Tiny V/A Meter With INA219: 9 Steps (with Pictures)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Έχετε κουραστεί να επανατοποθετήσετε το πολύμετρό σας όταν θέλετε να μετρήσετε τόσο την τάση όσο και το ρεύμα σε ένα μικρό έργο; Tiny V/A meter είναι η συσκευή που χρειάζεστε!

Δεν υπάρχει τίποτα νέο σχετικά με τον αισθητήρα ρεύματος υψηλής πλευράς INA219. Υπάρχουν πολλά καλά έργα εκεί έξω που αξιοποιούν την ικανότητά του να μετρά τόσο το ρεύμα όσο και την τάση σε ένα φορτίο. Αρχικά εμπνεύστηκα από τον youtuber Julian Ilett και το βίντεο του "10 Minute Arduino Project - INA219 Current Sensor". Αλλά ήθελα έναν συμπαγή μετρητή με απλή διεπαφή και θήκη με 3D εκτύπωση - έτσι αποφάσισα να το φτιάξω μόνος μου.

Σχετικά με τον αισθητήρα INA219:

Το INA219 μπορεί να μετρήσει ± 3.2A με ανάλυση 0.1mA. Το κάνει αυτό μετρώντας την πτώση τάσης πάνω από την αντίσταση 0,1 ohm στο PCB. Έτσι, ο αισθητήρας θα εισάγει μια πολύ μικρή πτώση τάσης αλλά μόνο 320 mV στη χειρότερη περίπτωση (3,2Α). Για παράδειγμα στα 100 mA η πτώση είναι μόνο 10 mV. Εάν θέλετε, μπορείτε να αλλάξετε την αντίσταση για να έχετε υψηλότερο εύρος ή ανάλυση. Ταυτόχρονα, ο αισθητήρας μετρά επίσης την τάση του διαύλου με ανάλυση 4 mV. Από την εμπειρία μου, οι ενδείξεις τάσης είναι πολύ ακριβείς. Η ακρίβεια των σημερινών ενδείξεων εξαρτάται από την πραγματική αντίσταση της αντίστασης σας. Συνήθως έχουν ανοχή 1% (αλλά δεν είστε σίγουροι ότι πρέπει να εμπιστευτείτε τους φθηνούς πίνακες eBay). Πιστεύω ότι θα πρέπει να είναι δυνατή η βαθμονόμηση των αποτελεσμάτων εάν γνωρίζετε την ακριβή τιμή του αντιστάτη. Αλλά δεν το έψαξα περισσότερο καθώς η ακρίβεια ήταν αρκετά καλή για τις ανάγκες μου. Ο αισθητήρας έχει διαφορετικές ρυθμίσεις κέρδους - αυτές δεν θα επηρεάσουν την ανάλυση αλλά βοηθούν στη μείωση του θορύβου στις χαμηλές περιοχές.

Χαρακτηριστικά του μικροσκοπικού μετρητή V/A:

• Μπορεί να τροφοδοτηθεί από USB ή από την είσοδο τροφοδοσίας.

  • Όταν παρέχεται από USB, η παροχή εισόδου μπορεί να κυμαίνεται από 0 - 26V. Μόνο το ρεύμα διαρροής του αισθητήρα επηρεάζει την είσοδο ισχύος. Ωραία αν θέλετε να επαληθεύσετε τη χωρητικότητα μιας μπαταρίας.
  • Όταν τροφοδοτείται από είσοδο ισχύος, μπορεί να κυμαίνεται από 4 - 15V. (Περιορισμοί του ρυθμιστή τάσης arduino).
  • Η επιλεγμένη είσοδος εντοπίζεται κατά την εκκίνηση ή την αλλαγή και θα εμφανίσει ένα μήνυμα εύρους στον χρήστη.
• Μπορεί να εμφανίσει ταυτόχρονα τάση, ρεύμα, ισχύ & mAh.
• mAh μπορεί να γίνει επαναφορά.
• Διεπαφή με ένα κουμπί με σύντομο / μακρύ πάτημα.
• Επιλέξτε εύρη INA219: 26V / 3.2A, 26V / 1A ή 16V / 0.4A.
• Επιλέξτε ρυθμό δειγματοληψίας 100, 200, 500 ή 1000 ms.
• Ενεργοποιήστε/απενεργοποιήστε τον ύπνο του αισθητήρα για να μειώσετε το ρεύμα διαρροής στον αισθητήρα.
• Οι ρυθμίσεις αποθηκεύονται στο EEPROM και φορτώνονται ξανά κατά την εκκίνηση

