Dejan PETROVIĆ

1. oktobar 2020.

Pre nekoliko brojeva (SK 7/2020, i.sk.rs/28262) bilo je reči o modulima i senzorima preko kojih možemo očitavati potrošnju struje i druge parametre. Ovih uređaja ima zaista mnogo i definitivno treba dobro razmisliti prilikom odabira, u zavisnosti od toga šta se u projektu traži. Nastavljamo dalje sa njihovim predstavljanjem.

HWCT004

Kalem iz naslova spada u grupu mikropreciznih strujnih transformatora koji je sposoban da meri struju od 50 ampera na ulazu do 50 miliampera na izlazu. Dielektrični test izdržljivosti je prema tehničkoj dokumentaciji 1000MΩ/500V/min. I ovaj transformator dolazi u plastičnom kućištu, zaliven epoksidnom smolom, ali ovog puta sa dva žičana izvoda. Kalem je omotan oko feritnog jezgra u meri da daje proporciju 1000:1, što smo već imali kod ZMCT103. Ipak, manje jezgro unutar ovog poslednjeg umanjuje i maksimalno dielektrično opterećenje. HWCT004 može doći i u formi sa dva pina, bez žica, a u moru sličnih ove transformatore razlikujemo po plavoj boji kućišta.

Transformator sa paralelnim otpornikom od 200-220 oma povezujemo na GND i analogni input Arduina. O Burden otporniku i njegovoj važnosti pisali smo u prethodnom nastavku kada je bilo reči o ZMCt103. Koristimo isti skeč, koji ovaj put nećemo ponovo objavljivati da ne bismo bespotrebno zauzimali prostor.

TA12-100

Ovo je još jedan strujni transformator koji postoji u varijantama sa pinovima ili i sa žicama. Forma je ista kao i kod ostalih. U plastičnom kućištu, ovaj put oksid crvenom, zalivenom epoksidnom smolom, imamo feritno jezgro sa namotajem. Razlika je najveća u tome što se mora pratiti smer kretanja struje, a oznaka smera je odštampana na kućištu. Ovaj CT je u stanju da meri struje u frekventnom rasponu od 20 herca do 20 kiloherca, uz dielektričnu snagu do 3,5KV/50Hz/min. Prema tehničkoj dokumentaciji, maksimalni input struje je pet ampera, dok je izlaz od nula do pet miliampera, što je odnos 1000:1.

Mi smo transformator nabavili u formi modula sa Burden otpornikom od 200 oma. Modul za povezivanje sa mikrokontrolerom nudi dva priključka. Standardni 3-pinski header povezuje se poput prethodno opisanih CT, G na GND, a S na analogni pin. N(ot connected) u sredini je nepotreban pin. JST konektor od 4 pina ima čak dva N koja su nepotrebna. Modul povezujemo na Arduino preko GND i A0. Sam transformator povezujemo ka fazi, prateći strelicu. Vrlo zanimljiv primer sa GitHuba prenosimo u celosti.

int sensorTA12 = A0;

float nVPP;

float nCurrThruResistorPP;

float nCurrThruResistorRMS;

float nCurrentThruWire;

void setup() {

Serial.begin(9600);

pinMode(sensorTA12, INPUT);

}

void loop(){

nVPP = getVPP();

nCurrThruResistorPP = (nVPP/200.0) * 1000.0;

nCurrThruResistorRMS = nCurrThruResistorPP * 0.707;

nCurrentThruWire = nCurrThruResistorRMS * 1000;

Serial.print("Napon (Peak): ");

Serial.println(nVPP,3);

Serial.print("Struja kroz otpornik (Peak) : ");

Serial.print(nCurrThruResistorPP,3);

Serial.println(" mA Peak to Peak");

Serial.print("Struja kroz otpornik (RMS) : ");

Serial.print(nCurrThruResistorRMS,3);

Serial.println(" mA RMS");

Serial.print("Struja kroz žicu: ");

Serial.print(nCurrentThruWire,3);

Serial.println(" mA RMS");

Serial.println();

}

float getVPP(){

float result;

int readValue;

int maxValue = 0;

uint32_t start_time = millis();

while((millis()-start_time) < 1000){

readValue = analogRead(sensorTA12);

if (readValue > maxValue){

maxValue = readValue;

}

}

result = (maxValue * 5.0)/1024.0;

return result;

