PIC18F252 RMS AC 230V Güç Ölçer

230V 50Hz şebeke hattına bağlı bir cihazın gerçek güç tüketimini ölçebilen bir AC Watt Metre devresi. PIC18F252 mikrodenetleyici ADC’lerin yardımıyla voltaj ve akım bilgilerini toplar ve ardından şebeke hattının RMS voltajını, cihaz tarafından çekilen RMS akımını ve sonuçta elde edilen ortalama güç tüketimini hesaplar. Tüm bu bilgiler LCD’de görüntülenir. Yazılım CCS C ile yazılmış kaynak kod var.

PIC18F252 mikrodenetleyici katı HCPL-0630 optokublörler ile şebekeye bağlanan parçalardan tamamen izole edilmiştir.

Gücü hesaplamak için, yük üzerindeki voltajı ve yük tarafından çekilen akımı bilmemiz gerekir. Ölçülmesi gereken voltaj doğrudan şebeke voltajıdır. Şebeke voltajının 230Vrms 50Hz olduğunu biliyoruz, ancak %10 toleransı var. Böylece voltaj 207V ve 253V arasında değişebilir. Doğru bir güç ölçümü yapmak için, hesaplamalara 230Vrms koymak yerine şebeke voltajını ölçmek daha iyi olacaktır.

Şebeke hattı AC IN konnektörüne (J1) bağlıdır. Voltaj ölçümü için, faz ve nötr hatlar arasında bir direnç bölücü ağı (R1, R2, R3) bağlanır. Gerilim bölücü yardımıyla şebeke gerilimi, R1 / (R1 + R2 + R3) = 1/201 oranında ± 320V (tepe noktası) ± 1.59V’a dönüştüren bir oranda azaltılır. Daha sonra, ± 320V ile 0.91V – 4.09V arasında eşlenen ve iyi bir güvenlik payı ile 0-5V arasında güzel bir şekilde eşleşen 2.5V yukarı kaydırma uygulanır.

Bu ölçeklendirme ve kaydırma işleminden sonra, R2’deki voltaj MCP3202 ADC tarafından okunur. Daha sonra voltaj bilgisi PIC18F252 mikrodenetleyici tarafından SPI arabirimi üzerinden 12 bit formatında okunur. PIC18F252 Mikrodenetleyiciyi şebekeye bağlanan bölümden izole etmek için HCPL-0630 yüksek hızlı optokuplörler kullanılır. MCP’nin ikinci analog giriş kanalı, 2.5V referans voltajını okumak ve bunu hesaplamalarda düzeltme faktörü olarak kullanmak için kullanılır.

AC Watt Metre Devre Şeması

AC IN konektöründen gelen nötr ve toprak hatları doğrudan AC OUT konektörüne (J2) bağlanırken, faz hattı akım ölçümü amacıyla ACS712-20A akım sensöründen geçer. Sensör 0A’da 2.5V çıkış verir. IP + ve IP terminalleri arasında akım aktığında, sensör çıkışı 100mV / A hızında değişir. Böylece çıkış voltajı + 20A’da 4.50V ve -20A’da 0.500V olur. Sensör çıkışı MCP3202 tarafından okunur ve SPI üzerinden PIC18F252 mikro denetleyiciye gönderilir. ACS712 dahili izolasyon sağlar, böylece izolasyon için harici bir önlem gerekmez.

ACS712-20A ± 20A okuyabilir. Ancak, terminal bloklarının ve sigorta tutucusunun akım sınırlamaları göz önüne alındığında, AC akım yolu, faz hattına seri olarak bağlanan bir 16A sigorta ile korunur.

Şebekeye ve mikrodenetleyici tarafına güç sağlamak için izole edilmiş iki adet 5V kaynağı vardır. Transformatör 230V’den 2x6V üretir. Her bir çıkış köprü diyotları ile doğrultulur ve daha sonra 78L05 ile regüle edilir. D2 ve D3, her 5V’nin durumunu gösteren LED’lerdir.

