa la o valoare acceptabila pentru microcontrolerul utilizat (Atmega8), calculeaza valoarea efectiva a tensiunii si o afiseaza pe un display cu led.

Pentru calculul tensiunii efective s-a utilizat formula: tensiunea efectiva este egala cu radacina patrata a mediei patratelor esantioanelor masurate.

Formula arata mai bine scrisa decat descrisa, dar... cred ca intelegeti ce vreau sa spun!

In concluzie, microcontrolerul Atmega 8 masoara la fiecare 1ms valoarea tensiunii de intrare si dupa 500 de esantioane, calculeaza tensiunea efectiva.

Sunt utilizate doua intrari ADC, PORTC.0 si PORTC.1 pentru masurarea tensiunii si a curentului. Curentul este convertit in tensiune cu ajutorul unui transformator de curent tip AC1020 (20 Aef = 2 Vef).

 

Am pus cateva poze cu realizarea practica a acestui proiect si daca va prezenta interes, voi continua cu descrierea detaliata a functionarii lui.

 

TRMS-LED-v4.hex.txt

[Marin1960]

Timp! Asta imi trebuie pentru a continua descrierea Volt-Ampermetrului True RMS!

 

Din cele cateva imagini se observa ca Voltmetrul este construit din 3 module:

1 - sursa de alimentare de la 230V si formare a semnalelor masurate (tensiune si curent)

2 - voltmetru cu doua canale cu Atmega 8

3 - modulul afisare, 3 digiti de culoare verde pentru tensiune si 3 digiti de culoare rosie pentru curent

Toate aceste module sunt suprapuse (vezi VA-trms-1.jpg) si introduse intr-o carcasa pentru sina tip DIN, carcasa de 53 x 90 mm (vezi VA-trms-3.jpg).

 

Partea de voltmetru este construit cu Atmega8 care este setat pe oscilator intern de 8 MHz, iar programul a fost scris in Bascom.

Despre acest tip de voltmetre gasiti pe forum o multime de informatii. 

Spre deosebire de un voltmetru clasic, care utilizeaza functia Getadc(x), am preferat scrierea in ASM a interogarii ADC-ului. Am preferat aceasta metoda, deoarece functia de citire ADC a Bascomului (Getadc (x)) este lenta, adica din motive de stabilitate, functia citeste de doua ori valoarea masurata apoi o returneaza, ba mai mult interogheaza ADC-ul pana cand conversia este finalizata! Asta inseamna foarte mult timp pierdut, de aceea programul are cateva parti scrise in ASM.

In rest, calcule, afisarea cu aproximativ 1000 Hz a display-ului, alternativ a tensiunii si curentului.

Precizia aparatului asa cum a "iesit", este de aproape 1% (+/- 1V fata de tensiunea masurata cu un voltmetru Protek506).

[XAN77]

interesant, ceva nou. Bravo.

[expert]

felicitari pentru realizare, se remarca prin simplitate si eleganta in proiectare!

eu sunt interesat de realizarea in special a partii de ampermetru de CA si vroiam sa intreb daca pot extinde gama de curenti masurati pana la 50 amperi, bineinteles cu schimbarea corespunzatoare a transformatorului de curent! mai trebuiesc aduse modificari in partea de soft?

o indicatie despre setarea fuse-biti la atmega 8 se poate?

multumesc

[expert]

transformatorul de curent pe care as vrea sa il folosesc este AC1050!

[Marin1960]

Atmega8 masoara pe intrarile ADC o tensiune cuprinsa intre 0V si tensiunea de referinta aleasa (2,5V sau 5V).

In aceast aplicatie am ales ca tensiune de referinta, AVCC adica tensiunea de 5V.

Cum Atmega8 nu permite tensiuni negative la intarea ADC, ca sa pot masura tensiunea alternativa, am recurs la un artificiu: am insumat semnalul alternativ pe care vreau sa-l masor (max. 2,5Vvv) cu o tensiune fixa furnizata de o referinta externa TL431 (2,5V).

In soft scad acest offset de 2,5V (in practica este cam de 2,42V) din semnalul masurat, apoi se aplica formula de calcul a tensiunii efective, data mai sus.

Transformatorul de curent AC1020 la curentul maxim de 20A, furnizeaza pe o sarcina de 100 de ohmi , o tensiune de 2 Vef ceea ce insemna 5,64Vvv cam mult pentru o intrare ADC. De aceea am pe intrarile ADC cate o dioda zenner de 5,1V de protectie.

In concluzie curentul maxim care poate fi masurat de acest montaj este 2,42 (cat are referinta TL431) inmultit cu 0,707 = 1,71Vef adica aproximativ 17A.

Daca se foloseste transormatorul de curent AC1050, acesta debiteaza 5V pe o sarcina de 100 ohmi la curentul maxim, deci aceasta tensiune va trebui redusa folosind un divizor, valoarea corecta fiind convertita in soft.

Problema deosebita pe care o pune utilizarea unui transformator de curent mai mare este tocmai acest curent!

Este nevoie de cablu mai gros, trasee groase pe cablaj dublate cu sarma de cupru, conectoare mai solide care sa suporte curenti mari.

Din punct de vedere soft sunt modificari minore.

[ardiles]

parca nu-i chiar aia formula Truerms...

[expert]

 

Atmega8 masoara pe intrarile ADC o tensiune cuprinsa intre 0V si tensiunea de referinta aleasa (2,5V sau 5V).

