Измеритель активной мощности , многоканальный счетчик — ваттметр МК ATmega8.

Microchip PIC18F252

Каждый, наверное, когда-нибудь задумывался над вопросом, сколько потребляет тот или иной бытовой электроприбор. Например, сколько энергии потребляет телевизор в дежурном режиме? Как изменяется энергопотребление холодильника в различных режимах работы? Для этих целей вам потребуется ваттметр переменного тока, и в статье мы подробно рассмотрим конструкцию одного из вариантов прибора (Рисунок 1).

Разрабатывать такие приборы для постоянного тока не имеет смысла ввиду того, что в этом случае все очень просто вычисляется с помощью известных законов и математических формул, при этом из измерительных приборов потребуется только амперметр. Для переменного тока все немного сложнее и раньше аналоговые ваттметры для переменного тока, хоть и обеспечивали высокую точность, были сложны в производстве, не говоря уже о цифровых ваттметрах и возможности сборки подобных приборов в домашних условиях. Современные технологии и элементная база позволяют проектировать многофункциональные устройства при минимальных затратах. Дешевые микроконтроллеры (МК) с богатой периферией и мощными вычислительными способностями заметно упрощают создание различных систем автоматизации и управления. Интегрированная прецизионная аналоговая периферия, а в некоторых МК и подсистема цифровой обработки сигналов, дают возможность разрабатывать многофункциональные измерительные приборы.

Цифровой ваттметр, конструкцию которого мы рассмотрим, предназначен для измерения потребляемой мощности устройств, подключенных к сети переменного напряжения 207 – 235 В / 50 Гц. Основным элементом ваттметра является 8-разрядный PIC микроконтроллер компании Microchip серии PIC18F252, который с помощью внешних АЦП выполняет измерение протекающег через нагрузку тока, напряжения на нагрузке, вычисляет действующее значение напряжения (эффективное значение) в сети, действующее значение тока и среднее значение потребляемой мощности. Все указанные параметры отображаются на двухстрочном символьном ЖК индикаторе.

Прибор не имеет отдельного источника питания. Используется встроенный сетевой блок питания, благодаря чему микроконтроллерная часть прибора полностью изолирована от аналоговых узлов, находящихся под напряжением сети.

marazmPRO2 › Блог › Ваттметр 60V 100A из Китая

Речь пойдёт о китайском измерительном устройстве, назвать его ваттметром это не совсем правильно, потому как устройство многофункциональное и замеряет не только ватты, но и амперы, ватт/ч, ампер/ч…Устройство по сути представляет из себя мультиметр который измеряет всё и сразу
, да и помимо измерений делает расчёты потреблённой энергии, может точно рассчитать емкость аккумулятора (как при его зарядке так и при разрядке).

Ваттметр включается в разрыв цепи постоянного тока с напряжением до 60Вольт и способен пропустить через себя огромный ток до 100Ампер (я кратковременно пропускал более 300А но прибор при таком токе отключается), зачастую такой ток не возможно измерить обычным мультиметром (тестером), можно конечно использовать токовые клещи с функцией измерения постоянного тока (у меня есть Mastech MS2108) но тогда точность измерений будет не велика.

Итак, как я сказал включать прибор нужно последовательно в цепь между источником напряжения (тока) и потребителем.

сторона SOURCE

— сторона подключения источника тока (вход) сторона
LOAD
— сторона подключения нагрузки (выход)

Стороны подписаны на самом устройстве, а вот провода никак не отмаркировнны и к тому же имеют не прилично маленькую длину.

Проблему я решил сразу, разобрав корпус и перепаяв провода на более длинные и на концы сделал крокодилы для удобства (фото нет, но всё видно на видео)

В первую очередь применяю я такое устройство для замера ёмкости аккумуляторов. Иногда только так можно определить остаточную ёмкость старого АКБ, и понять сколько он потерял А/ч за срок службы. Так же по показаниям амперметра можно сразу определить заряжается ли АКБ или процесс заряда уже закончен и ток заряда упал до нуля или процесс заряда даже не начат. За время использования прибора было восстановлено пять АКБ и двум был поставлен не утешительный диагноз. Помимо замера ёмкости АКБ я прибором проверяю истинную мощность тех или иных устройств, например тех же китайских ламп или блоков питания…пару раз даже возвращал деньги за св. диодные лампы которые не соответствовали мощности из описания.

Так же устройство имеет функцию фиксации всех максимальных значений, но не имеет функции отключения нагрузки при падении напряжения источника питания. Это было бы удобно при том же разряде АКБ и проверке его на остаточную ёмкость, а так приходится «ловить» нижнее значение напряжение АКБ (обычно 10В) дабы не подвергнуть АКБ глубокому разряду. Так же в устройстве не предусмотрен таймер, поэтому засекать время нужно самому.

Из недостатков могу отметить только короткие провода, которые неудобны для подключения и наверное отсутствие какого либо предохранителя. Дело в том что были случаи когда по неосторожности я замыкал нагрузочные провода тем самым создав КЗ с током под 300А (источник был АКБ на 70А/ч), горели провода и думал что всё хана прибору, но к с частью при устранении КЗ прибор заново загружался и продолжал радовать своей безотказной работой, но всё же иметь какой либо предохранитель не помешало бы.

Принципиальная схема

Схема и проект печатной платы разработаны в бесплатной среде проектирования SoloPCB tools. Принципиальная схема прибора изображена на Рисунке 2. Полный список примененных компонентов приведен в Таблице 2.

Для вычисления потребляемой мощности нам необходимо знать напряжение на нагрузке и потребляемый нагрузкой ток. Напряжение, которое должно быть измерено, является напряжением сети переменного тока, поэтому необходимо учитывать, что оно может быть в диапазоне 207 В – 253 В. С целью повышения точности измерений необходимо выполнять измерение напряжения сети, а не использовать в расчетах фиксированное среднее значение 230 В.