• Σειριακή διεπαφή

  • Εκτυπώνει αποτελέσματα σε σειρά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για καταγραφή.
  • Αλλάξτε τις ρυθμίσεις με σειριακές εντολές

Προμήθειες

1x Arduino Nano - Παράδειγμα Arduino Nano eBay

1x πλακέτα αισθητήρων INA219 - INA219 μωβ πίνακας αισθητήρων eBay παράδειγμα

1x OLED 0,96 "I2C 128X64 4 ακίδων - OLED 0,96" Μπλε I2C eBay παράδειγμα

1x TTP223 Capacitive Touch Switch - TTP223 Capacative touch button PCB eBay παράδειγμα

1x Γυναικείο τροφοδοτικό Jack Socket Mount - Θηλυκό τροφοδοτικό Jack mount mount eBay παράδειγμα

1x Male Power Supply Jack - Male Power Jack με βιδωτούς ακροδέκτες παράδειγμα eBay ή Male Power Jack με ακροδέκτες Push παράδειγμα eBay

1x Slide Switch 2 Position 6 Pin - Slide switch 6 pin eBay παράδειγμα

Καλώδια

1x αρσενικός σύνδεσμος 5 ακίδων (προαιρετικό) - 2.54 αντρικές κεφαλίδες καρφιτσών eBay παράδειγμα

1x θηλυκό βύσμα 5 ακίδων (προαιρετικό) - Σετ σύνδεσης Dupont παράδειγμα eBay ή παράδειγμα 2.54 5 ακίδων 5 ακίδων σύνδεσης eBay παράδειγμα

Σωλήνας συρρίκνωσης θερμότητας (προαιρετικά)

Εργαλεία:

Συγκολλητικό σίδερο

Τρισδιάστατος εκτυπωτής (εάν θέλετε την τρισδιάστατη θήκη)

Όπλο κόλλας

Βήμα 1: Διαγράμματα

Έφτιαξα δύο εκδόσεις των σχημάτων. Ένα παραδοσιακό και βασισμένο σε εικόνα. Οι συνδέσεις είναι πανομοιότυπες, ώστε να μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ό, τι προτιμάτε.

Περιγραφή

Η οθόνη OLED και ο αισθητήρας INA219 χρησιμοποιούν και τα δύο I2C, επομένως χρειάζονται SDA και SCL συνδεδεμένα με A4 και A5.

Την έξοδο του Capacitive αισθητήρα αφής θα τον συνδέσουμε στο D2 για είσοδο.

Ο διακόπτης έχει 6 ακίδες - δύο σειρές 3 ακίδων. Μια γραμμή θα χρησιμοποιηθεί για τη σύνδεση της εισόδου ισχύος στο Vin στο Arduino. Η άλλη σειρά θα συνδέσει το D6 με τη γείωση. Με χρήση εσωτερικού pull-up στο D6, το Arduino θα μπορεί να δει εάν είναι συνδεδεμένο ή όχι στο power on Vin.

Τέλος, δρομολογούμε τον θετικό σύνδεσμο της εισόδου ισχύος (θηλυκό βύσμα τροφοδοσίας) μέσω του INA219 στη θετική έξοδο (αρσενικό βύσμα τροφοδοσίας). Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο ο αισθητήρας μπορεί να μετρήσει το ρεύμα που ρέει μέσα από αυτόν.