}

INA169

Texas Instrumentsov INA169 je unipolarni strujni šant monitor. Za razliku od nekih sličnih rešenja gde se koristi otpornik između GND i nule, ovde je to rešeno drugačije. Čip INA169 može da se izbori sa naponima i do 60 volti jednosmerne struje. Precizno pojačalo meri napone preko jedan odsto osetljivog otpornika od 0,1 oma. U pitanju je malo veći otpornik od dva vata, tako da se mogu meriti struje i do pet ampera. Kao izlaz, imamo struju koja prolazi preko 10K otpornika, gde dobijamo jedan volt po amperu. Različite vrednosti ovog otpornika daju i druge izlazne vrednosti, pa tako duplirana vrednost otpornika daje dva volta po amperu, a isto važi i za umanjenu vrednost otpornika. INA169 može da meri napone od 2,7 do 60 volti, a možemo ga naći u telefonima, punjačima baterija, računarima i slično.

Mi smo ovaj jako mali čip (SOT23-5) nabavili u formi modula. Modul sa jedne strane ima Vin+ i Vin- kao input. Govorimo o većim PTH, gde možemo zalemiti terminal ili prikačiti „aligatorke”, ako radimo nešto privremeno. Sa suprotne strane su VCC i GND preko kojih se modul napaja strujom (0,7-75 volti, ali treba voditi računa i o korišćenom MCU). Vin+ i Vin-imaju iste uloge kao i isti takvi sa druge strane. VOUT je izlazni pin, a možemo ga vezati za osciloskop, multimetar ili, u našem slučaju, analogni pin Arduina.

const int SENSOR_PIN = A0;Vout

const int RS = 10;

const int VOLTAGE_REF = 5;

float sensorValue;

float current;

void setup() {

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

sensorValue = analogRead(SENSOR_PIN);

sensorValue = (sensorValue * VOLTAGE_REF) / 1023;

current = sensorValue / (10 * RS); //10 je vrednost otpornika u K

Serial.print(current, 3);

Serial.println(" A");

delay(500);

}

MAX4080SASA

Ovaj jednosmerni pojačivač osetljivosti struje radi sa ulaznim naponima od 4,5 pa do 76 volti. Postoji i dvosmerni sa oznakom MAX4081. Preciznost kod ovog čipa je izuzetno velika i ide do +/-0,1 odsto. Postoje tri verzije pojačanja: 5V/V, 20V/V i 60V/V, a to biramo uz pomoć RSENSE otpornika. Na našem modulu je to R100, otpornik od 100 milioma. Prema tabeli tehničke dokumentacije, MAX4080 sa njim ima pojačanje od 5V/V pri opterećenju od pet ampera. Pri tome meri struju na High-Side, što će reći na VCC. MAX4080 radi tako što struja na ulazu prolazi kroz RSENSE otpornik ka potrošaču. Na taj način pravi VSENSE napon koji je proporcionalan onoj na OUT pinu.

Modul pored RS+ i RS- ulaza na suprotnoj strani ima čak osam pinova. Isti ovi PTH ulazi imaju svoje pinove i ovde uz GND. Za napajanje, tu su VCC i GND, a naponi mogu biti u rasponu onih na ulazu. I, na kraju, imamo F1B, F1A i OUT. F1A i F1B su izvodi MAX4081 čipa, gde su kod MAX4080 oni NC. To znači da proizvođač koristi istu PCB za oba čipa, uz iste oznake, što je malo zbunjujuće, jer MAX4080 čip naprosto nema F1A i F1B izvode; ovi izvodi se koriste za dvosmernu struju na MAX4081.

S obzirom da mu je prvenstvena namena kod strujnih kola za praćenje baterija, tako ga i vezujemo. RS- ide na plus baterije, dok RS+ ide na pozitivnu liniju potrošača ili punjača. Podrazumeva se da se svi GND povežu. VCC ide u našem slučaju na 5V Arduina. OUT ide na analogni pin.

int value=0;

int maxPin=A0;

float c;

float V=0;

void setup() {

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

c=0.0048828125; //5v koeficijent

value=analogRead(maxPin);

Serial.print("Napon: ");

V=value*c;

Serial.println(V);

Serial.print("Struja: ");

Serial.println(V*2);

delay(2000);

}

INA3221

Ovaj trokanalni čip iz Texas Instrumentsa meri napon i struju na pozitivnoj strani. Sa mikrokontrolerom komunicira putem I2C i SMBUS interfejsa. INA3221 prati i padove šant napona, kao i napone napajanja. Omogućava programabilno vreme konverzije i standardne režime. Čip, takođe, nudi upozorenja ukoliko po kanalu dođe do out-of-range uslova. Na svakom od kanala, INA3221 može registrovati napone od nula do 26 volti i izuzetno je precizan. Na mreži mnogi ovaj čip nazivaju tripliranim INA219 kojeg smo ranije imali na stolu.