Линии сети электропитания подключаются к разъему J1 (AC IN, вход переменного напряжения). Аналоговый узел для измерения напряжения сети состоит из резистивного делителя (R1, R2 R3), прецизионного источника опорного напряжения (U3) и АЦП (U5). Резистивный делитель, включенный между фазой и нейтралью, предназначен для понижающего масштабирования напряжения с коэффициентом R1/(R1+R2+R3)=1/201. Таким образом мы понижаем пиковое значение напряжения величиной ±320 В в уровня ±1.59 В. Затем с помощью источника опорного напряжения REF03 (Analog Devices) мы задаем смещение этого напряжения вверх на величину 2.5 В, и в результате диапазон ±320 В будет соответствовать входному диапазону АЦП 0.91 В – 4.09 В.

Программа микроконтроллера

Как мы заметили выше, микроконтроллер считывает значения напряжения и тока каждую 1 мс и накапливает 40 измерений каждого параметра, что соответствует двум периодам для частоты 50 Гц. Затем выполняется вычисление действующих значений и потребляемой мощности. Период 1 мс генерируется с помощью встроенного таймера Timer A, работающего в 16-битном режиме с выработкой сигнала прерывания по переполнению.

После получения всех выборок выполняется вычисление действующих (среднеквадратичных) значений напряжения и тока по формуле:

Следует заметить, что полученные выборки содержат также фазовое соотношение между напряжением и током. Таким образом, активная мощность переменного тока, которая вычисляется по формуле (V×I×cosθ), может быть получена вычислением средней мощности с использованием следующей формулы:

Все вычисленные значения отображаются на экране ЖК индикатора. Для работы с индикатором применяется библиотека lcd.h для компилятора CCS C.

Список использованных компонентов

Печатная плата

Проект печатной платы тоже выполнен в среде SoloPCB. Проектирование прибора в качестве портативного устройства было хорошей идеей, при этом контур печатной платы был спроектирован в Autocad и затем экспортирован в среду SoloPCB (Рисунок 5).

Печатные проводники силовых линий (фаза, нейтраль, заземление), соединяющие входной (AC IN) и выходной (AC OUT) разъемы, сделаны широкими, насколько это возможно, все блокировочные конденсаторы расположены как можно ближе к микросхемам. Шины аналоговой (AGND) и цифровой «земли» (DGND) выполнены отдельными. Все компоненты расположены на верхнем слое.

Примечание:

При проектировании схемы и печатной платы в среде SoloPCB некоторые элементы, которые отсутствовали в библиотеках, были созданы вручную. Библиотека этих элементов входит в состав архива с проектными файлами, который вы сможете скачать в секции загрузок.

СХЕМА ПРОСТОГО ВАТТМЕТРА

Если нужно сделать прибор для измерения потребляемой мощности бытовой техники. Не обязательно усложнять схему микроконтроллерами, ЖК индикаторами и прочими дорогими радиокомпонентами. В этой конструкции не понадобятся даже транзисторы. Достаточно часть тока от потребителя через небольшой трансформатор подать на диодный выпрямитель, а дальше на стрелочный индикатор, чтоб иметь достаточно точный индикатор мощности до 1 киловатта. При необходимости можно увеличить этот диапазон хоть до 10 кВт.

Измеритель мощности переменного тока

Основа работы устройства — трансформатор тока, который по сути то же самое что обычный трансформатор. Одна обмотка у него 3000 витков тонкой проволоки, намотанной на железном сердечнике — это вторичная обмотка. Первичная обмотка представляет собой пару витков сетевого шнура. Отношение тока, протекающего через первичную сторону и вторичную обмотки, является обратным соотношением числа витков. Линейность будет правда не идеальной, но для средней точности пойдёт. В конце концов 540 ватт потребляет устройство или 580 — не слишком важно. Однополупериодный выпрямитель представляет собой конденсатор небольшой ёмкости и германиевые диоды, прямое падение напряжения при переходе измряется индикатором на 100 мкА. Выбрать предел измерений 1000 Вт и 100 Вт можно подключив резистор параллельно стрелочной головке.

При испытаниях и настройке (подбирая сопротивления), использовалась 100 Вт лампа накаливания и прожектор на 500Вт. То есть подключайте нагрузку, мощность которой вы знаете заранее, и по ней выставляйте нужные показания индикатора. Готовый ваттметр можно разместить в любой пластиковой коробочке, или же встроить в сетевой фильтр. В этом случае нужно будет найти небольшой стрелочник, типа индикатора уровня записи от старого магнитофона.

Originally posted 2019-04-16 17:00:44. Republished by Blog Post Promoter

Источник

Схема подключения измерительного прибора

От того, насколько правильно подключен ваттметр в конкретном участке цепи, будет зависеть точность полученных данных. Правильная схема включения ваттметра выглядит следующим образом: неподвижная катушка тока измерительного прибора последовательно соединяется с нагрузкой или потребителями электроэнергии.

Подвижная катушка напряжения последовательно соединяется с добавочным сопротивлением, а затем весь этот участок параллельно подключается к нагрузке. Подвижная часть ваттметра имеет определенный угол поворота, вычисляемый по формуле: α = k2IхIu = k2U/Ru, в которой I и Iu являются соответственно токами последовательной и параллельной катушек прибора.

Поскольку в схеме используется добавочное сопротивление, параллельная цепь устройства будет обладать практически постоянным сопротивлением (Ru). В этом случае угол поворота будет равен: α = (k2/Ru)хIхU = k2IхU = k3P. То есть, мощность цепи будет определяться именно по этому параметру.