V7 — Измерение RMS-значений напряжения, тока, активной и полной мощности. Облегченная версия

А частота замеров какая?
Если шим смотреть на 5 кгц - измерит?

ШИМ 5 кгц не измерит. Меряет только на частоте 40-55 гц. Выделяет один период и делает по 160-200 замеров напряжения и тока за этот период.

Я бы 5-ю ногу ОУ все же подключил к напряжению 5 Вольт. Надежнее...

Как-то не подумал, действительно было бы спокойнее.

Игорь, Иван, что именно нужно поправить и нужно ли?
5 ногу ОУ перекидываем со входа стабилизатора 78L05 на его выход?
Что это нам даёт?

Микросхема допускает подачу любого напряжения в пределах напряжения питания без ущерба для его работы, но 5 Вольт является каким-то средним значением между напряжения питания, типа "искусственного нуля". При этом микросхема будет работать в режиме усилителя с коэффициентом 1, и возможно будет оказывать меньшее влияние на вторую половинку микросхемы.

Иван, спасибо!
Думаю, такое изменение некритично для работы устройства в целом.
Его можно иметь ввиду, как низкоприоритетное. Например для новых разработок или если кто будет разводить печатку с нуля.

Делал подобную штуку для замеров и ШИМов до 10кГц-20кГц в том числе. Статьи писать как-то не складывается, поэтому немного на словах кому интересно и если будут вопросы, с удовольствием отвечу )

Кстати, началось все с проекта автора вресии 2 еще, по моему. Но для моих задач меня не устраивало 2 момента - "привязка" к 50Гц с наличием разделительных конденсаторов в тракте АЦП (которые немного да фазу сдвигают, вопрос не критический, так как сдвиг вроде как во всех каналах одинаковый, но меня муляло + невозможность мерять постоянку) и второй момент – это гальваническая развязка.

В итоге проект получил STM32F103VET6 контроллер с 12 битным и достаточно быстрым АЦП работающий в режиме DMA. Так АЦП живет своей жизнью, просто наполняя память данными по "кольцу", а мы это "кольцо" просто периодически обрабатываем.

В результате этот МК позволил подключить TFT, которые по цене сейчас более чем досягаемы и выводить на него кучу информации (которая по большому счету не нужна пользователю, но оно ж ух как просится)) ) RMS, амплитудное значение, пиковое... в общем места много - что придумается то и выводи...

Но это все преимущества просто более "взрослого" МК. Теперь про аналоговую часть, которой при желании можно модифицировать и текущий проект. Сразу скажу, что кроме улучшения возможностей - это все удорожает конструкцию. Поэтому если мерять потребления холодильника или кондиционера, то не стоит и парится особо - решение автора одно из самых оптимальных.
Итак, для измерения тока использовался датчик тока ACS712 (есть на 5, 20 и 30 А - рекомендую на 20, самый оптимальный как по мне, есть серии ACS и для 75, 100, 200А, если кому мерять сварочный аппарат :) ). ACS712 обеспечивает гальваническую развязку до 2кВ. Основан на эффекте Холла, поэтому падение напряжения в нем не больше чем в монтажном проводе. Сразу стоит оговорится, что эти датчики меряют как переменный ток до 80кГц полностью повторяя на выходе форму измеряемого тока, так и постоянный в обоих направлениях.

По измерению напряжения, полной развязки добиться пока не удалось, но использован делитель 10МОм + 120кОм (подстроечник) + 10МОм - меряем по среднему 120кОм. Не совсем, чтоб гальваническая развязка, но взяться за фазу, через 10МОм, примерно как через фазовый пробник, ток в 30мкА, надеюсь смертельным не бывает при таких напряжениях. Здесь есть небольшая тонкость, так как для измерения переменного напряжения нужно двуполярное питание, а затем нужно сдвинуть ноль до 1.65В (STM32 - 3,3В). Поэтому организовываем "виртуальный" 0 для ОУ, простым резистивным делителем с конденсаторами в двух плечах на уровне 1,65В. Я делал его подстроечником (это проще, чем искать резисторы 1% и калибровать прошивку). И меряем напряжение с нашего делителя относительно нашего "виртуального" 0. Коэффициент усиления, а так же подстроечник в делителе в зависимости от желаемых параметров.

Если кто пойдет дальше, то есть ультралинейная оптопара IL300, можно попробовать мерять напряжение ней, что обеспечит полноценную гальваническую развязку, но потребует дополнительного "отвязаного" питания для "опасной" части. У меня опробовать пока руки не дошли.

