Pomiar natężenia prądu stałego można zrealizować przy użyciu wbudowanego w mikrokontroler przetwornika analogowo-cyfrowego (A/C), który umożliwi pomiar napięcia. Pomiaru dokonuje się metodą pośrednią, mierząc spadek napięcia na rezystorze pomiarowym. Uzyskane napięcie można przeliczyć na natężenie prądu używając prawa Ohma. Przykładowa realizacja takiego układu może wyglądać tak:
Im większe jest natężenie tego prądu, tym większe napięcie odkłada się na rezystorze pomiarowym Upom = I · Rpom. Trzeba pamiętać o mocy wydzielanej na tym rezystorze, ponieważ przepływ prądu o wysokim natężeniu może doprowadzić do jego przegrzania. Spadek napięcia Upom nie powinien być zbyt duży w porównaniu z napięciem zasilającym obwód, w którym dokonujemy pomiaru aby nie wpływać na pracę odbiornika. Uwaga na masę obwodu pomiarowego i "masę" odbiornika - są to punkty o różnych potencjałach (spadek napięcia na rezystorze pomiarowym).
Aby możliwie najlepiej wykorzystać przetwornik A/C naszego mikrokontrolera, maksymalny mierzony prąd powinien wywoływać spadek napięcia Upom równy (lub niewiele mniejszy) od napięcia referencyjnego przetwornika. Dlatego użycie linii zasilania o napięciu 5V jako napięcia odniesienia będzie mało optymalne, ponieważ na rezystorze Rpom trzeba tracić sporo napięcia. Dodatkowo linia 5V nie jest zbyt dobrym napięciem odniesienia, napięcie linii zasilającej może zmieniać swoją wartość w zależności od pracy układu. Lepiej wykorzystać wbudowane źródło napięcia odniesienia lub zewnętrzne, o niższej wartości. Kolejnym rozwiązaniem może być wykorzystanie wzmacniacza między rezystorem pomiarowym a przetwornikiem ADC. Można też wykorzystać zewnętrzny ADC z interfejsem I2C lub SPI o lepszych parametrach niż wbudowany ADC, o lepszym napięciu odniesienia a często z wbudowanym sterowanym wzmacniaczem.
Prosty filtr, na który składają się kondensator C i rezystor R1, redukuje zaszumienie mierzonego napięcia. Wartość wyjściowa przetwornika będzie w mniejszym stopniu fluktuować, co ułatwi odczyt i obsługę wyniku. Ponadto, wysoka rezystancja rezystora R1 zmniejszy prąd płynący przez diody zabezpieczające wejście mikrokontrolera w sytuacji przekroczenia dopuszczalnego zakresu napięć wejściowych. Od strony programowej możemy wykonać pomiar kilkukrotnie i uśrednić wyniki pomiaru.
Uzyskany z przetwornika A/C wynik można przeliczyć na prąd przy użyciu prostego wzoru:
ADC to liczba odczytana z 10-bitowego przetwornika ADC układu ATmega8. Vref to wartość użytego napięcia referencyjnego. Rpom to rezystancja opornika, przez który płynie mierzony prąd.
Przykładowo, mając do dyspozycji rezystor Rpom = 1Ω i układ źródła napięcia odniesienia Vref = 2,56V, można mierzyć prąd o natężeniu do
Imax = Vref/Rpom = 2,56A
z rozdzielczością
q = Imax / (2^N) = 2,56A/(2^10) = 2,5mA, gdzie N to liczba bitów przetwornika.
Oczywiście ilość bitów przetwornika to sprawa teoretyczna może się okazać, że uzyskamy 9 lub 8 użytecznych bitów (ENOB) w zależności od realizacji układu. Napięcie odniesienia wbudowane w ATmega8 również obarczone jest pewnym rozrzutem.
Poza pomiarem spadku napięcia na rezystorze możemy wykorzystać hallotronowy czujnik prądu (dostępne są moduły) takim czujnikiem możemy mierzyć prądy o natężeniu kilkunastu a nawet kilkudziesięciu amperów. W przypadku prądu przemiennego możemy sięgnąć po przekładniki prądowe, jest to cewka przez której środek przeprowadzamy przewód, którym płynie prąd przemienny podlegający pomiarowi. Niektóre przekładniki prądowe mają otwierany rdzeń co ułatwia zamontowanie na przewodzie. Napięcie przemienne na wyjściu przekładnika prąd->napięcie (tutaj uwaga są też przekładniki prąd->prąd, a właściwie jest to podstawowa aplikacja przekładnika) prostujemy i możemy poddać konwersji w ADC.
