Arduino Wattmetre Projesi

Arduino Wattmetre Projesi: Gerilim Ölçümü, Akım ve Güç Tüketimi

Elektronik mühendisleri olarak, bir devrenin çalışmasını ölçmek ve analiz etmek için her zaman sayaçlara bağlıyız. Bu ölçüm cihazlarının çoğu kolayca elde edilebilir ve ölçülecek parametrelere ve doğruluklarına göre satın alınabilir ama bazen kendi sayaçlarımızı oluşturmamız gereken bir durum içinde kalabiliriz. Örneğin, bir solar PV projesinde çalışıyorsunuz ve yükünüzün güç tüketimini hesaplamak istiyorsunuz. Böylelikle, Arduino gibi basit bir mikroişlemci platformu kullanarak Arduino Wattmetre Projenizi oluşturabilirsiniz. Kendi ölçüm cihazlarımızı oluşturmak sadece test maliyetini düşürmekle kalmaz, aynı zamanda test sürecini kolaylaştırmak için bize de fayda sağlar. Arduino kullanılarak üretilen bir Arduino Wattmetre Projesi, Seri monitör ekranında gerilim, akım ve güç değerlerini izlememize yardımcı olur ayrıca ekran üzerinde bu değerlerle indeksli bir grafik çizmemize olanak sağlar. Ölçülen bu değerleri kaydetmek için bir SD kart sisteme kolayca entegre edilebilir.

arduino wattmetre projesi

Kullanılan Malzemeler

  • Arduino Nano
  • LM358 Op-Amp
  • 7805 Gerilim regülatörü
  • 16*2 LCD Ekran
  • 10k,20k,2.2k,1k Direnç
  • 0.1uF Kondansatör
  • Test Yükü
  • 0.22 ohm 2Watt Şönt direnç
  • 10k Pontasiyometre
  • Çalışma boardı
  • Havya, Lehim vb. Lehimleme aparatları

Arduino Wattmetre Projesi Devre Şeması

Arduino Wattmetre projesi‘nin komple devre şeması aşağıda verilmiştir.

Arduino wattmetre projesi

Arduino Wattmetre Projesi anlaşılması kolay olması açısından iki üniteye ayrılmıştır. Devrenin üst kısmı ölçüm birimidir ve devrenin alt kısmı hesaplama ve gösterim birimidir. Devre takibi konusunda tecrübeniz yok ise sizler için devre üzerinde etiketleme yapıldı. Örneğin +5V için etiketin bağlı olduğu tüm pinlerin birbirine bağlı olduğu düşünülmelidir. Etiketler normalde devre şemasının düzgün görünmesini sağlamak için kullanılır.

Devre,Solar PV’nin şartnamesini göz önünde bulundurarak,0-2A arasında bir akım aralığıyla çalışan sistemlere uyacak şekilde tasarlanmıştır.Fakat devrenin çalışmasını anladıktan sonra aralığı kolayca genişletebilirsiniz. Devrenin arkasındaki temel prensip, güç tüketimini hesaplamak için yük ve akım boyunca voltajı ölçmektir. Ölçülen tüm değerler 16 * 2 Alfanümerik LCD ekranda gösterilecektir. Daha da aşağıda arduino wattmetre projesini  küçük parçalara ayıracağız böylece devrenin çalışma yapısını daha net anlayacağız.

Arduino Wattmetre Projesi Ölçüm Katı

Ölçüm birimi, gerilimi ölçmemize yardımcı olacak potansiyel bir ayırıcıdan ve devreden akımı ölçmemize yardımcı olacak bir Ters Çevirici Op-amp ile bir şönt dirençten oluşur. Yukarıdaki devredeki potansiyel ayırıcı kısım aşağıda gösterilmiştir.
arduino wattmetre projesi

Burada Giriş voltajı Vcc referansıdır. Devre 0-24V aralığında tasarlanmıştır. Fakat Arduino 24V gibi yüksek gerilimi ölçemez. Arduino ve diğer mikrodenetleyiciler genellikle 0-5V arası ölçüm yapabilir. Gerilim bölücü bir devre kullanılarak bu işlem kolayca yapılabilir. 10k ve 2.2k’lık direnç gerilim bölme işlemini gerçekleştirir. Gerilim bölücünün çıkış voltajı aşağıdaki formüller kullanılarak hesaplanabilir.

