Датчики напряжения и тока

Датчики тока классические

Датчик тока - это устройство, которое обнаруживает и преобразует ток в легко измеряемое выходное напряжение, пропорциональное току проходящему в линии. Существует множество датчиков, и каждый датчик подходит для определенного диапазона тока и условий окружающей среды. Среди этих датчиков чаще всего используется резистор, чувствительный к току. Его можно рассматривать как преобразователь тока в напряжение, в котором при вставке резистора в путь прохождения тока ток преобразуется в напряжение линейным образом. Технология, используемая датчиком тока, важна, потому что разные датчики могут иметь разные характеристики для множества приложений.

Датчики тока основаны на технологии холла с разомкнутым или замкнутым контуром. Датчик с обратной связью имеет катушку, которая активно приводится в действие для создания магнитного поля, которое противодействует полю, создаваемому измеряемым током. Датчик Холла используется как устройство обнаружения нуля, а выходной сигнал пропорционален току, подаваемому в катушку, который пропорционален измеряемому току.

В датчике тока без обратной связи магнитный поток, создаваемый первичным током, концентрируется в магнитной цепи и измеряется с помощью устройства Холла. Выходной сигнал устройства Холла - это сигнал, подготовленный для обеспечения точного (мгновенного) представления первичного тока.

Как измерять постоянное напряжение и ток?

Есть много причин, по которым необходимо использовать микроконтроллер для измерения постоянного напряжения и тока: 

• контролировать мощность генератора или солнечной батареи;
• измерять потребление тока в  проекте;
• наблюдать за зарядкой и разрядкой батареи;
• датчики тока и напряжения Arduino позволяет выполнить любую из вышеобозначенных задач. 

Измерение постоянного напряжения и тока

Измерение постоянного напряжения с помощью микроконтроллера (или любого устройства цифровой обработки данных) требует использования аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Многие современные микроконтроллеры, включая Arduino Uno, имеют встроенный АЦП, что делает измерение постоянного напряжения самой простой из задач.

Аналого-цифровой преобразователь - это компонент, который принимает аналоговый сигнал на вход и выдает цифровой сигнал на выход, при этом выход является цифровым представлением уровня входного сигнала.

Точность этого преобразования определяется несколькими различными факторами:
Количество битов АЦП - определяет, на сколько «шагов» преобразователь может разделить входной сигнал. Чем больше, тем более детализированным будет результат.

Опорное напряжение - точность преобразователя зависит от приложенного к нему опорного напряжения. Также определяет максимальное напряжение, которое АЦП может принять на своем входе.

Линейность - преобразователь должен иметь линейный выход, то есть, его выходные показания должны увеличиваться на одинаковую величину для каждого приращения.

Многие микроконтроллеры, такие как Arduino Uno, имеют встроенные АЦП. Uno имеет шесть 10-битных АЦП, что означает, что они могут раскладывать входной сигнал на 1024max дискретных шагов (2 в степени 10 равно 1024).
Другие микроконтроллеры также имеют встроенные АЦП, некоторые из них с большим разрешением, чем Arduino Uno. Например ESP32 и Seeeduino XIAO имеют 12-битные АЦП, позволяющие им снижать входное напряжение на 4096ax шагов.

Делители напряжения

Максимальное входное напряжение, которое вы можете подать на АЦП Arduino Uno, составляет 5 вольт, а для микроконтроллеров, использующих логику 3,3 В, оно еще меньше. Очевидно, это непрактично, так как вы, вероятно, захотите измерить входное напряжение, превышающее это значение.
Для этого можно использовать делитель напряжения - очень простую схему, построенную с использованием двух резисторов. Она снижает напряжение и дает дополнительное преимущество в виде увеличения входного импеданса, что означает, что измерительное устройство не нагружает цепь, которую оно пытается измерить, и искажает показания.

Если планируется измерять очень высокие напряжения нужно построить делитель напряжения, используя дискретные резисторы. Однако, если планируется использовать Arduino для измерения более низких напряжений, менее 26 вольт, можно использовать модули делители, которые буду выполнять эту работу. Эти устройства чрезвычайно недороги и используют прецизионные резисторы для получения точных показаний.
Arduino Uno также может использовать внешний источник опорного напряжения, который подключается к выводу AREF. Это опорное напряжение не может превышать 5 вольт.

Измерение постоянного напряжения с помощью Arduino

У Arduino Uno есть шесть 10-битных АЦП, которые могут измерять одновременно несколько напряжений.

Чтобы измерить напряжение можно собрать простое подключение: поставить резистивный делитель напряжения на один из аналоговых входов Arduino.