Крошечный вольт-амперметр с INA219: 9 шагов (с изображениями)

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

Устали повторно подключать мультиметр, когда вы хотите измерить напряжение и ток на небольшом объекте? Крошечный вольт-амперметр - это то, что вам нужно!

В датчике тока высокой стороны INA219 нет ничего нового. Существует множество хороших проектов, в которых используется его способность измерять как ток, так и напряжение на нагрузке. Изначально меня вдохновил YouTube Джулиан Илетт и его видео «10 Minute Arduino Project - INA219 Current Sensor». Но мне нужен был компактный измеритель с простым интерфейсом и корпусом, напечатанным на 3D-принтере, поэтому я решил сделать его сам.

О датчике INA219:

INA219 может измерять ± 3,2 А с разрешением 0,1 мА. Это делается путем измерения падения напряжения на резисторе 0,1 Ом на печатной плате. Таким образом, датчик будет давать очень небольшое падение напряжения, но только 320 мВ в худшем случае (3,2 А). Например, при 100 мА падение составляет всего 10 мВ. При желании можно заменить резистор, чтобы увеличить диапазон или разрешение. В то же время датчик также измеряет напряжение на шине с разрешением 4 мВ. По моему опыту, показания напряжения очень точны. Точность показаний тока зависит от фактического сопротивления вашего резистора. Обычно они имеют допуск в 1% (но не уверен, что стоит доверять дешевым доскам eBay). Я считаю, что можно будет откалибровать результаты, если вы знаете точное значение резистора. Но я не стал вдаваться в подробности, поскольку точность была достаточной для моих нужд. Датчик имеет разные настройки усиления - они не повлияют на разрешение, но помогают уменьшить шум в низких диапазонах.

Особенности крошечного вольт-амперметра:

• Может питаться от USB или от входа питания.

  • При питании от USB входное напряжение может находиться в диапазоне от 0 до 26 В. Только ток утечки датчика влияет на потребляемую мощность. Приятно, если вы хотите проверить емкость аккумулятора.
  • При питании от источника питания он может находиться в диапазоне от 4 до 15 В. (Ограничения регулятора напряжения Arduino).
  • Выбранный вход обнаруживается при загрузке или изменении и отображает сообщение диапазона для пользователя.
• Может одновременно отображать напряжение, ток, мощность и мАч.
• мАч можно сбросить.
• Интерфейс с одной кнопкой с коротким / длинным нажатием.
• Выберите диапазоны INA219: 26 В / 3,2 А, 26 В / 1 А или 16 В / 0,4 А.
• Выберите частоту дискретизации 100, 200, 500 или 1000 мс.
• Включение / отключение режима ожидания датчика для снижения тока утечки в датчике.
• Настройки хранятся в EEPROM и перезагружаются при загрузке.

• Последовательный интерфейс

  • Распечатывает результаты по серийному номеру. Может использоваться для ведения журнала.
  • Измените настройки с помощью последовательных команд

Запасы

1x Arduino Nano - пример Arduino Nano eBay

1x плата сенсора INA219 - пример пурпурной сенсорной платы INA219 на eBay

1x OLED 0,96 дюйма, I2C 128X64, 4 контакта - OLED 0,96 дюйма, синий, I2C на eBay

1x емкостный сенсорный переключатель TTP223 - пример печатной платы емкостной сенсорной кнопки TTP223 на eBay

1x гнездо для гнезда для блока питания - пример крепления на eBay гнездового гнезда для гнезда питания

1x штекерный разъем источника питания - штекерный разъем питания с винтовыми клеммами, пример eBay или штекерный разъем питания с нажимными клеммами, пример eBay

1x ползунковый переключатель, 2 положения, 6 контактов - ползунковый переключатель, 6 контактов, пример eBay

Провода

1x 5-контактный штекерный разъем (опционально) - 2,54 штекерные разъемы, пример eBay

1x 5-контактный гнездовой разъем (опционально) - пример набора разъемов Dupont на eBay или 2,54 5-контактный однорядный разъем на примере eBay

Термоусадочная трубка (опция)

Инструменты:

Припой

3D-принтер (если вам нужен корпус, напечатанный на 3D-принтере)

Клей-пистолет

Шаг 1: схемы

Я сделал две версии схемы. Традиционный и картинный. Соединения идентичны, поэтому вы можете использовать все, что захотите.