Vout = (Vin × R2) / (R1 + R2)

Gerilim bölme işleminden sonra akımı, yük aracılığı ile ölçmek zorundayız. Bildiğimiz gibi, mikrodenetleyiciler sadece analog voltajı okuyabildiğinden, bir şekilde akımın değerini voltaja dönüştürmemiz gerekir. Bu işlemi bir şönt direnç vasıtası ile yapabiliriz. Bu dönüşüm işlemi sırasında gerilimin değeri çok çok düşük olacaktır, bu yüzden onu yükseltmek için bir op-amp kullanmamız gerekir.

arduino wattmetre projesi

Burada şönt direncin (SR1) değeri 0.22 Ohm’dur. Bu şönt direnç vasıtası ile max 1A’lik yükte ortaya çıkacak gerilim değer 0.2V dur. Bu değer işlemci ile okuma yapmak için çok düşüktür. Bu yüzden gerilimi arttırmak için Terslemeyen yükselteç modunda bir Op-Amp kullanırız.

Amplifikatör 21 kat kazanç kazanacak şekilde tasarlanmıştır, böylece gerilim, 0.2 * 21 = 4.2V olacaktır. Bu değer Arduino’nun okuması için yeterlidir. Op-amp’in kazancını hesaplamak için kullanılan formüller aşağıda verilmiştir.

Gain = Vout / Vin = 1 + (Rf / Rin)

Burada ki Rf değeri 20k’dır ve Rin değeri 1k olup, bize 21 kat çıkışa sahip kazanç değeri verir.Yükseltilmiş gerilim çıkışından sonra Op-amp, 1k direnç ve 0.1uF kondasatörlü RC filtresine bağlanır.Burada ki 0.1uF’lik kondansatör gürültü önleme amacı ile takılmıştır. 

Sonunda yükseltilen gerilim Arduinonun analog pinine bağlanır. Ölçüm biriminde kalan son kısım voltaj regülatör kısmıdır. Giriş gerilimimizin değişken bir aralığa sahip olabilir. Ancak Arduino ve Op-amp’in çalışması için regüle edilmiş + 5V volt’a ihtiyacımız var. Regüle edilmiş +5V, 7805 Voltaj regülatörü tarafından sağlanacaktır. Gürültüyü filtrelemek için çıkışta bir kondansatör kullanılır.

Arduino Wattmetre Projesi Hesaplama ve Gösterge Katı

Ölçüm katında Voltaj ve Akım parametrelerini Arduino Analog pinleri ile stabil ölçecek bir devre tasarladık. Şimdi devrenin bu katında bu voltaj sinyallerini Arduino’ya bağladığımız 16 × 2 LCD bir ekran sayesinde görebileceğiz. Yukarıda ki resimde gördüğünüz gibi Voltaj çıkışı Arduino’nun A3 pinine, Akım çıkışı Arduino’nun A4 pinine bağlanmıştır. LCD ekran, 7805’ten aldığı +5V ile çalışır.Ayrıca 4-bit modda çalışmak için Arduino’nun dijital pinlerine bağlanır. LCD’nin parlaklığını değiştirmek için Con pinine bağlı bir potansiyometre(10k) kullandık.

arduino wattmetre projesi

Arduino Wattmetre Projesinde Arduinoyu Programlama

Donanım kısmında herhangi bir sıkıntı yok ise, Arduino’yu açalım ve programlamaya başlayalım. Programın amacı, A3 ve A4 pinlerindeki analog voltajı okumak ve bu voltaj sayesinde Gerilim, Akım ve Güç değerlerini hesaplayıp LCD ekranda göstermektir.

Bu projede A3 ve A4 pinleri sırasıyla gerilim ve akım ölçmek için kullanılır. Arduinonun 3,4,8,9,10 ve 11. Dijital pinleri LCD için kullanılır.

int Read_Voltage = A3;

int Read_Current = A4;

const int rs = 3, en = 4, d4 = 8, d5 = 9, d6 = 10, d7 = 11; //LCD BAĞLANTISI İÇİN PİN NUMARALARI

LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

Ayrıca LCD için liquid crystal adında bir kütüphane dosyası eklendi.

Daha sonra kurulum fonksiyonunun içinde LCD ekranı başlatıyoruz ve “Arduino Wattmetre” olarak bir giriş metni gösteriyoruz ve temizlemeden önce iki saniye bekleyeceğiz.

void setup() {

lcd.begin(16, 2); // 16*2 LCD Çağır

lcd.print(” Arduino Wattmetre”); //Ekranda görüntülenecek mesaj satırı

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(“-elektroniktasarimlar”); // Ekranda görüntülenecek mesaj satırı

delay(2000); //2 Saniye bekle

lcd.clear(); //ekranı temizle

}

Ana döngü içinde, A3 ve A4 pinlerinden voltaj değerini okumak için analog okuma fonksiyonunu kullanırız. Arduino 10 bit ADC’ye sahip olduğu için çıkış değerini 0-1023 arasında almalıyız. Bu değer daha sonra (5/1023) ile çarpılarak 0-5V’a dönüştürülmelidir.İlk bölümlerde gerilim bölücü kullanarak gerilimi 0-24V’tan 0-5V’a düşürmüştük. Şimdi bu değerleri gerçeği yansıtan değere dönüştürmek için bir çarpan kullanmak zorundayız. Yapılan hesaplamalar neticesinde çarpanların değeri 6.46 ve 0.239. Bu nedenle kod aşağıdaki gibi olacaktır.