Βήμα 2: Εκτύπωση της θήκης

Η θήκη αποτελείται από ένα κουτί και ένα καπάκι. Και οι δύο θα πρέπει να εκτυπώνονται εύκολα και οι περισσότεροι εκτυπωτές μπορούν να τις εκτυπώσουν χωρίς υποστήριξη. Μπορείτε όμως να προσθέσετε υποστήριξη αν θέλετε.

Όταν τελειώσετε, τα δύο μέρη κουμπώνουν μεταξύ τους. Εάν είστε πολύ προσεκτικοί, θα μπορείτε να το ανοίξετε ξανά. Αλλά οι δύο κλειδαριές ελατηρίου είναι λίγο εύθραυστες και μπορούν να σπάσουν αν δεν είστε προσεκτικοί.

Δεν υπάρχει 3D εκτυπωτής;

Εάν δεν έχετε πρόσβαση σε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή, είμαι βέβαιος ότι είναι δυνατό να δημιουργήσετε μια άλλη θήκη. Μπορείτε να αγοράσετε μια θήκη/κουτί έργου από πλαστικό ή αλουμίνιο. Or μπορείτε να φτιάξετε κάτι μόνοι σας από ξύλο ή χαρτόνι. Να είσαι δημιουργικός!

Βήμα 3: Συναρμολόγηση του καπακιού

Το καπάκι συγκρατεί την οθόνη OLED και το χωρητικό κουμπί αφής. Συγκολλήστε σύρματα στα εξαρτήματα πριν τα κολλήσετε στη θέση τους με ένα πιστόλι κόλλας. Προσοχή στην οθόνη OLED - μερικές φορές το γυαλί είναι στερεωμένο στο PCB. Ευθυγραμμίστε το έτσι πριν το κολλήσετε στη θέση του. Εάν έχετε βύσμα 5 ακίδων, προσθέστε το στα καλώδια. Εάν δεν το κάνετε, είναι ακόμα δυνατό να συνδέσετε την οθόνη και το κουμπί απευθείας στο Arduino - αλλά είναι λίγο πιο δύσκολο να εργαστείτε μαζί του.

Βήμα 4: Συναρμολόγηση του κύριου κουτιού

Τοποθετήστε το θηλυκό βύσμα τροφοδοσίας και τον διακόπτη και βιδώστε τα στη θέση τους. Εάν δεν μπορείτε να βρείτε μικρές βίδες που ταιριάζουν στον διακόπτη, μπορείτε απλά να το κολλήσετε στη θέση του. Νομίζω ότι πήρα το δικό μου από μια παλιά μονάδα DVD που χώρισα:)

Αφαιρέστε τους πείρους και τους συνδετήρες από το INA219 (εάν είναι τοποθετημένοι) δεν υπάρχει αρκετός χώρος για αυτό στο κουτί. Στη συνέχεια, συνδέστε πλήρως το Arduino και το INA219 πριν τα κολλήσετε στη θέση τους στο κουτί. Προσθέστε ξανά το βύσμα 5 ακίδων εάν το έχετε - ή απλά συνδέστε το απευθείας στο καπάκι.

Στη συνέχεια, ολοκληρώστε την καλωδίωση για διακόπτη και βύσματα τροφοδοσίας. Στον διακόπτη διαφάνειας συγκολλήστε καλώδια στις δύο ακίδες που είναι πιο κοντά στο θηλυκό βύσμα τροφοδοσίας και στις δύο σειρές. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να σύρετε το διακόπτη προς το USB για να επιλέξετε τροφοδοσία USB. Και σύρετε το διακόπτη προς την είσοδο για ισχύ εισόδου. Εύκολο να το θυμάσαι!

Μην κλείσετε ακόμα την υπόθεση! Είναι καλύτερο να δοκιμάσετε ότι όλα λειτουργούν πρώτα.

Βήμα 5: Προγραμματισμός του Arduino

Εάν δεν έχετε ήδη εγκαταστήσει το Arduino IDE, πάρτε το από το arduino.cc

Πρέπει επίσης να εγκαταστήσετε τις δύο βιβλιοθήκες U8g2 και Adafruit INA219. Και τα δύο είναι διαθέσιμα στον διαχειριστή της βιβλιοθήκης. Για το Adafruit INA219 βεβαιωθείτε ότι έχετε έκδοση 1.0.5 - οι νεότερες εκδόσεις απαιτούν πρόσθετες βιβλιοθήκες και μνήμη flash, αλλά δεν παρέχουν καμία πρόσθετη λειτουργικότητα προς το παρόν.

