Tutorial para hacer un medidor de potencia casero con arduino

Qué pasa electrónicos bienvenidos, hoy construiremos un medidor de potencia utilizando el arduino, ya hemos visto cómo hacer un medidor de capacitancia en un tutorial anterior y también el medidor de inductancia.

Materiales

– Arduino nano

– Resistencia de 0.01 ohmios

– Amplificador operacional LM324

– Modulo Cargador de batería usb

– PCB Perforada.

– Batería Lipo de 37 voltios.

Quiero que muestre en la pantalla el valor del voltaje, la corriente y la potencia al mismo tiempo igual que un medidor de potencia comercial, esta sería una herramienta muy útil mientras trabajo en mis proyectos ya que podría medir la potencia que un componente requiere en todo momento, entonces juntemos todo los componentes y vamos a hacer este medidor de potencia.

Muy bien compré este medidor de potencia en ebay y como puedes ver una vez conectado a un usb y luego a un dispositivo, muestra la potencia que recibe ese dispositivo, pero construyamos nuestro medidor de potencia casero.

Entonces para nuestro proyecto lo primero que hay que hacer es medir la corriente, usaré el arduino nano para este proyecto, pero no puede medir directamente corriente, solo puede medir voltaje con el adc, sin embargo, sabemos que la corriente es la tensión dividida por la resistencia.

Así que para eso imaginemos la siguiente configuración, esta sería nuestra carga sobre la cual queremos medir la corriente, digamos que es una bombilla en serie con esta carga, añadimos una resistencia cuyo valor conocemos, ese es un paso muy importante en este tutorial, realmente tenemos que saber el valor de esta resistencia.

Si medimos la caída de voltaje en esta resistencia podemos medir fácilmente la corriente, como sabemos el valor de la resistencia, si dividimos el voltaje medido por esa resistencia obtenemos la corriente.

Es la ley básica de ohm solo que una cosa, esta resistencia tiene que ser de un valor muy bajo, de lo contrario crearía una caída de voltaje lo suficientemente grande como para afectar el voltaje de la carga y no queremos eso.

Por ejemplo, si quieres aplicar 5 voltios en esta carga y hay una caída de voltaje de 2 voltios en la resistencia, sólo aplicaría 3 voltios en la carga y obviamente no quieres que eso pase porque necesitamos el valor real del voltaje, para eso usaré una resistencia de 0.01 ohmios como esta, elige una que pueda soportar más de 10 o 15 vatios de potencia para estar seguro.

Muy bien pero ahora nos enfrentamos a un problema diferente. Con una resistencia tan baja la caída de voltaje en esta resistencia será muy muy baja también y el arduino no podría medirla, entonces para eso amplificamos la caída de voltaje con un amplificador operacional y controlaremos su ganancia al conocer los valores de las resistencias de amplificación, por lo que más adelante en el código podemos calcular fácilmente el valor exacto de la corriente.

Usaré el amplificador operacional LM324, como tiene cuatro amplificadores integrados usaré dos de ellos en serie, cada uno con una ganancia de 11.

Usaré una configuración no inversora con resistencias de 10 k y 1 k para la ganancia, usando la fórmula de salida de esta configuración, nos daría una ganancia de 11 para la primera etapa y una ganancia total de 121 para las dos miré antes los valores exactos de las resistencias para una mejora precisión en la ganancia.

Más adelante en el código la salida del opamp se conecta la entrada analógica A0 del arduino y con eso ya podemos medir la corriente, pero también tenemos que medir el voltaje.

Como quiero que esto funcione hasta 15 voltios, usaré un divisor de voltaje que podría reducir ese valor a menos de 3,7 voltios para poder conectarlo al arduino en la entrada analógica A1.

Si quieres un rango de voltaje más alto que 15 voltios asegúrate de cambiar el valor del divisor de voltaje, muy bien usare esta pantalla oled con I2C para imprimir los valores de potencia corriente y voltaje.

Para alimentar el circuito usaré una batería lipo de 3,7 voltios y un módulo cargador de batería con usb, también necesitamos este interruptor deslizante para encender y apagar la placa, algunos conectores de PCB y una PCB perforada este es el esquema del proyecto.

Cojo todos los componentes para el proyecto y empiezo a soldar, primero decido donde colocar cada componente, he usado un tipo de cable fino para las conexiones. Una vez que todos componentes están soldados, la placa está lista, vamos a programarla.