float Voltage_Value = analogRead(Read_Voltage);

float Current_Value = analogRead(Read_Current);

Voltage_Value = Voltage_Value * (5.0/1023.0) * 6.46;

Current_Value = Current_Value * (5.0/1023.0) * 0.239;

Son olarak, gerçek voltaj ve gerçek akım değerini hesapladıktan sonra, bu formülleri kullanarak Gücü hesaplayabiliriz (P = V * I). Ardından aşağıdaki kodu kullanarak tüm değerleri LCD ekranda gösteririz.

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(“V=”); lcd.print(Voltage_Value);

lcd.print(” “);

lcd.print(“I=”);lcd.print(Current_Value);

float Power_Value = Voltage_Value * Current_Value;

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(“Power=”); lcd.print(Power_Value);

Arduino Wattmetre Projesi Çalışma ve Test

Donanım kısmı bittikten sonra Arduino kodunu Arduino Nano kartınıza yükleyin. Ekranda bir metin görene kadar LCD’nin kontrast seviyesini kontrol etmek için trimpotu ayarlayın. Kartı test etmek için yükü klemense, giriş voltajını JAK girişine bağlayın. Arduino’nun çalışması için + 5V gerekli olduğundan, bu projenin çalışması için giriş voltajı 6V’dan fazla olmalıdır. Her şey yolunda giderse, LCD’nin ilk satırında gerilimi ve akımı, LCD’nin ikinci satırında hesaplanmış gücü görmelisiniz.

 Bir şey icat etmenin eğlenceli kısmı, ne kadar düzgün çalışacağını kontrol etmek için test edilmesinde yatmaktadır. Bunu öğrenmek için yük olarak 12 V otomobil gösterge lambası kullandım. Umarım  Arduino wattmetre projesi sizlere genel anlamda fayda sağlar.

Arduino Wattmetre Projesi Kodları

/*
* Arduino Wattmetre Projesi: Gerilim Ölçümü, Akım ve Güç Tüketimi
* Tarih: 02-10-2018
* Website: www.elektroniktasarimlar.com
* LCD ve ARDUINO’nun güç hattı 7805 regülatöründen beslenmiştir.
* LCD RS -> pin 2
* LCD EN -> pin 3
* LCD D4 -> pin 8
* LCD D5 -> pin 9
* LCD D6 -> pin 10
* LCD D7 -> pin 11
* Voltaj ölçümü için gerilim bölücü pini -> A3
* Akım ölçmek için op-amp çıkışı-> A4
*/

#include <LiquidCrystal.h>  //Arduionun manuel lcd kütüphanesini kullanabilirsiniz.

int Read_Voltage  = A3;
int Read_Current  = A4;
const int rs = 3, en = 4, d4 = 8, d5 = 9, d6 = 10, d7 = 11; // LCD için Arduino dijital pinleri
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

void setup() {
lcd.begin(16, 2); //Initialise 16*2 LCD

lcd.print(” Arduino Wattmetre”); //Mesaj Satırı 1
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(” Arduino  “); //Mesaj Satırı 2

delay(2000);
lcd.clear();

}

void loop() {
float Voltage_Value = analogRead(Read_Voltage);
float Current_Value = analogRead(Read_Current);

Voltage_Value = Voltage_Value * (5.0/1023.0) * 6.46;
Current_Value = Current_Value * (5.0/1023.0) * 0.239;

lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(“V=”); lcd.print(Voltage_Value);
lcd.print(”  “);
lcd.print(“I=”);lcd.print(Current_Value);

float Power_Value = Voltage_Value * Current_Value;

lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(“Power=”); lcd.print(Power_Value);

delay(200);
}

arduino wattmetre projesi

 

Yazımızı beğendiyseniz hemen alttaki Sosyal medya butonlarından arkadaşlarınızla paylaşabilirsiniz. Öneri veya eleştirilerinizi alttaki yorumlar bölümünden yapabilirsiniz. Elektroniktasarımlar.com ailesi olarak bir çok yeni içerik eklemeye devam edeceğiz. Bizi takip etmeyi unutmayın. Okuduğunuz için teşekkür ederiz.

Paylaşın, Herkes Faydalansın!

Bir Yorum

Yorum Ekle

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir