E-metr. Вариант глубокой доработки ваттметра Turnigy Watt Meter 130A

[yurgen]

[user]KolobOkUS[/user], все это безусловно хорошо , но куда делось паказатели в Вт*Ч ,
этот показатель важнее и информативнее А*Ч .
Согласитесь, А*Ч в начале разряда батареи и в конце разряда , особенно в липолях - это не одно и тоже.
А Вт*Ч - это обьективный показатель, не зависящий от напряжения батареи.
Может вы просто не озвучили его?
или я не увидел?

[KolobOkUS]

куда делось паказатели в Вт*Ч ,
этот показатель важнее и информативнее А*Ч .

Этот параметр отсутствует в этой версии программы. Я не планировал его использовать, поскольку привык к А/ч.
Но согласен, что параметр Вт/ч точнее отражает оставшийся запас энергии батареи. Наверное, его можно было бы ввести в дополнительный экран, наряду со скоростью, тем более, что в отличии от последней, сделать это можно чисто программно. После того, как я завершу отладку действующей версии в реальном ваттметре, можно будет подумать о модификации программы. Предлагаю совместно продумать компоновку экранов параметрами в модифицированной версии программы. Ведь важным является не только наличие того или иного параметра, но и удобство его представления.  Я для себя подготовил вот такой бланк, на распечатке которого "разрисовываю" возможные рабочие и служебные экраны.

[Mainframe]

Приветствую!
Проект E-metr ещё живой?
Интересует прошитая плата и схема подключения. Дисплей есть, как раз на WS0010.

[KolobOkUS]

Всем привет!
Затихарился я тут, однако   
А проект практически закончен. Все вопросы решены, и в течении нескольких дней все будет установлено в корпус.
Задержка была вызвана отвлечением от темы...

И так, в течении нескольких дней я размещу всю оставшуюся не доведенной информацию по этому проекту, в максимально полном виде.
Сразу оговорюсь, получившееся устройство показалось несколько сложнее ожидаемого.
Ну так, так часто бывает:  хотел доработать схему, а остался от устройства только старый корпус + новая начинка:-)

Начну со схемы аналоговых интерфейсов. Они связывают плату микроконтроллера (Pro Mini atmega328 5V) с батареей и датчиком температуры.
Все питание и опорное напряжение АЦП сделал 5В. (В первом варианте использовал Uref=3В).



В схеме использовал то, что нашлось у меня: низковольтные Rail-to-Rail ОУ.
Притом, с нулевым дрейфом только один (AD8551AR), там, где он особенно нужен из-за малых входных сигналов.
Шунт родной, на частично оставленной платке ваттметра Turnigy Watt Meter 130A.
C4 - состоит из двух, включенных параллельно, по 0,1мкФ. Все компоненты SMD. Размер 0805. Платка сделана методом ЛУТ.
Датчик температуры LM35 в корпусе to-92 находится в моторе.
Выходные напряжения по каналам "U", "I", "T" находятся в диапазоне 0...5В.

[JT]

Проэкт открытый?
Печатка и прошивка доступна будет?

[KolobOkUS]

Проэкт открытый?
Печатка и прошивка доступна будет?

Проект открытый. Смотрите тему с начала. Все необходимое для повторения и развития  - выкладываю.

[Mainframe]

Родной шунт ваттметра Turnigy действительно 0.5 миллиом?
Тогда вместо потрошения ваттметра от турниги можно поставить шунт 75ШСМ 150А с теми же 0.5 мОм. Может, кому-то так проще будет, чем китайский ваттметр искать и потрошить.
Или импортный (тот же китайский) шунт на то же сопротивление найти, а то у 75ШСМ габариты не слабые.

[KolobOkUS]

Можно многое...    Но эта тема создавалась, прежде всего, для тех, у кого есть исправный или сгоревший Турнига 130А, и кто не доволен его работой.
В моем варианте шунт 0,5 мОм, проверял микроомметром.

[KolobOkUS]

Выкладываю архив усилителя шунта и прочей аналоговой части. В архиве схема в .gif,  .jpg и sPlan 7.0, плата в Sprint Layout 6.0(не забудьте зеркально перевернуть для печати под ЛУТ), симуляция усилителя в Протеусе.


Сама схема:

[KolobOkUS]

Изготовление платы усилителя.

Так как эта плата должна быть размещена между платой ваттметра и дисплеем, то становятся весьма критичными ее размеры. Однако популярный метод ЛУТ и применение smd компонентов делает вопрос решаемым. Очень помогла специальная бумага для ЛУТа, продаваемая на Ebay (eBay item number:  371307118314).
Результаты весьма порадовали.

Размер платы 32х26мм (без рамки). Рамка необходима для лучшей фиксации бумаги на текстолите при ее "припаривании" утюгом. Потом эта рамка обрезается для экономии места.



К сожалению, я напутал с переворотом рисунка и получил перевернутую печать. С горя решил переделать платку, но оказалось, что вывернуть контакты микросхем в обратную сторону совсем не сложно 
Так что, не повторите мою ошибку.
Да, если кому нужны платки усилителя (с перевернутой печатью) у меня остались 2 штуки.

Использованные в схеме ОУ позволяют работать по входу и выходу во всем диапазоне от 0В до Ucc.
Кому интересно:

Спойлер

Есть десяток ОУ MCP6002. По поводу приобретения обращайтесь в личку. Сразу оговорюсь, бизнес на этом я делать не собираюсь. Продам по цене приобретения + расходы на доставку. Есть несколько листов желтой бумаги для ЛУТ. А вот с подбором smd бесплатно возится не буду 

Выбираем плату микроконтроллера.

На Ebay и AliExspress представлены разные версии плат Pro Mini atmega328.
Ту, что я указал вначале темы - я не стал использовать ввиду отсутствия у ней выводов аналоговой земли AGND и аналогового питания AVCC.
Возможно, результат получился бы хороший, но я решил сразу использовать немного более дорогой вариант, имеющий эти выводы.
Размеры те же.
Вот эти варианты на Ebay:
Pro Mini ATmega328 5V 16M
версии с выведенными контактами AVCC и AGND
(AREF подключается подпайкой к конденсатору у ножки МК pin20)
eBay item number: 
222657116030
111902959949
Их я и рекомендую.
Самое главное, чтобы на плате был кварц низкого профиля, а сама плата была рассчитана на 5В питание и 16Мгц.


Выбираем способ питания.

В начале разработки этого проекта я надеялся обойтись встроенным стабилизатором напряжения и использовать внешний источник опорного напряжения 3В.
Но, жизнь внесла свои коррективы. Простейший расчет показывает, что при питании до 90 В и использовании OLED индикатора (ради него я и ввязался в этот проект) рассеиваемая стабилизатором мощность составит более 4 Вт. А еще я хотел иметь звуковую индикацию, что увеличивает ее до 17 Вт. Сами понимаете, вариант один: DC/DC.
Но возникли проблемы с его стабильностью и шумами.
Решил использовать в качестве второго стабилизатора родной (линейный), находящийся на плате ваттметра.
Но! Только после его модификации, существенно повышающей его параметры.
Да и в этом случае, пришлось ограничится вариантом DC/DC с Uвх до 60 В.
Так что тем, кто нуждается в ваттметре на большее напряжение аккумулятора придется решать вопрос питания самостоятельно.
В реализованном мной варианте DC/DC снижает напряжение до 7В, а его уже стабилизирует родной стабилизатор на величине 5В.
Схема стабилизатора с изменениями:



Добавил один конденсатор в базе Q4 и поменял номиналы (смотри исходную схему)
Цель - улучшить стабилизацию и работу с пульсациями входного напряжения. Оригинальная схема была рассчитана на высокое напряжение в ущерб качеству. Теперь, когда входное напряжение равно 7 Вольт и вряд-ли будет больше 12 В (в случае применения другого DC/DC), есть возможность полностью реализовать потенциал схемы.
Коэффициент усиления h21э  транзисторов Q2 и Q4 должен быть более 200. В качестве С8 я использовал танталовый конденсатор с современных электронных плат.
Эта схема показала очень хорошие параметры стабилизации и напряжение выхода практически не зависит от температуры регулирующего элемента, чего не скажешь о трех выводных стабилизаторах, типа 78L05.

DC/DC  в доступном исполнении можно собрать на микросхеме LM2574HV. Она допускает питающее напряжение до 60В. Ток 0,5А.

Вариант с регулировкой:

Если кому нужны такие микросхемы - пишите в личку.
Еще вариант поставить готовый модуль DC-DC  на микросхеме LM2596HVS.
В любом случае, платка DC/DC заливается эпоксидкой и ее можно привинтить с обратной стороны ваттметра или еще где.



Если преобразователь будет использоваться на выходной ток более 1А, желательно предусмотреть выход радиатора за пределы заливки эпоксидкой.

[KolobOkUS]

Сборка ваттметра.

Компоненты подготовлены, осталось собрать все это в один корпус.
Для начала рассоединяем платы дисплея и измерения родного Turnigy Watt Meter 130A и на плате измерения устанавливаем вместо перемычек, соединявших платы гнездо на плату однорядное DS1023 с высотой корпуса 5мм. Соответственно, в плату дисплея впаиваем вилку на плату однорядную DS1021, чтобы в дальнейшем не доставлял  проблем остальной монтаж и было достаточно жесткое крепление дисплея:


Теперь делаем разметку родной платы под врезку уже прошитой платки Pro Mini ATmega328 5V 16M:


Кстати, совсем забыл. Я уже говорил, что отказался от варианта внешнего опорного источника на 3 В.
Вот вам новая версия прошивки, исходника и симуляции в Протеусе  для использования в качестве Vref   напряжения питания аналоговой части микроконтроллера AVCC=5V.
Архив

Платку нового микроконтроллера вклеиваем в вырез поксиполом:



Делаем необходимые соединения:

Кнопку сброса на платке Pro Mini atmega328 я удалил за ненадобностью и из-за ее размеров.
Не забываем доработать линейный стабилизатор напряжения на родной плате, как я писал выше.