Στη συνέχεια, πάρτε τον πηγαίο κώδικα που επισυνάπτεται σε αυτό το Instructable (Tiny-VA-Meter.ino και FlashMem.h) ή λάβετε την πιο πρόσφατη έκδοση από το GitHub Tiny-VA-Meter Git. Τώρα ανοίξτε το Tiny-VA-Meter.ino με το Arduino IDE.

Συνδέστε το Tiny V/A Meter στον υπολογιστή σας με καλώδιο USB.

Από τα εργαλεία επιλέξτε Πίνακας: "Arduino Nano", Επεξεργαστής: "ATmega328P" και τη σωστή θύρα. Mightσως χρειαστεί να αλλάξετε τον επεξεργαστή σε "ATmega328P (Old bootloader)" ανάλογα με το arduino σας. Εάν έχετε σφάλματα επικοινωνίας, δοκιμάστε το.

Πατήστε το κουμπί μεταφόρτωσης και περιμένετε μέχρι να τελειώσει.

Βήμα 6: Δοκιμάστε ότι όλα λειτουργούν

Πριν κλείσετε τη θήκη, είναι καλή ιδέα να ελέγξετε ότι όλα είναι σωστά συνδεδεμένα. Μπορείτε να ακολουθήσετε αυτά τα βήματα για να επαληθεύσετε όλα τα στοιχεία:

1. Από την τροφοδοσία USB, η οθόνη πρέπει να ανάψει και να εμφανίσει τις ενδείξεις (ανεξάρτητα από τη θέση του διακόπτη διαφάνειας).

2. Βεβαιωθείτε ότι μπορείτε να αλλάξετε το μενού πατώντας το κουμπί.

3. Εφαρμόστε ισχύ στην είσοδο και ελέγξτε ότι ο μετρητής εμφανίζει τη σωστή τάση.

4. Δοκιμάστε να αλλάξετε τον διακόπτη διαφάνειας και βεβαιωθείτε ότι ο μετρητής εμφανίζει τα μηνύματα εύρους.

5. Τώρα μπορείτε να δοκιμάσετε να ρυθμίσετε τον διακόπτη διαφάνειας στην ισχύ εισόδου και να αποσυνδέσετε το USB. Ο μετρητής πρέπει να λειτουργεί ακόμα.

6. Τέλος, θα πρέπει να μπορείτε να συνδέσετε ένα φορτίο ή μια συσκευή στην έξοδο και να ελέγξετε ότι ο αισθητήρας διαβάζει την τρέχουσα κλήρωση.

Εάν όλα αυτά τα βήματα ήταν επιτυχημένα, ο μετρητής σας θα έπρεπε να λειτουργεί τέλεια! Μπορείτε να σφίξετε το καπάκι στη θέση του τώρα!

Βήμα 7: Μάθετε να περιηγείστε στο μενού

Κατά την εκκίνηση, ο μετρητής θα ξεκινήσει δείχνοντας το διαθέσιμο εύρος εισόδου ανάλογα με τη θέση του διακόπτη: "Εύρος εισόδου: 0-26V 3.2A" ή "Εύρος εισόδου: 4-15V 3.2A". Το μήνυμα θα εμφανιστεί μόνο για μερικά δευτερόλεπτα, αλλά μπορείτε να το παραλείψετε με ένα σύντομο πάτημα. Εάν ο διακόπτης διαφανειών αλλάξει μετά την εκκίνηση, θα εμφανιστεί ξανά ένα νέο μήνυμα για μερικά δευτερόλεπτα.

Εν συντομία, πλοηγείστε με σύντομο πάτημα και επιλέγετε με παρατεταμένο πάτημα (1 δευτερόλεπτο).