Código

Primero que nada, importamos las librerías:

El módulo de la pantalla LCD es I2C, por lo que debemos proporcionarle una librería especial para su correcto funcionamiento. Descarga la librería de cristal líquido I2C en el siguiente link.

También necesitaremos el Adafruit GFX y el Adafruit SSD.

Una vez descargada la librería, abre el IDE del arduino, vamos a Sketch>Include Library>Add .ZIP Library. Selecciona los archivos zip descargados para instalarlos.

Descarga el código y pégalo en el IDE arduino.

Ahora lee todos los comentarios en el código para entender más, pero la idea general va asi: medimos primero la caída de voltaje y la dividimos por la ganancia del amplificador operacional, ahora esta es la caída de voltaje real en la resistencia, lo dividimos por la resistencia, que en este caso es de 0.01 ohmios y obtenemos la corriente.

Al mismo tiempo otra entrada analógica está conectada a este divisor de voltaje, medimos la caída de voltaje y la multiplicamos por el valor del divisor, para obtener el voltaje real imprimimos el valor de potencia en la pantalla y es hora de probar el código. Sube el código al arduino, desliza el interruptor y se enciende la pantalla para imprimir la corriente, el voltaje y la potencia.

Ahora conecto una carga de 15 ohmios en la placa, conecto la entrada a mi fuente de alimentación y aplico una entrada de 10 voltios y hasta aquí lo tenemos, tengo los valores de corriente y potencia en mi medidor de potencia y los valores son bastante buenos, pero eso ha sido después de calibrar el código.

Verás, todos los valores que hemos utilizado: las resistencias, las ganancias de amplificador y la entrada analógica pues no son perfectas, lo que tienes que hacer es cargar el código y si los valores no son los mismos que en tu fuente de alimentación o en tu multímetro vuelve al código y lee estos comentarios.

Cambia los valores de acuerdo con tus resistencias, tus ganancias y el valor de la resistencia, por ejemplo, puse la alimentación a 5 voltios con una carga de alrededor de 15 ohmios, hay un paso de corriente de 0,31 miliamperios y eso crea una caída de voltaje en la resistencia de 0.31 x 0.01 igual a 3.1 milivoltios.

Lo mido con el multímetro y es así, hay una caída de 3.1 milivoltios, pero con una ganancia de 121 la salida de los amplificadores debería estar alrededor de 0.37 voltios vamos a comprobar eso y son 0.42 porque la ganancia no es perfecta.

Así que ahora entra en el código, sigue los pasos y ajusta la ganancia, entonces como un resumen rápido esto es lo que hacemos, primero mido la caída de voltaje en la resistencia pequeña y en la entrada principal amplificamos el voltaje de la dicha resistencia con 1 pump dos veces y luego lo conectamos al arduino.

Calculamos la corriente dividiendo el voltaje por 0.01 ohmios y multiplicando la corriente por el voltaje de entrada principal, para obtener la potencia.

Imprimo en la pantalla tres valores: potencia voltaje y corriente y nuestro proyecto está acabado, el código final también imprime los mil vatios hora y el tiempo transcurrido desde la placa estuvo encendida si no quieres usar una resistencia enorme como esta que he usado yo podrías hacer una tú mismo, pero probablemente no será tan precisa.

Por ejemplo, he usado un alambre de cobre grueso como esta he hecho algún tipo de bobina pequeña con él

Ahora la conecta a mi fuente de alimentación y aplico 0.5 voltios en mi caso con 0.48 voltios tengo 4 amperios de corriente que pasan por el cable y eso me daría una resistencia de 0.12 ohmios que funcionaría bastante bien con valores bajos de corriente.

Básicamente podrías hacer tu propia resistencia casera pero probablemente no tendrás que dar una forma de bobina ya que eso afectaría el circuito, la resistencia que hemos medido no es precisa pero una vez más una vez que el código de la placa están lista puedes comprobar utilizando otro medidor y ajustar el código para obtener los mismos valores.

Utiliza cualquier cargador de usb para cargar la batería y ten cuidado la entrada de la placa tiene polaridad la carga va en el medio positiva en un lado y la tierra en el otro lado de lo contrario la placa no va a funcionar.

Muy bien electrónicos ya tengo mi medidor de potencia, espero que te guste y que hayas aprendas algo nuevo. Ahora ya estamos más cerca para poder construir un multímetro con el arduino porque hemos visto tres medidores. Un medidor de frecuencia sería bastante fácil así que probablemente lo incluiremos en  esta serie de tutoriales, espero que hayas disfrutado de este post, gracias de nuevo y hasta luego.

 

 

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