Начало » Практика » Блоки питания » Вольтметр-амперметр переменного тока с вычислением мощности на PIC16F690 [Обновлено]

 
 
 

Вольтметр-амперметр переменного тока с вычислением мощности на PIC16F690 [Обновлено]

📆28.12.13 🙋if33 👀60 606 💬29
Довольно простой прибор измеряющий напряжение, ток и показывающий полную мощность потребляемую нагрузкой на частоте 50 Гц.

При ремонтных работах или при проверке и испытаниях новых устройств часто требуется подавать напряжение от ЛАТР’а, при этом необходимо контролировать напряжение и ток. Для этих целей был разработан и собран вольтметр-амперметр на микроконтроллере с LCD индикатором. Поскольку, напряжение и ток измеряются, то легко вычисляется и полная мощность. В результате получился весьма компактный измеритель.
Технические характеристики
1. Пределы изменения измеряемого напряжения 0 – 255 Вольт, дискретность 0,5 вольта. Показания отображаются с шагом 1вольт.
2. Пределы изменения измеряемого тока 0 – 10 Ампер, дискретность 20 ма. Показания отображаются с шагом 10 ма.
3. Полная мощность вычисляется, как произведение величины тока на напряжение и отображается только целочисленное значение в Вольт-амперах.

Принципиальная схема

Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа!

В схеме применено прямое измерение переменного напряжения и тока микроконтроллером.
Измеряемое напряжение через делитель R7, R9, R12 и C12 поступает на вход микроконтроллера через конденсатор C10. Конденсатор C12 совместно с делителем входного напряжения образует интегрирующую цепь, которая препятствует проникновению импульсных помех.

Измеряемый ток протекает по шунту R1, напряжение, снимаемое с него, усиливается операционным усилителем и через цепочку R8 и C8 поступает на вход микроконтроллера. Первый каскад на OP1 представляет собой инвертирующий усилитель с интегрирующим конденсатором C3 в цепи обратной связи. В связи с тем, что размах напряжения, снимаемого с OP1 должен быть около 5 Вольт, на микросхему усилителя поступает повышенное питание (9-15 Вольт). Второй каскад на OP2 включен повторителем и особенностей не имеет. Конденсатор C3 служит для уменьшения помех при работе АЦП микроконтроллера.

На измерительные входы RA0 и RA1 поступает постоянное стабилизированное смещение 2,5 вольта через резисторы R11 и R13. Это напряжение позволяет правильно измерять положительный и отрицательный полупериоды входных напряжений.
К микроконтроллеру PIC16F690 подключен LCD дисплей, с отображением 2-х строк по 16 символов. Резистор R14 служит для установки оптимальной контрастности дисплея. Резистор R15 определяет ток подсветки дисплея.
Питание прибора осуществляется от отдельного трансформатора на 9 – 12 Вольт. Стабилизатор питания +5 Вольт собран на микросхеме 78L05 и особенностей не имеет.

Программа

Программа написана на языке СИ (mikroC PRO for PIC), разбита на блоки и снабжена комментариями. В программе применено прямое измерение переменного напряжения микроконтроллером, что позволило упростить схему. Микропроцессор применен PIC16F690 с довольно большим объемом памяти, что позволило применить LCD дисплей и написать программу на языке высокого уровня без особых ухищрений. Тактовая частота внутреннего генератора выбрана 8 МГц.

Блок программы izm_U измеряет величины напряжения и тока. В версии V3 – применено прямое измерение напряжения и тока без привязки к фазе, что позволило получить правильные показания напряжения и тока при реактивной нагрузке.
Блок программы display — вывод текстовой информации на LCD дисплей.

Блок программы CustomChar – формирование символов русского алфавита, позволяет выводить на экран символы русского алфавита для нерусифицированных индикаторов.
В основном блоке main выполняется преобразование результатов измерений в текстовую форму для последующего вывода на дисплей.