Описание

И OLED-дисплей, и датчик INA219 используют I2C, поэтому им необходимо, чтобы SDA и SCL были подключены к A4 и A5.

Выход емкостного сенсорного датчика мы подключим к D2 для входа.

Ползунковый переключатель имеет 6 контактов - два ряда по 3 контакта. Один ряд будет использоваться для подключения входа питания к Vin на Arduino. Другой ряд подключит D6 к земле. Используя внутреннее подтягивание на D6, Arduino сможет увидеть, подключен ли он к питанию на Vin.

Наконец, мы подключаем положительный разъем входа питания (гнездовое гнездо питания) через INA219 к положительному выходу (штекерное гнездо питания). Таким образом датчик может измерять ток, протекающий через него.

Шаг 2: Печать корпуса

Кейс состоит из ящика и крышки. Оба должны быть удобными для печати, и большинство принтеров могут печатать их без поддержки. Но вы можете добавить поддержку, если хотите.

Когда закончите, две части соединятся вместе. Если вы будете очень осторожны, вы сможете снова открыть его. Но два пружинных замка немного хрупкие и могут сломаться, если вы не будете осторожны.

Нет 3D-принтера?

Если у вас нет доступа к 3D-принтеру, я уверен, что можно сделать еще один случай. Вы можете купить проектный футляр / коробку из пластика или алюминия. А можно сделать что-то своими руками из дерева или картона. Будь креативным!

Шаг 3: Сборка крышки

На крышке находится OLED-экран и емкостная сенсорная кнопка. Припаяйте провода к компонентам перед тем, как склеить их клеевым пистолетом. Остерегайтесь OLED-экрана - иногда стекло устанавливается на печатной плате наклонно. Так что выровняйте это, прежде чем приклеивать на место. Если у вас есть 5-контактный разъем, добавьте его к проводам. Если вы этого не сделаете, все еще можно подключить экран и кнопку напрямую к Arduino, но с этим немного сложнее работать.

Шаг 4: Сборка основного блока

Установите гнездовой разъем питания и ползунковый переключатель и прикрутите их на место. Если вы не можете найти маленькие винты, которые подходят к переключателю, вы можете просто приклеить его на место. Я думаю, что получил свой от старого DVD привода, который я разобрал:)

Снимите контакты и разъемы с INA219 (если установлен), для этого в коробке недостаточно места. Затем полностью подключите Arduino и INA219, прежде чем приклеивать их на место в коробке. Снова добавьте 5-контактный разъем, если он у вас есть, или просто подключите его непосредственно к крышке.

Затем завершите подключение к переключателям и разъемам питания. На ползунковом переключателе припаяйте провода к двум контактам, ближайшим к гнезду питания в обоих рядах. Таким образом, вы можете сдвинуть переключатель в сторону USB, чтобы выбрать питание USB. И сдвиньте переключатель в сторону входа для входной мощности. Легко запомнить!

Пока не закрывайте дело! Лучше сначала проверить, что все работает.

Шаг 5: программирование Arduino

Если у вас еще не установлена Arduino IDE, загрузите ее с arduino.cc

Вам также необходимо установить две библиотеки U8g2 и Adafruit INA219. Оба доступны в диспетчере библиотеки. Для Adafruit INA219 убедитесь, что у вас установлена версия 1.0.5 - более новые версии требуют дополнительных библиотек и флэш-памяти, но в настоящее время не предоставляют никаких дополнительных функций.

Затем получите исходный код, прилагаемый к этому Instructable (Tiny-VA-Meter.ino и FlashMem.h), или получите последнюю версию с моего GitHub Tiny-VA-Meter Git. Теперь откройте Tiny-VA-Meter.ino с помощью Arduino IDE.

Подключите Tiny V / A Meter к компьютеру с помощью кабеля USB.

В инструментах выберите Board: «Arduino Nano», процессор: «ATmega328P» и правильный порт. Вам может потребоваться изменить процессор на «ATmega328P (старый загрузчик)» в зависимости от вашего arduino. Если у вас есть ошибки связи, попробуйте это.

