Опрос


Что для Вас Умный Дом?


Результаты

Подключение аналоговых датчиков с выходом типа "ток" к модулям MegaD (инструкция)

14/02/2017 15:33:13

Внимание! Данная инструкция по подключению датчиков с выходным сигналом 4-20мА к АЦП разъемам модулей "MegaD" рассчитана на подготовленных пользователей.
Пожалуйста, будьте внимательны при подключении датчиков подобного типа, так как неправильное подключение может вывести из строя порт контроллера.

В промышленной электронике и системах сигнализации часто применяются аналоговые датчики с выходным сигналом типа "ток" (например, 4-20мА). В частности, датчики давления. От пользователей модулей "MegaD" часто приходят вопросы, можно ли подключить такие датчики к контроллеру и как это сделать.
Модуль "MegaD" напрямую измерять ток не может, но может измерять напряжение от 0 до напряжения питания микроконтроллера, равного +3,3 Вольта. Значит, нужно преобразовать ток датчика в напряжение. Как это сделать? Да очень просто!
Наверное, многие  помнят из школьного курса физики, что есть такой закон – Ома.  Это основа всей электротехники и электроники. Он гласит: "Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи" и записывается следующей формулой:

I = U/R

где I – ток в Амперах,    
U – напряжение в Вольтах,
R – сопротивление в Омах.

Датчик с выходным сигналом типа "ток" (4-20мА) представляет собой некое устройство, включаемое в цепь, состоящую из источника постоянного напряжения, собственно датчика и сопротивления нагрузки. При изменении измеряемого параметра на датчик его внутреннее сопротивление изменяется, что вызывает изменение тока, проходящего через сопротивление нагрузки и, соответственно, изменение падения напряжения на нём, равное:
 

U= I*R

Это напряжение мы и будем измерять.
Для примера возьмём датчик давления APZ2410. Его напряжение питания от +12 до +36 Вольт, сопротивление нагрузки не более 1000 Ом и выходной сигнал – ток от 4 до 20 мА. Подключение двухпроводное, его схема – на чертеже:

Измерять будем падение напряжения на резисторе R1, подключив его к одному из аналого-цифровых преобразователей "MegaD". Наиболее удобно это сделать, подключив потенциальный вывод резистора к пину 1, а земляной – к пину 3 штыревого разъёма ХР3 или ХР4 на модуле "MegaD-328", либо ХР5 или ХР6 на модуле "MegaD-2561". Резистор нужно располагать как можно ближе к модулю "MegaD" и соединять его с датчиком экранированным кабелем. +12 В проще всего взять от блока, питающего  модуль.

Теперь рассчитаем ориентировочное сопротивление резистора R1. Максимальный выходной сигнал датчика при максимальном воздействии измеряемого параметра равен 20 мА. Максимальное напряжение, измеряемое АЦП, 3,3 В.


R=U/I=3,3 В / 0,02 А = 165 Ом.
 

Почему это ориентировочное сопротивление? Хотя бы потому, что теория – теорией, а практика может вносить какие-то свои коррективы. Напряжение питания микроконтроллера может несколько отличаться у разных экземпляров модуля, это изменит верхний предел измерения. Также, не всегда необходимо использовать весь диапазон измерения датчика. Пусть датчик может измерять давление до 4 бар, а вам известно, что давления свыше 3 бар у вас не будет. Если взять сопротивление, рассчитанное по максимальному току датчика при максимальном давлении, то диапазон преобразования АЦП будет использован только на ¾, а это снижает точность. Поэтому, если это возможно, нужно подать на датчик максимальное реальное давление и подобрать резистор R1 так, чтобы АЦП выдавал максимально возможный или удобный для дальнейшей обработки результат преобразования. Проще всего использовать при этом переменный или подстроечный резистор. Конечно, так делать не обязательно.
    Входы АЦП достаточно высокоомны, и помехи, наводимые на соединительный кабель, могут вызывать нестабильность показаний АЦП. Для минимизации этого служат конденсаторы С1 и С2, которые должны подключаться непосредственно или максимально близко к резистору. Возможно, они и не понадобятся, это всё зависит от конкретных условий на месте. А, возможно, их будет недостаточно для стабильных показаний АЦП. Тогда придётся применить программное усреднение нескольких последовательных результатов измерения.
    На основе вышеуказанных принципов нетрудно разработать схему подключения к АЦП "MegaD" и рассчитать её параметры и для других типов аналоговых датчиков и устройств, которые в силу своих параметров (например, напряжение на выходе более 3,3В, не могут быть подключены к контроллеру напрямую без дополнительной обвязки).

Не исключено, что для подключения подобного рода датчиков в будущем будет специально изготовлена плата согласования.

 

 

Автор: Andrey_B
Любое использование материалов сайта возможно только с разрешения автора и с обязательным указанием источника.



Добавить комментарий:



Сортировка комментариев: Последние сверху | Первые сверху

2017-04-19 16:18:39 | Ruslan
А планируется ли изготовить (и предложить "страждущим") датчик тока, чтобы любой "чайник" мог безопасно подключать его к MegaD? Уж очень в "умном доме" важно знать, работает ли фактически телевизор, кондиционер, стиральная машина и т.п. (хоть они и питаются от переменного тока)...


2017-04-20 13:28:07 | Алексей
Руслан, собственно, вам нужен U-sensor и датчик тока 5000:1 с длинными выводами.
Одно заказывается на этом сайте, другое в "аисте57" г. Орёл.
И всё. Будет срабатывать на нагрузке большей 250 ватт.


2017-04-20 14:42:48 | Ruslan
Алексей, спасибо за ответ. Только на сайте упомянутого Вами предприятия не нашел датчик тока 5000:1. Может быть там он обозначен как "ТП03С-200А-00-3/0(ок)" (Датчик тока на печ. плату с логическим выходом, открытый сток, ток уставки 0.3-200а, развязка 10 кВ)? Правильно ли я понимаю, что любая из жил провода, ведущих к нагрузке, помещается в отверстие датчика, сам датчик тока подключается к U-sensor, а U-sensor ко входу Меги?


2017-04-20 22:37:23 | Алексей
Не надо там на каталог смотреть. Они мотают на заказ что угодно и в каком угодно виде. А так да, примерно так и подключается. Измерить ток не получится, но детектировать вклчение/выключение техники - вполне, обычно этого достаточно.


2017-04-24 22:46:11 | Владимир
Посмотрите ACS712 развязка до 2кВ.


2017-04-25 08:48:18 | Ruslan
Владимир, спасибо за предложение. Интересный вариант.