Детали и конструкция

Все детали установлены на печатной плате. Дисплей вставляется в разъемы платы и крепится винтами к стойкам длиной 12 мм. В связи небольшим расстоянием между платами конденсаторы применены небольшой высоты C4, C5 на 16 Вольт, остальные на 6,3 или 10 Вольт. Измерительный резистор R7 должен быть высоковольтным. Я установил резистор типа МЛТ1. Шунт взят от неисправного мультиметра. В связи с тем, что различные типы дисплеев могут иметь различное подключение питания (ножки 1 и 2), то на печатной плате питание на ножки дисплея 1 и 2 поступает через перемычки. Их надо коммутировать правильно, в соответствии с применяемым дисплеем. Наличие русского алфавита в дисплее необязательно, так как он формируется программно. Микроконтроллер устанавливается в цанговую панельку.

Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа!

Я запитал прибор от телефонного адаптера. В связи с тем, что на плате есть свой мост Br1, полярность подключения не имеет значения. Важно, чтобы на конденсаторе C4 было напряжение в пределах 10 – 15 Вольт.


Схемы подключения


Схема подключения могут быть и другими. Например, на вход подать 6,3 вольта, а к входу подключить накал радиоламп для измерения тока накала и т.п.

Настройка

Необходимо проверить монтаж платы и включить устройство. На время настройки для подключения дисплея я сделал кабель — переходник длиной 10 – 15 см.

1. Вращая резистор R14, выставляем оптимальную контрастность дисплея. На индикаторе должны отобразиться нулевые значения напряжения, тока и мощности.
2. После этого на вход подают напряжение (можно сетевое 220 Вольт), которое измеряется контрольным вольтметром, при этом на индикаторе должно отобразиться значение напряжения. Вращая резистор R12, устанавливаем показания напряжения на дисплее равным напряжению, поданному на вход. Возможно, потребуется изменить в некоторых пределах резистор R9.
3. Для настройки правильных показаний амперметра подключаем какую-либо нагрузку (можно лампу накаливания на 100 – 200 ватт) через контрольный амперметр. После этого на вход подают напряжение, при этом на индикаторе должны отобразиться значения напряжения и тока. Вращая резистор R6, устанавливаем показания тока на дисплее равными току на контрольном амперметре. В связи с тем, что шунт может иметь сопротивление, несколько другого номинала возможно, потребуется изменить в некоторых пределах значение резистора R5.
После проведения настройки дисплей можно включить без кабеля — переходника и прикрепить к плате.

Замеченные недостатки при первом включении

При первых включениях без подключения нагрузки прибор показывал ток 10 – 30 ма. Оказалось, что конденсаторы давали некоторую утечку. После 5-10 минут работы ток падал до нуля. В дальнейшем конденсаторы «отформовались» и дефект исчез.

Итоги

a) Мне прибор оказался очень полезен при проверке и испытаниях новых устройств.
b) Прибор легко меряет мощности, потребляемые различной бытовой техникой (лампа накаливания, экономичная лампа, фен, утюг, электропаяльник на 36 Вольт, автомобильные лампы и т.д.), а также компьютера и принтера.
c) Очень легко измеряются ток холостого хода трансформатора (оказалось, что он не всегда равен ожидаемому!).


При разработке использованы следующие материалы

1. Идея прибора взята из описания “Суперпростой амперметр и вольтметр на супердоступных деталях”, автор Eddy71.
2. Даташиты на детали

Файлы

Схема, печатная плата и программа с прошивкой
Shema-VAvar.zip 🕗 20/08/12 ⚖️ 12,09 Kb ⇣ 420
Plata-VAvar.zip 🕗 20/08/12 ⚖️ 18,04 Kb ⇣ 442
Soft_VAar_V2.zip 🕗 20/08/12 ⚖️ 6,41 Kb ⇣ 457

Прошивка v2 с расширенным диапазоном измерений (28-12-2013)
Расширены пределы допустимых значений напряжения до 511V и тока до 20,46А
Proshivka-v2-511V-2046A.7z 🕗 28/12/13 ⚖️ 5,49 Kb ⇣ 208

Прошивка v3 с расширенным диапазоном измерений (15-02-2014)
Расширены пределы допустимых значений напряжения до 255V и тока до 51А
255V-51A-datagor.ru.7z 🕗 15/02/14 ⚖️ 5,59 Kb ⇣ 155

Иван Внуковский, г. Днепропетровск
Иван Внуковский (if33)
Украина, г. Днепропетровск
Профиль if33
Радиолюбитель, стаж более 40 лет. Работал на заводе инженером КБ, инженером по обслуживанию ЭВМ, механиком по ремонту бытовой техники. Сейчас на пенсии.
 