Ο μετρητής έχει 3 κύριες σελίδες: οθόνη V/A, οθόνη V/A/W/Ah & ρυθμίσεις. Ένα σύντομο πάτημα του κουμπιού θα μεταπηδήσει μεταξύ αυτών των σελίδων.

Στη σελίδα V/A/W/Ah μπορείτε να επαναφέρετε το mAh με παρατεταμένο πάτημα.

Στη σελίδα ρυθμίσεων μπορείτε να εισαγάγετε ρυθμίσεις με παρατεταμένο πάτημα. Τώρα μπορείτε να πλοηγηθείτε ξανά μεταξύ διαφορετικών ρυθμίσεων με σύντομο πάτημα. Οι διαθέσιμες ρυθμίσεις είναι "Εύρος αισθητήρα", "Ρυθμός ανανέωσης" & "Αισθητήρας ύπνου". Μπορείτε να αλλάξετε κάθε ρύθμιση με παρατεταμένο πάτημα. Όταν περιηγείστε στην τελευταία ρύθμιση, ο μετρητής θα επιστρέψει στο μενού οθόνης V/A.

Βήμα 8: Χρήση της σειριακής διεπαφής

Όταν συνδέεστε σε υπολογιστή με USB, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το Arduino Serial Monitor (ή άλλο τερματικό) για να επικοινωνήσετε με το μικροσκοπικό μετρητή V/A. Χρησιμοποιεί baudrate 115200.

Με τον επιλεγμένο ρυθμό δειγματοληψίας ο μετρητής θα μεταδώσει όλες τις ενδείξεις σε σειριακή σειρά και μπορείτε εύκολα να το διαβάσετε στο τερματικό.

Αλλά μπορείτε επίσης να αλλάξετε τις ρυθμίσεις στο Tiny V/A Meter με σειριακές εντολές. Βεβαιωθείτε ότι έχετε επιλέξει "Νέα γραμμή" ως λήξη γραμμής.

Οποιαδήποτε μη έγκυρη εντολή θα εμφανίσει το μενού βοήθειας:

Εντολές:- επαναφορά (επαναφορά mAh)

- διαβάστε (Απάντηση με τα τελευταία αποτελέσματα)

- log x (Αυτόματο tx δειγμάτων - το x μπορεί να είναι ενεργοποιημένο ή απενεργοποιημένο)

- ύπνος x (INA219 ύπνος μεταξύ δειγμάτων - το x μπορεί να είναι ενεργοποιημένο ή απενεργοποιημένο)

- ανανέωση x (Ορισμός οθόνης & σειριακός ρυθμός ανανέωσης. το x μπορεί να είναι 100, 200, 500 ή 1000)

- εύρος x (Ορίστε το εύρος INA219. το x μπορεί να είναι 0 για 3,2Α, 1 για 1Α ή 2 για 0,4Α)

Για παράδειγμα, πληκτρολογήστε "ανανέωση 1000" για να αλλάξετε το ρυθμό δειγματοληψίας σε 1 δευτερόλεπτο. Or πληκτρολογήστε "αποσύνδεση" για να απενεργοποιήσετε την αυτόματη μετάδοση αποτελεσμάτων. Ο μετρητής θα απαντήσει με "ΟΚ" εάν είναι επιτυχής.

Βήμα 9: Τέλος

Τώρα χρησιμοποιήστε το για να μετρήσετε κάτι διασκεδαστικό:)

Προσπάθησα να προσθέσω όλες τις δυνατότητες που θεωρώ χρήσιμες. Αλλά μη διστάσετε να κάνετε τις δικές σας τροποποιήσεις. Και μοιραστείτε αν είστε σε θέση να κάνετε μερικές φοβερές βελτιώσεις στο Tiny V/A Meter!

Ενημερώθηκε 14/06-2020: Άλλαξε πρόγραμμα οδήγησης και πρόσθεσαν περισσότερες δυνατότητες! Δεν καλύπτεται ακόμη από αυτόν τον οδηγό - αλλά μπορείτε να το δείτε στο GitHub μου.