एमके का उपयोग करके प्रभावी वोल्टेज मान को मापने के लिए विधि

इस पोस्ट में हम 8-बिट PIC18 माइक्रोकंट्रोलर पर प्रभावी वोल्टेज और नेटवर्क की आवृत्ति को मापने के विकल्पों में से एक के बारे में बात करेंगे। यदि वांछित है, तो आप अपने सभी पसंदीदा ARDUINOs तक (यदि वे टाइमर के कार्यान्वयन का समर्थन करते हैं, 5-10 kHz की आवृत्ति के साथ) किसी अन्य एमके को विधि स्थानांतरित कर सकते हैं।
इसके अलावा, यह विधि आपको बाहरी अतिरिक्त साधनों, जैसे कि तुलनित्र के उपयोग के बिना मुख्य वोल्टेज की आवृत्ति को मापने की अनुमति देती है। लेकिन, एक ही समय में, किसी को अस्थायी एमके संसाधनों या आवृत्ति माप की सटीकता का बलिदान करना पड़ता है।
प्रभावी मूल्य को मापना महत्वपूर्ण क्यों है, और कोई अन्य नहीं, उदाहरण के लिए, औसत सीधा? अधिकांश "चीनी" इलेक्ट्रॉनिक वाल्टमीटर औसत सुधारा मूल्य द्वारा लाइन वोल्टेज को मापते हैं। माप प्रक्रिया निम्नानुसार है: साधन वोल्टेज की अवधि के दौरान, एक चयन एन आयाम के आयाम से बना है, परिणाम संक्षेपित (अहस्ताक्षरित), एन (औसत) से विभाजित है, जिसके बाद परिणाम एक गुणांक से गुणा किया जाता है।

निर्दिष्ट गुणांक sinusoidal (!) सिग्नल के प्रभावी मूल्य की निर्भरता को निर्धारित औसत से निर्धारित करता है।
यह माप तकनीक सरल है, इसमें माइक्रोकंट्रोलर (अस्थायी और मेमोरी दोनों संसाधन) के कई संसाधनों की आवश्यकता नहीं होती है। ऐसी माप तकनीक का मुख्य नुकसान गैर-साइनसॉइडल संकेतों पर एक बड़ी माप त्रुटि है।
जैसा कि सभी जानते हैं, 50 हर्ट्ज (60 हर्ट्ज) के सिग्नल परिवर्तन आवृत्ति के साथ, साधन वोल्टेज के संकेत में परिवर्तन एक साइनसोइडल कानून (बिजली संयंत्रों में तुल्यकालिक जनरेटर के उपयोग के कारण) का पालन करता है। हालांकि, व्यवहार में, बाहरी कारकों (मुख्य रूप से उच्च-शक्ति वाले गैर-रैखिक भार को नेटवर्क से जोड़ने) के प्रभाव के कारण, साथ ही एक अर्ध-साइनसॉइडल आउटपुट वोल्टेज (आंकड़ा देखें) के साथ इनवर्टर का उपयोग, वोल्टेज साइन लहर या तो काफी विकृत या आयताकार दालों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। ऐसे मामलों में, उपरोक्त माप विधि एक बहुत बड़ी त्रुटि देगा (उदाहरण के लिए, "चीनी" वाल्टमीटर द्वारा मापा गया आउटपुट वोल्टेज अर्ध-साइनसॉइडल इनवर्टर में 180-200 वी हो सकता है, जबकि प्रभावी वोल्टेज 220 वी होगा)।


उदाहरण के लिए, मेरे घर में तनाव

वोल्टेज (वर्तमान) के वास्तविक मूल्य को मापना क्यों महत्वपूर्ण है? क्योंकि यह वर्तमान (प्रभावी भी कहा जाता है) वोल्टेज और वर्तमान मूल्य जो विद्युत प्रणाली के संचालन को निर्धारित करते हैं (मोटे तौर पर बोलते हुए, एक विद्युत हीटर वोल्टेज और नेटवर्क के वर्तमान मूल्यों के प्रत्यक्ष अनुपात में गर्मी उत्पन्न करता है)।
मापा आवधिक मूल्य के प्रभावी मूल्य की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

या नमूना लेने के बाद हम प्राप्त करते हैं

यानी हमें साधन वोल्टेज की अवधि के लिए कई मानों का चयन करने की आवश्यकता है, नमूने के बिंदुओं के वर्गों के योगों का योग करें, अवधि के लिए अंकों की संख्या से विभाजित करें (जब नमूने के बिंदुओं की संख्या का निर्धारण करते हैं, तो Kotelnikov-Shannon प्रमेय को न भूलें), और परिणाम का वर्गमूल लें।
ऐसा लगता है कि कुछ भी जटिल नहीं है, लेकिन इसके लिए नहीं:
1) प्रत्येक अवधि में, नमूना बिंदु भर्ती किए जाते हैं, जो माप त्रुटि को बढ़ाता है;
2) एक वास्तविक नेटवर्क में, शून्य वोल्टेज के पास, दोनों "शून्य अलमारियों" और शून्य वोल्टेज के माध्यम से दोहराया संक्रमण हो सकता है, जो माप में एक त्रुटि को महत्वपूर्ण रूप से पेश करेगा।
हम प्रत्येक आधे अवधि के लिए नमूना बिंदुओं के वर्गों के योग को मापकर पहले बिंदु के साथ संघर्ष करेंगे, जिसके बाद हम (n + 1) वें के साथ वर्गों के nth योग को जोड़ते हैं और (n-1) वें को पुन: व्यवस्थित करते हैं।
हम वोल्टेज असंवेदनशीलता क्षेत्रों को पेश करके दूसरे आइटम के साथ संघर्ष करेंगे (हम सकारात्मक और नकारात्मक पक्षों पर शून्य-वोल्टेज वोल्टेज सीमा का परिचय देंगे), आमतौर पर दोनों दिशाओं में 5-10 वी, और आवृत्ति असंवेदनशीलता क्षेत्र (हम वोल्टेज सिग्नल की स्वीकार्य आवृत्ति को सीमित करेंगे)।