Читательское голосование

Нравится

Статью одобрили 50 читателей.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.

22.10.16 изменил Datagor. Добавлена прошивка с расширенным диапазоном измерения

 

Поделись с друзьями!

 

 

Связанные материалы

 

Схема на Датагоре. Новая статья Простой модульный вольтметр переменного напряжения на PIC16F676... Простой вольтметр переменного напряжения с частотой 50 Гц, выполнен в виде встраиваемого модуля,...
Схема на Датагоре. Новая статья Высоковольтный БП (0-350V, 0.5А max) с вольт-амперметром на PIC16F690... Иногда при регулировочных работах требуется сравнительно высокое напряжение питания устройств или...
Схема на Датагоре. Новая статья V7 — Измерение RMS-значений напряжения, тока, активной и полной мощности. Облегченная версия... После публикации моей статьи «V6» — измеритель RMS-значений напряжения, тока, активной и полной...
Схема на Датагоре. Новая статья «V6» — измеритель RMS-значений напряжения, тока, активной и полной мощности (Atmega 8)... Весьма часто возникает необходимость знать величину потребляемой (активной) мощности различными...
Схема на Датагоре. Новая статья Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-4. Токовая помпа Хоуленда. Подписка на платы!... Не мечтай, действуй! Howland Curent Pump. Особенность построения УМЗЧ настоящего проекта...
Схема на Датагоре. Новая статья Релейный стабилизатор напряжения 220V без разрыва цепи... В статье рассматривается возможность безразрывного переключения цепей переменного тока с помощью...
Схема на Датагоре. Новая статья Транзисторный фильтр питания с высоким КПД для аудиоаппаратуры... При создании прибора для ремонта телевизоров мне потребовался регулируемый источник питания 30-300...
Схема на Датагоре. Новая статья Стабилизатор напряжения сети 1,8 кВт на PIC12F675... В последнее время мощности бытовых нагрузок возросли: появились фены, обогреватели, утюги, СВЧ печи...
Схема на Датагоре. Новая статья Микроконтроллерный регулятор мощности на Atmega16... На фото представлен действующий макет регулятора мощности, схема которого (с небольшими...
Схема на Датагоре. Новая статья Однофазный привод постоянного тока... В основе разработки электропривода лежит принцип работы следящего привода с одноконтурной системой...
Схема на Датагоре. Новая статья Универсальный привод с Системой Импульсно — Фазового Управления... Регулятор служит не только для плавного регулирования оборотов двигателя постоянного тока, но в...
Схема на Датагоре. Новая статья Сумматор каналов на ОУ. Теория и практика.... Не раз обращал внимание на то, что радиолюбители применяют в своих схемных решениях неоправданно...
 

Общаемся по статье 💬

«Вольтметр-амперметр переменного тока с вычислением мощности на PIC16F690 [Обновлено]»

Комментарии, вопросы, ответы, дополнения, отзывы

 

Назад Вперед
<

al Ex

Александр Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 1 от 23-08-12, 21:19.
Ответить
  • С нами с 13.12.2009
  • 116 комментариев
  • 0 публикаций
 
Очень полезный прибор
Как просто сейчас собирать такие многофункциональные устройства!

<

FOLKSDOICH

Валерий Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 2 от 23-08-12, 22:05.
Ответить
  • С нами с 18.05.2008
  • 39 комментариев
  • 0 публикаций
 
Очень пригодился бы приборчик. А 873 или 876 пики не подойдут?

