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Die Arduino-Technologie ist eine vielseitige Plattform zur Erstellung elektronischer Projekte mit Mikrocontrollern. Es wird häufig für die Herstellung verschiedener industrieller Automatisierungsgeräte, für die Heimautomatisierung, für verschiedene Bildungsprojekte und zunehmend auch für die Messtechnik verwendet. Sie wird im Bereich der technischen Messung immer beliebter, insbesondere bei der elektrischen Messung.
Wofür kann der Arduino verwendet werden?
Eine der häufigsten Anwendungen des Arduino in der elektrischen Messtechnik ist die Überwachung und Steuerung von elektrischen Systemen. Der Arduino kann zum Messen von Spannung, Strom, Leistung und anderen elektrischen Parametern verwendet werden. Es können auch fortschrittliche Sicherheitssysteme eingebaut werden, die die Stromquelle automatisch abschalten, wenn bestimmte Parameter überschritten werden. Diese Technik kann auch zum Bau von elektrischen Messgeräten wie Multimetern und Oszilloskopen verwendet werden. Dank der Möglichkeit, verschiedene Sensoren und Messwandler anzuschließen, ist es möglich, präzise Messungen und Analysen elektrischer Daten durchzuführen. Arduino bietet eine einfache und intuitive Programmierumgebung. Er wird häufig zur Messung verschiedener Parameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Lichtintensität, Druck und auch elektrischer Parameter verwendet, z. B.:
- Spannungs- und Strommessgerät – mit Spannungs- und Stromsensoren, das die aktuellen Spannungs- und Stromwerte misst und auf einem LCD-Display anzeigt.
- Netzqualitätsanalysator – mit Messsensoren, die die Qualität der Elektrizität im Netz überwachen, wie z.B. Wirk- und Blindleistung, Spannung und Strom.
- Energieverbrauchsüberwachung – ein Energieüberwachungssystem für zu Hause oder im Büro, das den Energieverbrauch in Echtzeit verfolgt und Energieverbrauchsberichte erstellt.
- Automatischer Spannungsregler – mit Hilfe von Spannungssensoren wird eine Spannungsreglerschaltung realisiert, die die an elektrische Geräte gelieferte Spannung reguliert, um eine stabile Spannung zu gewährleisten.
- Überlastungsalarm – ein Alarmgerät, das die Belastung der elektrischen Anlage überwacht und im Falle einer Überlastung einen Alarm auslöst.
- Photovoltaikanlage – ein Überwachungs- und Kontrollsystem für die Photovoltaikanlage, das die Leistung der Solarmodule, die Energieproduktion und den Verbrauch überwacht.
Entwurf einer Vorrichtung zur Messung elektrischer Größen
Die obigen Beispiele und eine Reihe anderer Projekte, die die Arduino-Mikrocontroller-Technologie verwenden, und weitere werden vom Autor in zukünftigen Artikeln vorgestellt.
In diesem Artikel befasst sich der Autor mit einem Gerät, das elektrische Größen wie Spannung, Stromstärke, Frequenz, Leistung und Leistungsfaktor eines bestimmten Geräts aus dem Stromnetz misst. Es werden das Konzept des “Herzstücks” eines solchen Geräts, ein einfaches schematisches Diagramm und die für seine Herstellung erforderlichen Komponenten vorgestellt. Es ist vorgesehen, dass das Gerät die elektrischen Parameter sowohl des Stromnetzes als auch des damit betriebenen Geräts in Echtzeit überwacht und anzeigt. Es sollte die Möglichkeit bieten, die elektrischen Parameter einfacher elektrischer Haushaltsgeräte zusammen mit den Parametern des Stromnetzes, das diese Geräte versorgt, zu überprüfen.
Die folgenden Komponenten werden verwendet, um ein solches Gerät herzustellen:
- Arduino UNO Mikrocontroller,
- 4×20 alphanumerisches LCD-Display,
- Verbindungskabel,
- I2C-Konverter für LCD-Displays,
- Schaltnetzteil,
- einen multifunktionalen Sensor mit den Fähigkeiten des PZEM-004T Energiemessers zusammen mit einem geeigneten Stromwandler.
PZEM-004T Modul
In diesem Artikel wird der Autor die Anwendung des PZEM-004T Energiezählers vorstellen und charakterisieren. Das Modul PZEM-004T ist eine Komponente mit Funktionen zur Messung grundlegender elektrischer Größen wie z.B.:
- Spannungsmessung,
- Strommessung,
- Messung der Wirkleistung,
- Frequenzmessung,
- Messung des Leistungsfaktors,
- Messung der Wirkenergie, wodurch das Modul auch als Energiezähler verwendet werden kann, insbesondere wenn man berücksichtigt, dass der Zählerstand im Speicher des Geräts gespeichert wird, auch wenn die Stromquelle abgeschaltet ist.
Das PZEM-004T Modul ist einfach zu bedienen und zu installieren, was es zu einem beliebten Werkzeug für die Stromüberwachung in verschiedenen Arten von Anwendungen macht. Es kann in Energieüberwachungssystemen, intelligentem Energiemanagement, Hausautomatisierung und vielen anderen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine präzise Messung elektrischer Parameter unerlässlich ist. Dieses Modul ist für den Betrieb mit einem Stromwandler ausgelegt. Bei diesem Projekt wurde ein Stromwandler (mit festem Kern) mit einem Übersetzungsverhältnis von 1000/1 zusammen mit dem oben erwähnten Modul verwendet, wodurch der Messbereich auf 100A im Vergleich zur Basisversion des Moduls mit einem eingebauten Transformator, der Messungen von bis zu 10A ermöglicht, erhöht werden kann.
Die ausgewählten technischen Parameter des Moduls befinden sich auf den folgenden Ebenen:
- Der Strom von 100A und die Leistung von 23kW ist der theoretische Wert, den das PZEM-004T Modul mit dem unten vorgeschlagenen Stromwandler ablesen kann.
- Die gemessene Spannung ist im Falle des zu entwickelnden Geräts auch die Versorgungsspannung. Optimal ist es also, wenn sie so nah wie möglich an der Nennspannung des verwendeten Netzteils liegt, d.h. 200-240 V.
Funktionsschema des Geräts
Das gesamte System muss noch programmiert werden (der Autor des Artikels stellt den Programmcode hier nicht vor). Das Gerät sammelt analoge Eingangsdaten über das PZEM-004T-Modul, die an das Arduino Uno-Board weitergeleitet und dann auf dem LCD angezeigt werden. Der Programmcode sollte in seiner Struktur Informationen über die Bibliotheken enthalten, die mit einer Reihe von Funktionen geladen wurden, die den Umgang mit zusätzlichen Schaltkreisen ermöglichen, d.h. Bibliotheken, die für den Umgang mit dem Messmodul, dem Displaykonverter und dem LCD selbst verantwortlich sind.
Nach Ansicht des Autors ist die Arduino-Technologie aufgrund ihrer Vielseitigkeit, der einfachen Integration mit verschiedenen Messgeräten und des niedrigen Preises ein hervorragendes Werkzeug für elektrische Messungen. Mit dem Arduino ist es möglich, innovative Systeme zur Überwachung und Steuerung elektrischer Daten zu bauen, die die tägliche Arbeit von Elektroingenieuren und Technikern erheblich erleichtern können.
