Автоматический переключатель нагрузки (вакуума) с ACS712 и Arduino: 7 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Всем привет, Работать с электроинструментом в замкнутом пространстве - нелегко, потому что вся пыль, создаваемая в воздухе, и пыль в воздухе означает, что пыль в ваших легких. Запуск вашего профессионального пылесоса может частично устранить этот риск, но включать и выключать его каждый раз, когда вы используете какой-либо инструмент, - это боль.

Чтобы облегчить эту боль, я построил этот автоматический переключатель, в котором находится Arduino с датчиком тока, который определяет, когда работает электроинструмент, и автоматически включает пылесос. Через пять секунд после остановки инструмента вакуум также прекращается.

Запасы

Для изготовления этого переключателя я использовал следующие компоненты и материалы:

• Arduino Uno -
• Датчик тока ACS712 -
• Attiny85 -
• Разъем IC -
• Твердотельное реле -
• Механическое реле 5 В -
• Блок питания HLK-PM01 5 В -
• Прототип печатной платы -
• Проволока -
• Кабели Dupont -
• Пластиковый корпус -
• Паяльник -
• Припой -
• Ножницы для проводов -

Шаг 1. Измерение тока с помощью ACS712

Звездой проекта является датчик тока ACS712, работающий по принципу эффекта Холла. Ток, протекающий через чип, создает магнитное поле, которое затем считывает датчик на эффекте Холла и выдает напряжение, пропорциональное току, протекающему через него.

Когда ток не течет, выходное напряжение составляет половину входного напряжения, и поскольку он измеряет как переменный, так и постоянный ток, когда ток течет в одном направлении, напряжение становится выше, а когда ток меняет направление, напряжение становится ниже.

Если мы подключим датчик к Arduino и построим график выходного сигнала датчика, мы сможем проследить это поведение при измерении тока, протекающего через лампочку.

Если мы внимательно рассмотрим значения, отображаемые на экране, мы можем заметить, что датчик действительно чувствителен к шуму, поэтому, даже если он дает довольно хорошие показания, его нельзя использовать в ситуациях, когда требуется точность.

В нашем случае нам нужна только общая информация, протекает ли значительный ток или нет, поэтому шум, который он улавливает, не влияет на нас.

Шаг 2: Правильное измерение переменного тока

Коммутатор, который мы создаем, будет определять приборы переменного тока, поэтому нам нужно измерить переменный ток. Если нам нужно просто измерить текущее значение протекающего тока, мы можем измерить его в любой момент времени, и это может дать нам неверное представление. Например, если мы измеряем на пике синусоидальной волны, мы зарегистрируем большой ток, а затем включим вакуум. Однако, если мы измеряем в точке пересечения нуля, мы не регистрируем никакого тока и ошибочно предполагаем, что инструмент не включен.

Чтобы смягчить эту проблему, нам нужно измерять значения несколько раз в течение определенного периода времени и определять самые высокие и самые низкие значения для тока. Затем мы можем рассчитать разницу между ними и с помощью формулы на изображениях вычислить истинное среднеквадратичное значение для тока.

Истинное среднеквадратичное значение - это эквивалентный постоянный ток, который должен протекать в той же цепи для обеспечения той же выходной мощности.

Шаг 3: Создайте прототип схемы

Чтобы начать измерения с помощью датчика, нам нужно разорвать одно из соединений с нагрузкой и соединить две клеммы датчика ACS712 последовательно с нагрузкой. Затем датчик получает питание от 5 В от Arduino, а его выходной контакт подключается к аналоговому входу на Uno.

Для управления магазинным пылесосом нам понадобится реле для управления выходной вилкой. Вы можете использовать твердотельное реле или механическое реле, как я использую, но убедитесь, что оно рассчитано на мощность вашего пылесоса в магазине. На данный момент у меня не было одноканального реле, поэтому я буду использовать этот 2-канальный релейный модуль сейчас и заменю его позже.

Выходной штекер для пылесоса будет подключен через реле и его нормально разомкнутый контакт. Как только реле будет включено, цепь будет замкнута, и пылесос включится автоматически.

В настоящий момент реле управляется через контакт 7 на Arduino, поэтому всякий раз, когда мы обнаруживаем, что через датчик течет ток, мы можем подтянуть этот контакт до низкого уровня, и это включит вакуум.