Нажмите кнопку загрузки и дождитесь завершения.

Шаг 6: проверьте, что все работает

Прежде чем закрывать корпус, рекомендуется проверить, все ли правильно подключено. Вы можете выполнить следующие действия, чтобы проверить все компоненты:

1. При питании от USB дисплей должен загореться и отображать показания (независимо от положения ползункового переключателя).

2. Убедитесь, что вы можете переключать меню, нажимая кнопку.

3. Подайте питание на вход и убедитесь, что измеритель показывает правильное напряжение.

4. Попробуйте сдвинуть ползунковый переключатель и убедитесь, что глюкометр отображает сообщения о диапазоне.

5. Теперь вы можете попробовать установить ползунковый переключатель на входное питание и отключить USB. Счетчик должен по-прежнему работать.

6. Наконец, вы сможете подключить нагрузку или устройство к выходу и проверить, считывает ли датчик текущее потребление.

Если все эти шаги были выполнены успешно, ваш глюкометр должен работать отлично! Теперь вы можете защелкнуть крышку на месте!

Шаг 7. Научитесь перемещаться по меню

При загрузке счетчик начнет показывать доступный диапазон ввода в зависимости от положения ползункового переключателя: «Диапазон ввода: 0–26 В, 3,2 А» или «Диапазон ввода: 4–15 В, 3,2 А». Сообщение будет отображаться всего несколько секунд, но вы можете пропустить его коротким нажатием. Если ползунковый переключатель изменить после загрузки, новое сообщение появится снова на несколько секунд.

Вкратце, вы перемещаетесь коротким нажатием и выбираете длинным нажатием (1 сек).

Счетчик имеет 3 основные страницы: дисплей V / A, дисплей V / A / W / Ah и настройки. Кратковременное нажатие на кнопку позволяет переключаться между этими страницами.

На странице V / A / W / Ah вы можете сбросить мАч долгим нажатием.

На странице настроек вы можете ввести настройки долгим нажатием. Теперь вы можете снова переключаться между различными настройками с помощью короткого нажатия. Доступные настройки: «Диапазон датчика», «Частота обновления» и «Спящий режим датчика». Вы переключаете каждую настройку долгим нажатием. При переходе от последней настройки измеритель вернется в меню дисплея V / A.

Шаг 8: Использование последовательного интерфейса

При подключении к ПК через USB вы можете использовать последовательный монитор Arduino (или другой терминал) для связи с Tiny V / A Meter. Он использует скорость передачи 115200 бод.

С выбранной частотой дискретизации измеритель будет передавать все показания по последовательному каналу, и вы можете легко прочитать их в терминале.

Но вы также можете изменить настройки Tiny V / A Meter с помощью последовательных команд. Обязательно выберите «Новая строка» в качестве окончания строки.

Любая недопустимая команда отобразит меню справки:

Команды: - сброс (сброс мАч)

- прочитать (Ответить с последними результатами)

- log x (Auto tx of sampels - x может быть включен или выключен)

- спящий режим x (спящий режим INA219 между выборками - x может быть включен или выключен)

- обновить x (Установить частоту обновления экрана и последовательного обновления. x может быть 100, 200, 500 или 1000)

- диапазон x (установите диапазон INA219. x может быть 0 для 3,2 А, 1 для 1 А или 2 для 0,4 А)

Например, введите «обновить 1000», чтобы изменить частоту дискретизации на 1 секунду. Или введите «выйти из системы», чтобы отключить автоматическую передачу результатов. Глюкометр ответит "ОК" в случае успеха.

Шаг 9: Готово

Теперь используйте его, чтобы измерить что-нибудь интересное:)

Я попытался добавить все функции, которые считаю полезными. Но не стесняйтесь делать свои собственные модификации. И, пожалуйста, поделитесь, если вы можете сделать несколько потрясающих улучшений в Tiny V / A Meter!

Обновлено 14 / 06-2020: Изменен драйвер и добавлены дополнительные функции! Это руководство еще не описано, но вы можете проверить его на моем GitHub.