<

if33

Иван Внуковский Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 3 от 24-08-12, 0:57.
Ответить
  • С нами с 2.03.2010
  • 91 комментарий
  • 16 публикаций
 
  Очень пригодился бы приборчик. А 873 или 876 пики не подойдут?

Должны подойти. Требования к PIC не очень высокие
2 канала ADC
Не менее 2 килобайт памяти
и наличие 6 выходов для дисплея
Необходимо под данный процессор переразвести печатную плату и возможно подправить программу под выводы этого процессора. Я взял PIC16F690 потому что, у него 4к памяти, всего 20 выводов и цена не высокая.

<

mikesp

Михаил Сапожников Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 4 от 24-08-12, 4:25.
Ответить
  • С нами с 19.03.2010
  • 140 комментариев
  • 10 публикаций
 
Вот уж ценный прибор в театральной практике, чтобы выверять рассеиваемую софитами мощность. Когда-то еще там делал такой на гальванометре с катушкой вместо магнита, подключенной паралельно к шунту через выпрямитель. А подвижная рамка через сопротивление принимала напряжение. 10% точности тогда устраивало.

<

Deaf

Алексей Читатель Датагора
  • Кандидат
Комментарий # 5 от 15-09-12, 11:42.
Ответить
  • С нами с 27.08.2012
  • 5 комментариев
  • 0 публикаций
 
Скажите пожалуйста возможно ли новичку собрать этот прибор? если да то подскажите чем и как программировать PIC16F690 (какие ножки использовать)

<

Datagor

Игорь Котов Читатель Датагора
  • Главный редактор
Комментарий # 6 от 15-09-12, 23:38.
Ответить
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 244 комментария
  • 273 публикации
 
Алексей, если это первый проект на МК, то inho не стоит. Но вообще новичок новичку рознь.
drinks
Про PIC16F690 подробно в даташите производителя.
Шить - чем вам удобнее, PICKit например и т.п. Можно попробовать попросить сограждан на нашем Форуме прошить и выслать вам МК.
Но если планируете заниматься МК, конечно нужно приобретать свой инструмент.

<

Deaf

Алексей Читатель Датагора
  • Кандидат
Комментарий # 7 от 17-09-12, 0:29.
Ответить
  • С нами с 27.08.2012
  • 5 комментариев
  • 0 публикаций
 
МК пока не планирую заниматься, просто очень нужен такой прибор(для наглядного контроля потребляемой мощности)

<

loky

Игорь Читатель Датагора
  • Кандидат
Комментарий # 8 от 19-09-12, 21:05.
Ответить
  • С нами с 20.11.2009
  • 1 комментарий
  • 0 публикаций
 
вопрос к автору: возможно ли доработать прибор до следующих характеристик:
1. напряжение от 0.1 вольта и до 600 Вольт включительно
2. ток 0.1 до 20 Ампер включительно
3. отображение информации на дисплее размерами, (ориентировочно) 100х100 мм.

<

if33

Иван Внуковский Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 9 от 15-10-12, 1:38.
Ответить
  • С нами с 2.03.2010
  • 91 комментарий
  • 16 публикаций
 
По поводу доработки прибора

1. Напряжение 0,1 - 600 Вольт.

Шкала вольтметра имеет 1023 точки измерения
(микроконтроллер имеет 10-разрядный АЦП),
поэтому можно сделать пределы измерения напряжения такие:
0 - 511 Вольт, при этом цена деления будет 1 Вольт, или
0 - 1023 вольта, при этом цена деления будет 2 вольта.

2. Ток 0,1- 20 Ампер.

Те же 1023 точки измерения и пределы получаются такие
0 - 20,46 Ампера, цена деления будет 0,04 Ампера.

3. Вывод информации на крупный цветной дисплей.

Программа вывода информации написана для дисплея
с контроллером HD44780 или его аналогом. Эти
дисплеи бывают и более крупные, но не цветные.
С такими дисплеями можно познакомится в супермаркетах.
Они применяются при взвешивании круп, овощей и других продуктов.