Шаг 4: Пояснение кода и особенности

Очень хорошая функция, которую я также добавил в код проекта, - это небольшая задержка, позволяющая поддерживать работу вакуума еще на 5 секунд после остановки инструмента. Это действительно поможет с остаточной пылью, которая образуется при полной остановке инструмента.

Чтобы добиться этого в коде, я использую две переменные, где я сначала получаю текущее время в миллионах при включении переключателя, а затем обновляю это значение на каждой итерации кода, пока инструмент включен.

Когда инструмент выключается, мы снова получаем текущее значение в миллионах, а затем проверяем, больше ли разница между этими двумя значениями, чем указанный нами интервал. Если это правда, то мы выключаем реле и обновляем предыдущее значение на текущее.

Основная функция измерения в коде называется измерением, и в нем мы сначала предполагаем минимальное и максимальное значения для пиков, но для того, чтобы их точно изменить, мы предполагаем инвертированные значения, где 0 - высокий пик, а 1024 - низкий пик..

В течение всего периода интервала, определенного переменной итераций, мы считываем значение входного сигнала и обновляем фактические минимальное и максимальное значения для пиков.

В конце концов, мы вычисляем разницу, и это значение затем используется с формулой RMS, описанной ранее. Эту формулу можно упростить, просто умножив разность пиков на 0,3536, чтобы получить среднеквадратичное значение.

Каждая из версий датчика для разной силы тока имеет разную чувствительность, поэтому это значение необходимо снова умножить на коэффициент, который рассчитывается исходя из номинальной силы тока датчика.

Полный код доступен на моей странице GitHub, а ссылка для скачивания находится ниже

Шаг 5. Уменьшите размер электроники (необязательно)

На данный момент электроника и код проекта в основном готовы, но они еще не очень практичны. Arduino Uno отлично подходит для создания подобных прототипов, но на практике он очень громоздкий, поэтому нам понадобится корпус большего размера.

Я хотел поместить всю электронику в этот пластиковый фитинг с красивыми заглушками на концах, и для этого мне нужно будет минимизировать электронику. В конце концов, мне пришлось прибегнуть к использованию корпуса большего размера, но как только я получу меньшую плату реле, я переключу их.

Arduino Uno будет заменен чипом Attiny85, который можно программировать с помощью Uno. Процесс прост, и я постараюсь предоставить для него отдельное руководство.

Чтобы избавиться от необходимости во внешнем питании, я воспользуюсь этим модулем HLK-PM01, который преобразует переменный ток в 5 В и занимает очень мало места. Вся электроника будет размещена на двусторонней печатной плате прототипа и соединена проводами.

Окончательная схема доступна на EasyEDA, а ссылка на нее находится ниже.

Шаг 6: упакуйте электронику в кейс

Финальная доска определенно не моя лучшая работа, так как она оказалась немного грязнее, чем я хотел. Я уверен, что если я потрачу на него больше времени, он будет лучше, но главное, что он работал, и он значительно меньше, чем был с Uno.

Чтобы упаковать все это, я сначала подключил к входным и выходным разъемам несколько кабелей длиной около 20 см. В качестве корпуса я отказался от фитинга, так как он в итоге оказался слишком маленьким, но мне удалось разместить все внутри распределительной коробки.

Затем входной кабель пропускается через отверстие и подключается к входной клемме на плате, и то же самое делается с другой стороны, где теперь подключены два кабеля. Один выход предназначен для пылесоса, а другой - для инструмента.

Когда все было подключено, я обязательно проверил коммутатор, прежде чем помещать все в корпус и закрывать все это крышкой. Фитинг был бы более красивым корпусом, поскольку он защитит электронику от любых жидкостей или пыли, которые могут попасть на них в моей мастерской, поэтому, как только у меня будет новая плата реле, я все перенесу туда.

Шаг 7. Наслаждайтесь использованием

Чтобы использовать этот автоматический выключатель, вам сначала нужно подключить входную вилку к розетке или удлинителю, как в моем случае, а затем подключить инструмент и магазинный пылесос в соответствующие разъемы.

Когда инструмент запускается, вакуум включается автоматически, а затем продолжает работать еще 5 секунд, прежде чем автоматически отключится.

Я надеюсь, что вам удалось кое-что узнать из этого руководства, поэтому, пожалуйста, нажмите эту любимую кнопку, если она вам нравится. У меня есть много других проектов, которые вы можете проверить и не забудьте подписаться на мой канал YouTube, чтобы не пропустить мои следующие видео.

Ура и спасибо за чтение!