Размещаем плату усилителя (я ее лучше так и буду называть, короче))) над платкой микроконтроллера Pro Mini ATmega328 5V 16M:

и делаем необходимые соединения:

Ключевой транзистор (2N7000) звукового капсюля я разместил рядом с разъемом, который использую для подключения температурного датчика мотора.
Второй транзистор в корпусе to92- это Q2 по схеме стабилизатора. На момент сборки я не нашел более подходящий FZT749 и использовал S8550 ( могу тот или иной его выслать, кому нужно).

Готовим корпус:
В корпус снаружи вклеиваем звуковой капсюль на 40 Ом. Можно использовать со встроенным генератором, звучать будет пронзительнее (наверное, за счет обертонов двойной модуляции).  Изнутри вклеиваем тактовую кнопку (я сделал это термоклеем). Если необходим кронштейн - закрепляем его с помощью винтов М2,5 - М2 с потай-головкой изнутри.


Крепим DC/DC преобразователь:

Провода от DC/DC пропускаем с обратной стороны в корпус ваттметра (не наступайте на мои грабли: эти провода лучше выбрать в 1,5 раза тоньше, чем у меня)

Еще остается свободное место в корпусе и я устанавливаю между DC/DC и линейным стабилизатором цепочку защиты (супрессор на 9В и предохранитель на 0,5А)
На фото слева вверху:


Наконец, ставим дисплей и включаем:


РАБОТАЕТ!!!   

После полной сборки (надо же, и крышка встала  )

остается только откалибровать  ваттметр:

Источник питания в режиме параллельной работы двух каналов (токи суммируются)

Схема соединений отдельных частей в единое целое  - ваттметр E-metr:


Пояснения к схеме:
DC/DC преобразователь выбирается исходя их поставленных задач и имеющихся возможностей 
Дроссель (капелька) L1 и керамический конденсатор С1 устанавливаются дополнительно в DC/DC для снижения пульсаций. Я использую в своей версии дополнительный выход (синий и белый провода на фото) для питания фары. Соответственно, этот выход подключен до LC-фильтра.
Защитная цепочка F1, VD1 бережет столь дорогое сердцу изделие от напастей, связанных с выходом из строя DC/DC. Напряжение с 7В повысил до 9В для повышения громкости пищалки. Собственно, линейный стабилизатор выдержит и нагрев при его питании от 12В (выход DC/DC).
С2, L3, C4, C5 - образуют фильтр  от сильных пульсаций по  питанию  OLED дисплея (его преобразователь подкидывает в схему измерения массу шумов). При этом L3,C4,C5 устанавливаются на плате OLED дисплея, рядом с припаянным разъемом. L3 впаивается в разрыв печатного проводника.



Лепестки крепления дисплея на плате необходимо загнуть, чтобы не мешали:




L2C3 фильтрует питание для аналоговой части микроконтроллера. Порт PC5 (кнопка SB1) имеет внутреннюю подтяжку к питанию.  Резисторы R3-R6 защищают порты от переходных явлений. Последовательно включенные R3,R4 гасят излишнюю мощность.
Транзистор VT1 расположен с обратной стороны платы стабилизатора, рядом с его регулирующим транзистором.  Звуковой капсюль типа HCM1206A или  подобный.

Калибровка ваттметра выполняется согласно .

Вот, как бы и все...   

[KolobOkUS]

Небольшое дополнение: опыт эксплуатации собранного E-metr показал необходимость шунтирования звукового капсюля конденсатором 0,22мкФ (или можно зашунтировать транзистор VT1, результат тот же) или резистором 270 Ом для уменьшения высоковольтных всплесков напряжения на VT1, достигающих 200-300В. Они могут вывести из строя VT1 (что и случилось у меня).
Я зашунтировал капсюль конденсатором 0,22мкФ, снизив амплитуду всплесков до 20В, и поменял VT1 на биполярный FZT855, сохранив элементы обвязки.
Изменения отражу в схеме соединений.
Нашел еще один тип эффективно работающего звукового капсюля (не все громко пищат):
KC-1206, сопротивление обмотки 40 Ом.

[Grygoryi.fazzza]

Здравствуйте!
Более месяца назад я разработал приборчик: образцовый однофазный счетчик электроэнергии, и тоже назвал его E-metr. Только сейчас натолкнулся на ваш e-metr! Мой прибор тоже измеряет энергию и другие сопутствующие параметры, но его основное назначение - поверка приборов учета электроэнергии.

[KolobOkUS]

... но его основное назначение - поверка приборов учета электроэнергии.

Если назначением вашего прибора является поверка других приборов, то он должен быть включен в Госреестр Средств Измерений и получить сертификат. Иначе, какая может быть поверка?