In aceast aplicatie am ales ca tensiune de referinta, AVCC adica tensiunea de 5V.

Cum Atmega8 nu permite tensiuni negative la intarea ADC, ca sa pot masura tensiunea alternativa, am recurs la un artificiu: am insumat semnalul alternativ pe care vreau sa-l masor (max. 2,5Vvv) cu o tensiune fixa furnizata de o referinta externa TL431 (2,5V).

In soft scad acest offset de 2,5V (in practica este cam de 2,42V) din semnalul masurat, apoi se aplica formula de calcul a tensiunii efective, data mai sus.

Transformatorul de curent AC1020 la curentul maxim de 20A, furnizeaza pe o sarcina de 100 de ohmi , o tensiune de 2 Vef ceea ce insemna 5,64Vvv cam mult pentru o intrare ADC. De aceea am pe intrarile ADC cate o dioda zenner de 5,1V de protectie.

In concluzie curentul maxim care poate fi masurat de acest montaj este 2,42 (cat are referinta TL431) inmultit cu 0,707 = 1,71Vef adica aproximativ 17A.

Daca se foloseste transormatorul de curent AC1050, acesta debiteaza 5V pe o sarcina de 100 ohmi la curentul maxim, deci aceasta tensiune va trebui redusa folosind un divizor, valoarea corecta fiind convertita in soft.

Problema deosebita pe care o pune utilizarea unui transformator de curent mai mare este tocmai acest curent!

Este nevoie de cablu mai gros, trasee groase pe cablaj dublate cu sarma de cupru, conectoare mai solide care sa suporte curenti mari.

Din punct de vedere soft sunt modificari minore.

 

in ceea ce priveste sectiunea conductoarelor e clar ca trebuie sa fie corespunzatoare curentului absorbit de consumator, in speta maxim 50 amperi; puteti posta si varianta de hex pentru noul interval de masura curent?

[Marin1960]

Pentru schimbarea domeniului de masura prin schimbarea transformatorului de curent, este nevoie de modificarea schemei, prin introducerea unui divizor de tensiune pe canalul de curent si modificarea softului. Cred ca o sa ma ocup de asta saptamana viitoare.

Cam asa arata montajul introdus intr-o caseta de sina DIN:

 

Spuneam ca voltmetrul preia la fiecarte milisecunda cate un esantion din semnalul de intrare (v_i), calculeaza tensiunea efectiva (Vrms) apoi schimba canalul. Mai jos simularea celor 500 esantioane si formula de calcul pentru tensiunea efectiva (Vrms) pentru valori discrete:

 

pentru cei mai putin familiarizati cu Uef = tensiunea efectiva (Vrms), Uvv = tensiune varf la varf (Vpp) sau Uv = tensiune de varf (Vpk), toate intr-un desen explicativ. Pentru aplicatia data,semnalul este translatat de componenta continua de 2,5V, astfel incat la intrarea canalului ADC vom avea numai valori pozitive (0-5V).

 

[modoran]

Chiar masoara valori true-rms voltmetrul asta ?  Ca din graficele alea vad doar tensiuni sinusoidale. 

 

Daca intr-adevar poate masora, cum se comporta la masurarea tensiunii pe iesirea unui amplificator audio sau pe iesirea unei surse in comutatie (doar niste exemple)  ?

[ardiles]

Chiar masoara valori true-rms voltmetrul asta ?  Ca din graficele alea vad doar tensiuni sinusoidale. 

nope, nu e TrueRMS ci doar RMS....

bunul simt tehnic mi-a spus asta din descrierea formulei....

si nu cred ca se poate face truerms cu atmega8...cred eu.

PS: acest VA, este muuult mai avansat  fata de celelalte vizionate pe forum...

Editat Aprilie 26, 2014 de ardiles

[Depanatoru]

Ca sa se calculeze truerms trebuie esantionata fiecare semialternanta a sinusului de n ori ( cat mai mult posibil ) , la 50Hz cred ca e posibil fiind destul de rapid ADC-ul microcontrolerului , din pacate nu destul de rapid pentru frecvente mai mari ca sa-ti construiesti un voltmetru truerms universal

Alternativul la priza nu arata deloc a sinus privit pe osciloscop , ci varful e taiat asa cum se limiteaza semnalul audio la un amplificator cand depasesti puterea maxima , din cauza multiplelor armonici parazite bagate in retea de consumatori

Editat Aprilie 26, 2014 de Depanatoru

[unuldinei]

Arata foarte bine , nu stiu de ce luati omul la "scarmanat" din prima zi ...mai gentil !...

Nu-i asa ca mai departe vom afisa si Puterea activa ? Eventual un contor de Energie Activa ?

Pentru curenti mari ... transformatori de curent cu raportul aferent in comert, si circuit de intrare adaptat... cam mult pentru o cutie ca aia.

Felicitari pentru realizare !

[EFTIMIE]

Felicitari pentru realizare arata super.Puteti pune in format PDF si cablajele.Stima.

[Marin1960]

Multumesc foarte mult pentru aprecieri!

Aparatul este inca in stare de prototip. In ultimele saptamani cablajul si schema au fost modificate de mai multe ori. La ora actuala calibrarea este o procedura greoaie si mare consumatoare de timp. Lucrez la un soft cu auto calibrare. Probabil ca intr-o saptamana va fi gata. Atunci voi posta schema finala si cablajele.

Numai bine tuturor!