Грубый алгоритм такой же как и у автора, да и у всех. У нас есть заполненый массив (по DMA с фиксированным интервалом времени между элементами), суммируем квадраты значений, делим на кол-во элементов, корень... Пока суммируем квадраты, находим максимум и минимум, что даст нам максимум, минимум и амплитуду, а так же проверяем все ли элементы с одной полярностью или нет, что даст нам показатель AC/DC. С частотой все не так просто и однозначно... Простые алгоритмы, как-то подсчет кол-ва элементов между переходами через 0 (в теории должны получить период) дают нестабильные результаты при несинусоидальной форме, шуме и т.п. Здесь нужно подходить через FFT, поэтому на частоту лично я забил :)

Ну а в остальном уже у кого какие фантазии, STM-ки штуки с мощной перефирией. У меня одна модификация с USB для измерения мощностей, токов и прочей ерунды на выходах УМЗЧ. Другой на щитке возле счетчика измеряет 4 канала = 1 напряжение + 3 тока на разные автоматы + считает TRUE RMS кВт/ч паралельно счетчику, контролирует перегрузку и напряжение и осуществляет "защиту" + шлет данные на ARM-компик с помощью nRF24L01

Собственно получается прибор, который может измерять напряжение, ток, мощность как постоянного, так и переменного тока любой формы до 10-30кГц (зависит от МК и прошивки) + всякие вкусности по фантазиям. "Базовый" вариант состоит из STM32, сдвоенный ОУ, ACS712, TFT, немного обвязки и источник питания (чтоб оценить масштаб затрат и сложности). С источником питания здесь есть свой нюанс... Всю "аналоговую" часть схемы и аналоговую часть МК следует питать от своих собственных линейных стабилизаторов 5 (для ACS712 и ОУ) и 3.3В (аналог MK и "виртуальный" 0) (например LM1117), а так же при разводке разделять аналоговую и цифровую землю! Иначе из 12бит АЦП, Вы потеряете 4-6 младших бит и замучаетесь программно чистить шум АЦП. Поэтому блок питания - 7-12 В с двумя каналами стабилизации 5В и 3.3В для "аналога" (линейные) и отдельно 3.3В для "цифры" и МК (хоть линейные, хоть импульсные).

Схемы привести могу, но думаю, в целых них нет никакой ценности, скорее помодульно если кому интересно.

С прошивкой еще сложнее, так как она зависит от перефирии и задач (для тех же разных TFT будут разные библиотеки) и от желаемых результатов, поэтому тоже если кому интересно могу "модулями" исходников поделиться.

По этим причинам готовый прибор "возьми и повтори" вряд ли получится... Хотя наверное, зависит от автора. У меня не получалось повторить ни чужие, ни свои же приборы, так как всегда приходят в голову идеи-"улучшалки", которые хочется опробовать. Иногда с положительными результатами, иногда с бабахами :).

Еще один минус - понадобится изготовление платы 0,2/0,2мм и желательно двухсторонней. Хотя при большом желании можно обзавестись платой-адаптером для LQFP и развести одностороннюю.

Если кто задумается, то советую смотреть уже на STM32F4 - производительность будет на голову выше.

Здравствуйте. Собираю прибор.
Вопрос к автору: в схеме конденсаторы С2, С6, С7 электролитические.
На фото монтажной платы их нет. Предполагаю, что они заменены на керамические SMD. Так ли это?
И еще: Керамики SMD на 47 мФ не нашел, посоветуйте, как поступить?

Не дождался ответа на свой первый вопрос по теме. Прибор собрал. Работает, определяет напряжение, ток на нагрузке, активную мощность, НО! полную мощность не определяет, пишет "0". Я не профессионал в электронике и прошу отозваться тех, кто может помочь. Заранее благодарен.
С уважением, Servik.

Да, действительно они заменены на керамические SMD C2 - 4,7мкф, а С6, С7 - 10 мкФ.
Прошу прощения, я не видел Вашего сообщения, спасибо Игорю, что он напомнил.

Схема откорректирована, дополнения внесены, Ивану и Сергею спасибо!

Спасибо Ивану за полезную схему!
Смотришь на неё и вроде всё просто и понятно, но сам бы я долго до такого доходил бы.
В общем собрал приборчик и он работает как надо, только переделал плату под другой корпус МК и перевёл программу с Баскома на Си, вместо транса использовал конденсаторный блок питания, а шунт взял из сгоревшего тестера, получилось компактно, как я люблю

Нашёл корпус от ИБП струйника, который подошёл как родной, розетка применена обычная, настенная, обработанная болгаркой. Конструкция закончена, разве что кнопки питания не хватает.

Добрый день! Уважаемый автор, можете ли вы дополнить ваше устройство защитой по току?
Чтоб можно было выставить ток, и при нагрузке, превышающей выставленный ток, на каком либо выводе МК появлялся или пропадал управляющий уровень для ключа или реле.

тож собрал себе сей девайс , переделал печатка под бестрансформаторное питание , и подправил под себя прошивку на 15А , думаю в фильтр сетевой всунуть .

Здравствуйте, не могли бы вы поделиться частью кода для обработки и измерения переменного напряжения.
Сам только начинаю знакомиться с stm, встала задача измерять переменный ток, но так и не придумал и не нашел вариантов в интернете под stm.