AC Watt Meter CCS C Yazılım

Temel olarak PIC18F252 MCU, voltajı ve akım örneklerini her 1 ms’de bir okur ve 40 örnek çifti toplar, bu da 50Hz için iki periyot anlamına gelir. Daha sonra RMS değerlerini ve ortalama gücü hesaplar. Timer A modülü kullanılarak 1ms periyodu oluşturulur. Modül 16 bit modunda çalışır ve her taşmada bir kesme oluşturur. Bu yüzden her döngüde bir başlangıç değeri atayıp 1ms tetiklemesini bekliyoruz.

Tüm veriler toplandıktan sonra hesaplama işlemleri başlar. RMS voltajı aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanır,

RMS akımı da aynı denklem kullanılarak hesaplanır.

Gerilim ve akım örnekleri, gerilim ve akım arasındaki faz ilişkisini içerir. Böylece aktif (gerçek) AC güç, yani V * I* cosθ, aşağıdaki denklem kullanılarak ortalama güç hesaplanarak elde edilebilir. Hesaplanan RMS ve güç değerleri, CCS C derleyicisinin lcd.h kitaplığı kullanılarak LCD’de görüntülenir.

Projenin parça listesi;

2 Adet 78L05 5V 0.1A Lineer Voltaj Regülatörü SOT-89 U1 U2
1 Adet REF03 2.5V Voltaj Referansı SO-8 U3
1 Adet ACS712-20A Hall Etkili Akım Sensörü SO-8 U4
2 Adet MCP3202-BI/SN Çift Kanal 12 Bit Analogdan Dijitale Dönüştürücü SO-8 U5 U10
3 Adet HCPL-0630 Yüksek Hızlı Optokuplör SO-8 U6 U7 U8
1 Adet PIC18F252-I/SO 8 Bit Mikrodenetleyici SO-28 U9
2 Adet DF08S 800V 1A Mini Köprü Doğrultucu BR1 BR2
1 Adet HR-E3013051 230V – 2x6V 1,5VA Trafo TR1
1 Adet TC1602D 2×16 Nokta Vuruşlu LCD LCD1
2 Adet 470uF 25V Elektrolitik Kondansatör 10x10mm C1 C18
2 Adet 100uF 16V Elektrolitik Kondansatör 6.3×5.4mm C2 C17
2 Adet 22pf 50V 0805 NPO SMD Seramik Kondansatör C11 C12
1 Adet 1nF 50V 0805 X7R SMD Seramik Kondansatör C9
14 Adet 100nF 50V 0805 X7R SMD Seramik Kondansatör C2 C4 C5 C6 C7 C8 C10 C13 C22 C14 C15 C16 C17 C20
1 Adet 1uF 25V 1206 X7R SMD Seramik Kondansatör C21
2 Adet 0R %1 0805 SMD Direnç R16
2 Adet 1M %1 0805 SMD Direnç R2 R3
3 Adet 1K %1 0805 SMD Direnç R5 R6 R17
5 Adet 10K %1 0805 SMD Direnç R1 R14 R15 R18 R19
4 Adet 2K %5 0805 SMD Direnç R7 R8 R9 R13
4 Adet 330R %5 0805 SMD Direnç R4 R10 R11 R12
2 Adet Kırmızı LED 0805 D2 D3
1 Adet 20MHZ Kristal Osilatör Y1
1 Adet SS14 1A 40V Schottky Doğrultucu SMA D1
1 Adet Schurter 0031.8221 SMD Sigorta Yuvası F1
1 Adet 16A Sigorta 20x5mm
2 Adet 1×3 5,2 mm Aralıklı Vidalı Terminal Bloğu J1 J2
1 Adet 1×5 2.54mm Erkek Başlık J3

Kaynak: electro-labs.com/diy-digital-ac-watt-meter/