Mi smo ovaj čip takođe nabavili u formi modula. Modul dolazi sa R100 VSENSE otpornicima za svaki kanal, ali i mnoštvom drugih neophodnih komponenata. Sam čip je izuzetno malih dimenzija i TI ga je i namenio za praćenje napajanja, punjača baterija, telefonske i druge opreme. Na modulu primećujemo A0 džampere za određivanje I2C adresa. Ovi džamperi imaju sledeće oznake: VS, SCL, SDA i GND. Na suprotnoj strani imamo čak pet LED, gde je prva indikator napona, a druga njegova validnost. Dalje idu Critical Alert, Warning Alert i kontrola tajminga. Sa strane su PTH za napajanje i to VPU, GND i GND. Ovaj srednji GND bi trebalo da bude POW, što je na našem primerku štamparska greška. Za napajanje modula se koriste VS i GND pinovi na 8-pinskom headeru. SCL i SDA ne treba da pojašnjavamo. Dalje idu PV, CRI, WAR i TC što su ujedno i alarmni izvodi o kojima smo govorili.

Lep primer se dobija uz SDL_Arduino_INA3221 biblioteku, uz fiktivnu upotrebu sva tri kanala, poput LiPo baterije, solarnog punjača i izlaznog kanala. Primer je malo kompleksniji, ali i prilično dokumentovan, te nema smisla nepotrebno zauzimati prostor komentarisanjem. Napomenućemo da su u prodaji moduli identični našem, gde su kanali pogrešno vezani sa čipom. Ovo se lako reši sečenjem vodova na samom modulu i premošćavanjem sa samih R100 otpornika, što možete naći na mreži.

INA226

Još jedan dvosmerni strujni i naponski monitor dolazi nam iz Texas Instrumentsa. Sa mikrokontrolerom, takođe, komunicira putem I2C interfejsa, sa čak 16 mogućih adresa. Ovaj čip, takođe, radi na High-Side, uz veoma visoku preciznost. Raspon napona koji je u stanju da meri preko, sada već odomaćenog, SENSE R100 otpornika je od nula do 36 volti. INA226 ima mogućnost programiranja kalibracionih vrednosti, a koje sa unutrašnjim množiocem omogućavaju direktna očitavanja struje u amperima i snage u vatima. Uz veoma nisku potrošnju, čip je idealan za ugradnju u punjače baterija, napajanja, računarsku i telefonsku opremu.

Modul koji smo mi nabavili čipu INA226 omogućava odabir samo dve I2C adrese preko džampera sa donje strane. Osim većih PTH otvora (shunt side) koje možemo koristiti za terminale, multimetar ili osciloskop, ima i 8-pinski header. Modul se napaja preko VCC i GND, a koje smo mi povezali na 5V našeg Una. SDA i SCL idu na I2C interfejs, dok ALE(rt) koristimo ako nam je potreban. VBS je analogni input INA226, a koji vezujemo na jednu stranu šanta u zavisnosti od toga koju stranu napona merimo. IN+ i IN- su vezani sa PTH otvorima i imaju potpuno istu funkciju.

Uz Uno smo koristili Arduino-INA226.h biblioteku. Ona dolazi sa tri primera: Latch, Alert i Simple. Ono na šta treba obratiti pažnju je kalibracija INA226, u setup funkciji. Linija ina.calibrate(0.01,4); sadrži parametre vrednosti SENSE otpornika, gde je u našem slučaju to 0,1, i maksimalne očekivane struje u amperima. Takođe, I2C selektor ispod može ostati nepromenjen, a u tom slučaju je nama I2C adresa bila 0x40.

LTC4150

Linear Technology pravi čip sa oznakom LTC4150 koji prati naelektrisanje u baterijama, kao i „gas” u njima. Koristi se kod punjača baterija, kao i u mobilnim uređajima. Čip je u stanju da prati stepen napunjenosti baterija, kao i polaritet. Raspon osetljivosti ide do +/-50 milivolti. Može se koristiti sa baterijama od 2,7 do 8,5 volti, a kao i kod prethodnih modula i ovaj vrši očitavanja na High strani. LTC4150 radi tako što prati struju koja kroz njega prolazi preko eksternog SENSE otpornika, a između pozitivne linije baterije i potrošača. Naponsko frekvencijski konverter (32,55Hz/V) prevodi ovaj napon u seriju pulseva na INT(errupt) pinu. Ovi pulsevi odgovaraju tačnoj količini punjenja koja ide ka ili iz baterije. Isto tako, pored polariteta, tu je indikacija ispražnjenosti ili napunjenosti baterije. LTC4150 se može koristiti sa jednom ili dve Li-Ion baterije, odnosno, tri do šest NiCd ili NiMH.