Im większe jest natężenie tego prądu, tym większe napięcie odkłada się na rezystorze pomiarowym Upom = I · Rpom. Trzeba pamiętać o mocy wydzielanej na tym rezystorze, ponieważ przepływ prądu o wysokim natężeniu może doprowadzić do jego przegrzania. Spadek napięcia Upom nie powinien być zbyt duży w porównaniu z napięciem zasilającym obwód, w którym dokonujemy pomiaru aby nie wpływać na pracę odbiornika. Uwaga na masę obwodu pomiarowego i "masę" odbiornika - są to punkty o różnych potencjałach (spadek napięcia na rezystorze pomiarowym).
Aby możliwie najlepiej wykorzystać przetwornik A/C naszego mikrokontrolera, maksymalny mierzony prąd powinien wywoływać spadek napięcia Upom równy (lub niewiele mniejszy) od napięcia referencyjnego przetwornika. Dlatego użycie linii zasilania o napięciu 5V jako napięcia odniesienia będzie mało optymalne, ponieważ na rezystorze Rpom trzeba tracić sporo napięcia. Dodatkowo linia 5V nie jest zbyt dobrym napięciem odniesienia, napięcie linii zasilającej może zmieniać swoją wartość w zależności od pracy układu. Lepiej wykorzystać wbudowane źródło napięcia odniesienia lub zewnętrzne, o niższej wartości. Kolejnym rozwiązaniem może być wykorzystanie wzmacniacza między rezystorem pomiarowym a przetwornikiem ADC. Można też wykorzystać zewnętrzny ADC z interfejsem I2C lub SPI o lepszych parametrach niż wbudowany ADC, o lepszym napięciu odniesienia a często z wbudowanym sterowanym wzmacniaczem.
Prosty filtr, na który składają się kondensator C i rezystor R1, redukuje zaszumienie mierzonego napięcia. Wartość wyjściowa przetwornika będzie w mniejszym stopniu fluktuować, co ułatwi odczyt i obsługę wyniku. Ponadto, wysoka rezystancja rezystora R1 zmniejszy prąd płynący przez diody zabezpieczające wejście mikrokontrolera w sytuacji przekroczenia dopuszczalnego zakresu napięć wejściowych. Od strony programowej możemy wykonać pomiar kilkukrotnie i uśrednić wyniki pomiaru.
Uzyskany z przetwornika A/C wynik można przeliczyć na prąd przy użyciu prostego wzoru:
ADC to liczba odczytana z 10-bitowego przetwornika ADC układu ATmega8. Vref to wartość użytego napięcia referencyjnego. Rpom to rezystancja opornika, przez który płynie mierzony prąd.
Przykładowo, mając do dyspozycji rezystor Rpom = 1Ω i układ źródła napięcia odniesienia Vref = 2,56V, można mierzyć prąd o natężeniu do
Imax = Vref/Rpom = 2,56A
z rozdzielczością
q = Imax / (2^N) = 2,56A/(2^10) = 2,5mA, gdzie N to liczba bitów przetwornika.
Oczywiście ilość bitów przetwornika to sprawa teoretyczna może się okazać, że uzyskamy 9 lub 8 użytecznych bitów (ENOB) w zależności od realizacji układu. Napięcie odniesienia wbudowane w ATmega8 również obarczone jest pewnym rozrzutem.
Poza pomiarem spadku napięcia na rezystorze możemy wykorzystać hallotronowy czujnik prądu (dostępne są moduły) takim czujnikiem możemy mierzyć prądy o natężeniu kilkunastu a nawet kilkudziesięciu amperów. W przypadku prądu przemiennego możemy sięgnąć po przekładniki prądowe, jest to cewka przez której środek przeprowadzamy przewód, którym płynie prąd przemienny podlegający pomiarowi. Niektóre przekładniki prądowe mają otwierany rdzeń co ułatwia zamontowanie na przewodzie. Napięcie przemienne na wyjściu przekładnika prąd->napięcie (tutaj uwaga są też przekładniki prąd->prąd, a właściwie jest to podstawowa aplikacja przekładnika) prostujemy i możemy poddać konwersji w ADC.
Fajne? Ranking DIY
. Znamionowo 2,56 V a zakres podany przez producenta od 2,3 do 2,9 czyli jakoś nieskromnie +/-11% . Pozostaje więc kalibracja albo zewnętrzny układ . Tu może okazać się najwygodniejsze źródło o napięciu 2,56 dla 8 bitów lub 1,024 dla 10 bitów . Zasilając atmegę z porządnego stabilizatora może okazać się że dokładniejsze jest zasilanie niż samo źródło. W każdym razie zewnętrzna referencja zdziała cuda w tym przypadku .
