Akım Okuma Probu - Part 2 (Sensör ve Raspberry Pi Zero Katı)

 Merhaba.

Bu bölümde akım okuma probunun ikinci kartı olan sensör ve Raspberry Pi Zero kısmını tanıtmaya çalışacağım. 

Pcb tasarımının top ve bottom layer görüntüleri.


 Devre tasarımı ile ilgili karşılaştığım birkaç tane sıkıntı var. Devre üzerinde TL431 ile ayarlı zener yapmaya çalıştım ama devreyi çalıştırdıktan sonra bunun çok sağlıklı çalışmadığını gördüm. Bu yazıyı yazarken bu kısmı değiştirmedim ama devre ile yazılım geliştirmeye başlayınca bu kısmı iptal edip Vref bağlantısını doğrudan VCC yani +5V'a bağlayacağım.


revision pdf link


Bu değişikliği yapmamın sebebi yukarda gördüğüm testere dişi dalga. MCP3204 ref voltajı değiştiği için akım değişmese bile okunan değer değişiyor. Bu yüzden çözünürlüğün biraz daha düşmesini göze alıp ref voltajını beslemeden alacağım.


 

Şema PDF belgesi

Projenin tüm  şematiği

Projenin tasarımında LEM marka Go-10 ve HMSR30 akım sensörü kullanıldı. Go-10 sensörü easyEda'da bulamadığım için HMSR olarak çizdim. Sadece Go-10 sensörde Ext Int uçları yok. Vref ve Iout uçları var.

Go-10 sensörü doğrudan AC220 hattına bağlı, Röle çıkışında prize bağlı. Yani akımı ölçülecek cihaz doğrudan priz ile bağlanıyor. Bu bağlantının daha güvenli olduğunu düşünüyorum. Akım hattı üzerinde bir adet resettable Fuse var ama şematikte eklenmedi.  

HMSR30 sensörü ise röle çıkışı doğrudan banana jaklara bağlı. Bu hattın yüksek akıma dayanması için hem kablolar hem de konnektör bağlantıları kalın olmalı. Bu yüzden montaj esnasında 4x1mm kablo kullanıldı. Projede kullanılan  Banana konnektörlerin bu akıma uzun süre dayanıp dayanamayacağını bilmiyorum. Benim de test etme imkanım olacak.

LEM sensörlerin çalışma mantığı olarak şunu söyleyebilirim. VCC/2 oranında ref voltajı var. Bu voltaj Vref pininden çıkış olarak veriliyor. Her iki sensör de 800mV maksimum çıkışa sahip. 800mV çıkış tam skalada veriliyor. Yani Go-10 sensörü 10 amperde 800mV çıkış veriyor. Amper başına 80mV çıkş veriyor. HMSR30 sensörü ise 30A akımda 800mV çıkış veriyor. Amper başına 26.6mV çıkış veriyor. Sensör konusundaki son bilgi ise akım yönü ile ilgili. Akım eğer sensör şematiğinde ok ile belirtilen yönde ise çıkış voltajı Vref + çıkış voltajı, akım ters yönde ise Vref - çıkış voltajı şeklinde. Bu sayede sensör hem doğru akımda hem alternatif akımda kullanılabiliyor. 

Örnek1: HMSR30 ile 5 amper DC akım ölçersek. Vref ucunda 2.5V gerilim var. 




Örnek2: Go-10 için 5A AC akım hesaplamak istenirse:

Pozitif Alternansta 

Negatif Alternansta

Düzgün bir ölçüm yapmak için örnekleme sayımızı ve artırmamız gerekir. Saniyede 100 örnek alınırsa bulacağımız değer tamamen tesadüfi olacaktır. Saniyede 1000 ölçüm alınırsa ölçüm alırsak alternans başına 10 ölçüm almış  oluruz. Ama bu da tam bir ölçüm için bize fikir vermez.
Devre kartını yeni dizdiğim ve yazılım ile veri okuma kısmına geçmediğim için burada örnekleme konusuna girmeyi çok istemiyorum. Daha doğru ölçüm alabilmek için alternansın sıfır noktasını kestiği yerlerde çıkış verecek şekilde çıkış veren Zero Crossing Detector devresi sisteme eklendi. Bu sayede akım okurken sıfır geçişlerinden haberimiz olacak.

Şemanın yüksek çözünürlüklü pdf belgesi yukardaki linkte mevcut.

Yazılım geliştirme aşamasında saniyede 10.000 civarında örnekleme alınıp excel yada veritabanına kayıt yapılacaktır. Proje kodlarını geliştirdikçe github sayfam üzerinden paylaşmaya çalışacağım.

Pcbleri daha önceki projelerimde de olduğu gibi PCBWAY üretti. Pcblerin üretim kalitesi gerçekten çok iyi. Kaliteli üretim için PCBWAY'e teşekkür ederim. 


Thanks for supporting my projects. Pcb quality is excellent. 

Ayrıyeten bu projenin pcbleri PCBWAY üzerinden indirilebilir ve sipariş edilebilir. 

  
Proje AC şehir şebekesinden beslendiği için çalışma esnasında kapalı bir kutu içinde olması daha güvenilir olur. Bu yüzden projeyi Altınkaya Elektronik Cihaz Kutuları EC1624-11 üretim kodlu plastik pano içine yerleştirdim. 

Cihaz kutusunu bedelsiz olarak gönderip çalışmalarıma destek oldukları için Altınkaya Elektronik Cihaz Kutuları'na teşekkür ederim.



https://www.altinkaya.com.tr

Cihaz kutusu:

https://www.altinkaya.com.tr/IP-67-Plastik-Panolar/EC-1624-11.html

Projenin diğer güzel tarafı ise BNC  konnektörler sayesinde ölçüm işleminin osiloskoptan takip edilebilmesi oldu. Kart üzerindeki 5 adet BNC konnektör sayesinde Hem zero cross devresinin çıktısı hem de Vref ve I out çıktıları skop üzerinden takip edilebiliyor. 














 Gelişmeleri buradan paylaşmaya ve geliştirdikçe projeye ait kodları github sayfası üzerinden yayınlamaya çalışacağım.

Faydalı olması umuduyla.