Modul koji smo mi nabavili dolazi sa već ugrađenim JST priključkom baterije, dok su PTH IN +/- i OUT +/- postavljeni sa strana. Inače, modul prati rešenje koje dolazi iz Sparkfuna, ali po osetno nižoj ceni. Na modulu imamo tri džampera kojima upravljamo čipom. Ako će brojač kulona naelektrisanja raditi u 5-voltnom sistemu, SJ2 i SJ3 ostaju otvoreni, dok oba zatvaramo ako je u pitanju, recimo, ESP8266. Sa SJ1 direktno upravljamo INT izlaznim pinom čipa. Ako je zatvoren, na INT ćemo imati LOW puls, pa zatim HIGH. U suprotnom ćemo ovaj reset raditi manuelno preko CLR pina. Inače, sve oznake pinova sa crtom iznad njih označavaju da je u pitanju aktivni LOW pin. POL nam daje podatke o polaritetu. SHDN koristimo da LOW zadržimo u reset stanju, a s obzirom na to da je isti pin vezan preko pull-up otpornika, za testiranja ga ostavljamo nepovezanim. I na kraju, modul napajamo preko 3,3 ili pet volti, a preko VIO i GND pinova, uz korekciju SJ1. Primere koje smo mi koristili možete naći na SparkFun GitHubu, LTC4150_Coulumb_Counter_BOB repozitorijum. Tu imamo primere za interrupt i polling. Ne koristi se nikakva biblioteka, već se vrednosti dobijaju kalkulacijama. Primeri su dobro dokumentovani i iskomentarisani, pa se tu nećemo više zadržavati.

ACS758LCB

Na kraju, imamo linearni strujni senzor baziran na Hall efektu koji dolazi iz Alegro Microsystemsa. Čip je opremljen sa konduktorom od 100 mikrooma. Cela serija ACS758 senzora (naš je u PFF formatu) omogućava precizno merenje, kako jednosmerne, tako i naizmenične struje. Proizvođač ih je namenio u projektima koji upravljaju motorima, praćenju strujnog opterećenja, napajanjima, invertorima, konvertorima i slično. Čip funkcioniše slično kao i ACS712 istog proizvođača, a o modulu smo pisali ranije. Imamo linearni Halov senzor u strujnom kolu sa bakarnim provodnikom. Struja koja prolazi kroz ovaj bakarni provodnik stvara magnetno polje, koje Halov senzor pretvara dalje u proporcionalni napon. Proizvođač je omogućio izuzetnu zaštitu strujnih provodnika od električnih i magnetnih polja, ali i opterećenja prouzrokovanih većim strujama.

Električni vod na kome ćemo meriti struju povezujemo redno preko IP+ i IP- terminala u odnosu na strujno napajanje, ako je u pitanju DC. Prilikom povezivanja treba voditi računa o debljini provodnika, ali i mogućnostima samog čipa. Naš u nastavku oznake nosi „050B”, što znači da je osetljivost SENS 40mV/A. Modul koji smo nabavili se preko VCC i GND pinova može napajati naponima od 3,3 do pet volti. Hal senzor sa ACS758 šalje dobijeni napon ka 2272C pojačivaču (OP AMP) sa donje strane, a koji dalje prosleđuje ka OU1 i OU2 pinovima. Osim naponskih pinova, na Uno ga još povezujemo sa OU2, što je OUT sa pojačivača. OU1 je direktan izlaz sa ACS758, što se jasno vidi na šemi štampane ploče, mada je označavanje malo konfuzno.

#define acsPin A0

const float vcc = 5.00; //napajanje 5V ili 3,3V

const float faktor = 0.04;//40mV/A iz datasheet, shodno samom modelu

float napon;

void setup() {

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

napon = (5.0/1023.0) * analogRead(acsPin);

napon = napon - (vcc * 0.5);

float struja = napon / faktor;

Serial.println((String)"Napon: "+napon+" V");

Serial.println((String)"Struja: "+struja+" A");

Serial.println();

delay(500);

}