Capteur de courant DIY pour Arduino : 6 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Bonjour, j'espère que vous allez bien et dans ce tutoriel, je vais vous montrer comment j'ai fabriqué un capteur de courant pour Arduino en utilisant des composants électroniques très basiques et un shunt fait maison. Ce shunt peut facilement gérer une grande amplitude de courant, environ 10-15 ampères. La précision est également assez bonne et j'ai pu obtenir des résultats très corrects tout en mesurant des courants faibles autour de 100mA.

Fournitures

1. Arduino Uno ou équivalent et fil de programmation
2. OP-Ampli LM358
3. Fils de cavalier
4. 100 KOhm résistance
5. Résistance de 220 KOhm
6. Résistance de 10 Kohms
7. Veroboard ou carte PCB Zero
8. Shunt (8 à 10 milliohms)

Étape 1: Rassembler les pièces requises

Les pièces principales dont vous auriez besoin pour cette construction sont un shunt avec le circuit intégré de l'amplificateur opérationnel. Pour mon application, j'utilise le CI LM358 qui est un double CI DIP OP-AMP 8 broches dont je n'utilise qu'un seul des amplificateurs opérationnels. Vous aurez également besoin de résistances pour le circuit amplificateur non inverseur. J'ai choisi 320K et 10K comme résistances. Le choix de votre résistance dépend entièrement de la quantité de gain que vous souhaitez obtenir. Maintenant, l'OP-AMP est alimenté par le 5 volts de l'Arduino. Nous devons donc nous assurer que la tension de sortie de l'OP-AMP lorsque le courant total traverse le shunt doit être inférieure à 5 volts, de préférence 4 volts pour conserver une certaine marge d'erreur. Si nous choisissons un gain suffisamment élevé pour une valeur de courant inférieure, l'OP-AMP entrera dans la région de saturation et ne donnera que 5 volts au-delà de toute valeur de courant. Assurez-vous donc de choisir la valeur de gain de l'amplificateur de manière appropriée. Vous auriez également besoin d'un PCB de prototypage ou d'une planche à pain pour essayer ce circuit. Pour le microcontrôleur, j'utilise l'Arduino UNO pour acquérir l'entrée de la sortie de l'amplificateur. Vous pouvez choisir n'importe quelle carte Arduino équivalente que vous voulez.

Étape 2: Fabriquer votre propre résistance de shunt

Le cœur principal du projet est la résistance shunt utilisée pour fournir la faible chute de tension. Vous pouvez facilement faire ce shunt sans trop de tracas. Si vous avez un fil d'acier solide et épais, vous pouvez couper une longueur raisonnable de ce fil et l'utiliser comme shunt. Une autre alternative consiste à récupérer les résistances shunt des multimètres anciens ou endommagés, comme indiqué ici. La plage de courant que vous souhaitez mesurer dépend en grande partie de la valeur de la résistance shunt. En règle générale, vous pouvez utiliser des shunts de l'ordre de 8 à 10 milliohms.

Étape 3: Schéma de circuit du projet

Voici toute la théorie sous forme de résumé ainsi que le schéma électrique du module capteur de courant montrant la mise en œuvre de la configuration non inverseuse de l'OP-AMP fournissant le gain nécessaire. J'ai également attaché un condensateur de 0,1 uF à la sortie de l'OP-AMP pour lisser la tension de sortie et réduire tout bruit haute fréquence s'il peut se produire.

Étape 4: Rassembler tout cela…

Il est enfin temps de fabriquer le module de capteur de courant à partir de ces composants. Pour cela, j'ai découpé un petit morceau de veroboard et j'ai disposé mes composants de manière à éviter l'utilisation de cavaliers ou de connecteurs et à connecter l'ensemble du circuit à l'aide de joints de soudure directs. Pour la connexion de la charge via le shunt, j'ai utilisé des bornes à vis, ce qui rend les connexions beaucoup plus nettes et en même temps, il est beaucoup plus facile de commuter/remplacer différentes charges pour lesquelles je veux mesurer le courant. Veillez à sélectionner des bornes à vis de bonne qualité et capables de supporter des courants importants. J'ai joint quelques photos du processus de soudure et comme vous pouvez le voir, les traces de soudure sont assez bien sorties sans utiliser de cavalier ou de connecteur de fil. Cela a rendu mon module encore plus durable. Pour vous donner une idée de la petite taille de ce module, je l'ai gardé avec une pièce de 2 roupies indiennes et la taille est presque comparable. Cette petite taille vous permet d'intégrer facilement ce module dans vos projets. Si vous pouvez utiliser des composants SMD, la taille peut même être réduite.

Étape 5: Étalonnage du capteur pour donner des lectures correctes

Après la construction de l'ensemble du module, voici une petite partie délicate, l'étalonnage ou plutôt l'élaboration du code nécessaire pour mesurer la valeur correcte du courant. Maintenant, essentiellement, nous multiplions la chute de tension du shunt pour nous donner une tension amplifiée, suffisamment élevée pour que la fonction Arduino analogRead() s'enregistre. Maintenant que la résistance est constante, la tension de sortie est linéaire par rapport à l'amplitude du courant traversant le shunt. Le moyen le plus simple d'étalonner ce module consiste à utiliser un multimètre réel pour calculer la valeur du courant traversant un circuit donné. Notez cette valeur de courant, en utilisant l'arduino et la fonction de moniteur série, voyez quelle est la valeur analogique qui arrive (allant de 0 à 1023. Utilisez la variable comme type de données flottant pour obtenir de meilleures valeurs). Maintenant, nous pouvons multiplier cette valeur analogique par une constante pour obtenir notre valeur de courant souhaitée et puisque la relation entre la tension et le courant est linéaire, cette constante sera presque la même pour toute la plage de courant, bien que vous deviez peut-être faire quelques opérations mineures. ajustements plus tard. Vous pouvez essayer avec 4 à 5 valeurs actuelles connues pour obtenir votre valeur constante. Je mentionnerai le code que j'ai utilisé pour cette démonstration.

Étape 6: Conclusions finales

Ce capteur de courant fonctionne assez bien dans la plupart des applications alimentées en courant continu et a une erreur inférieure à 70 mA s'il est correctement calibré. Malgré certaines limitations de cette conception, à des courants très faibles ou très élevés, l'écart par rapport à la valeur réelle devient important. Une modification du code est donc nécessaire pour les cas limites. Une alternative consiste à utiliser un amplificateur d'instrumentation, qui possède un circuit précis pour amplifier de très petites tensions et peut également être utilisé dans le côté haut du circuit. Le circuit peut également être amélioré en utilisant un meilleur OP-AMP à faible bruit. Pour mon application, cela fonctionne bien et donne une sortie reproductible. Je prévois de faire un wattmètre, où j'utiliserais ce système de mesure de courant shunt. J'espère que vous avez apprécié cette construction.