<

sergey2903

Читатель Датагора
  • Прохожий
Комментарий # 10 от 03-03-13, 6:37.
Ответить
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
Странная у Вас, If33, арифметика получается. По-моему, если разделить (0-511) В на разрядность АЦП, то выходит что цена деления равна 0,5 В. А при измерении (0-1023В) - цена деления 1 В. Может у Вас АЦП работает как восьмибитный?

<

if33

Иван Внуковский Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 11 от 03-03-13, 18:42.
Ответить
  • С нами с 2.03.2010
  • 91 комментарий
  • 16 публикаций
 
Сергей, ничего странного в этом нет. Если Вы обратили внимание - в схеме нет диодов в цепях измерения напряжения и тока. В данном случае измеряется размах входного переменного напряжения, поэтому цена деления изменяется в два раза. В связи с отсутствием диодов в измерительных цепях возрастает линейность измерения, особенно на начальном участке.

<

Aleks74

Алексей Читатель Датагора
  • Кандидат
Комментарий # 12 от 25-12-13, 21:27.
Ответить
  • С нами с 18.09.2013
  • 2 комментария
  • 0 публикаций
 
if33,
не подскажете,что нужно изменить в схеме и прошивке прибора,чтобы расширить пределы измерения напряжения до упомянух вами 511В и тока до 20,46А?
Или хотя бы только тока?

<

if33

Иван Внуковский Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 13 от 26-12-13, 21:30.
Ответить
  • С нами с 2.03.2010
  • 91 комментарий
  • 16 публикаций
 
Для расширения пределов измерения напряжения до 511В и тока до 20,46А необходимо:
по напряжению - резистор R7 составить из двух резисторов 470ком (общее сопротивление будет около 900 - 1000ком) и мощностью не менее 1W (во избежание пробоя).
по току - примерно вдвое уменьшить величину R5.
Прошивку и исходник можно скачать _//yadi.sk/d/6cfFQte3Ez8L4

<

Aleks74

Алексей Читатель Датагора
  • Кандидат
Комментарий # 14 от 27-12-13, 22:10.
Ответить
  • С нами с 18.09.2013
  • 2 комментария
  • 0 публикаций
 
Благодарю, Иван Федорович, за доработку прибора до 511В и 20,46А!
Прибор о-очень нужен и полезен любому радиолюбителю.

Ещё один небольшой вопрос:
будет ли прибор корректно измерять импульсное потребление от сети мощных устройств, в которых есть по цепи 220В входной диодный мост и конденсаторный фильтр (1000-1500мкф 400в), например потребление инверторного сварочного аппарата? Ведь у них форма потребляемого тока не синусоидальная, а в виде коротких остроконечных импульсов большой амплитуды.

<

Datagor

Игорь Котов Читатель Датагора
  • Главный редактор
Комментарий # 15 от 28-12-13, 3:07.
Ответить
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 244 комментария
  • 273 публикации
 
Уважаемый Иван (if33), спасибо вам за новую прошивку!
Архив добавил в статью, см. раздел Файлы.

<

куко

Анатолий Читатель Датагора
  • Гражданин
Комментарий # 16 от 28-12-13, 15:15.
Ответить
  • С нами с 29.10.2010
  • 9 комментариев
  • 0 публикаций
 
Автору спасибо за приборчик.Собрал его еще с момента выхода статьи,счас вопрос к автору :что поменялось в новой прошивке.Хотелось бы услышать, так как мой приборчик трудиться в Латре а его извлечение оттуда для перепрошивки, дело не из легких.

Назад Вперед

Добавить комментарий, вопрос, отзыв 💬

Камрады, будьте корректны и вежливы, соблюдайте правила!


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой

Офигенная миниатюрная рация на литии BaoFeng UV-5R, 5W, 5-15 км!

Тестер универсальный LCR-TC1 для транзисторов, конденсаторов, ESR, MOSFET и т.д.
  • smilelolhellowinkscepticthumbupbored
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashpartyhandshake
    musicnegativenowordspardonshoksleepunknown
    wackoyawnsainthelmethashsmokingwhew


Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.