इस प्रकार, हम मेन वोल्टेज के प्रत्येक अर्ध-अवधि में अवधि के लिए मुख्य वोल्टेज के प्रभावी मूल्य की गणना मूल्य प्राप्त करते हैं।

वोल्टेज की आवृत्ति सूत्र द्वारा गणना की जाती है:

जहां Fd नमूनाकरण आवृत्ति है (सुविधा के लिए और आवृत्ति को मापने की सटीकता बढ़ाने के लिए, इसे 10 kHz (नमूना अवधि - 100 μs) के बराबर चुना गया था)।
अब हम मापने वाले हिस्से के संरचनात्मक आरेख (एक वास्तविक सर्किट में, फ़िल्टरिंग और सुरक्षात्मक तत्वों को जोड़ा जाना चाहिए) पर विचार करेंगे।

चेतावनी! इस माप पद्धति में, नेटवर्क से माइक्रोकंट्रोलर के गैल्वेनिक अलगाव को लागू नहीं किया जाता है। माइक्रोकंट्रोलर से डेटा ट्रांसमिट करने के लिए डिजिटल इंटरफ़ेस की तरफ गैल्वेनिक आइसोलेशन को लागू किया जाता है।
इनपुट में एक अंतर ऑपरेशनल एम्पलीफायर होता है जिसमें एक वोल्टेज डिवाइडर होता है जो संदर्भ वोल्टेज (2.048 V) के आधे हिस्से पर समर्थित होता है। चूंकि, आकार को कम करने के लिए, कम-शक्ति वाले प्रतिरोधों का उपयोग करना बेहतर है, उन्हें कम से कम 3 पीसी स्थापित करें। प्रतिरोध में बराबर - प्रतिरोधों के कुल टूटने वाले वोल्टेज को बढ़ाने के लिए। इस मामले में, अधिकतम इनपुट वोल्टेज (पी = यू ^ 2 / आर) पर बिजली के नुकसान की गणना करना आवश्यक है - ताकि प्रतिरोधों की स्वीकार्य शक्ति से अधिक न हो। विभेदक एम्पलीफायर के कंधों को भी समान बनाया जाता है। फिर, सूत्र 1 पर वोल्टेज सूत्र द्वारा गणना की जाती है:

और बिंदु 1 पर वोल्टेज का रूप होगा:

इसके अलावा, संदर्भ वोल्टेज का आधा एडीसी चैनलों में से एक को आपूर्ति की जाती है। यह आपको मापा वोल्टेज के शून्य स्तर की स्थिति निर्धारित करने के लिए (उदाहरण के लिए, प्रति अवधि एक बार) लगातार निर्धारित करने की अनुमति देता है।
यानी हम एक एकध्रुवीय शक्ति एम्पलीफायर के साथ प्रबंधित हुए, और 0 से यूओपी के बिंदु 1 में हमारे इनपुट संकेत। यह विधि, डायोड का उपयोग करके वोल्टेज सुधार के साथ, उदाहरण के लिए, तुलना में काफी सटीक परिणाम देती है।
विभक्त और ADC के गुणांक की गणना इस प्रकार है:

जहां ए और बी एडीसी माप हैं (वर्तमान और पिछले आधे अवधि के लिए मापा संकेत शून्य मान - एएन 1); एन 1, एन 2 - वर्तमान और पिछले आधे अवधि के लिए माप की संख्या; नादु - एडीसी बिट गहराई; यूओपी संदर्भ एम्पलीफायर (आमतौर पर 0.6 वी) के गैर-रैखिकता (असंवेदनशीलता) क्षेत्र का संदर्भ वोल्टेज शून्य से है।
साइनसॉइडल के आयाम को कम करके, सिग्नल को स्थिर मानकर डिवाइडर की गणना करना सुविधाजनक है, और साइनसॉइडल नहीं। फिर संकेत का प्रभावी मूल्य आयाम के बराबर है और प्रत्येक माप के मूल्य के बराबर है।
उदाहरण के लिए, आपको 420V AC के अधिकतम मूल्य को मापने के लिए एक विभक्त की गणना करने की आवश्यकता है:

प्रतिरोध रा का चयन 500 kOhm से 1500 kOhm की सीमा में किया जाता है। चयनित प्रतिरोध रा के आधार पर, आरबी की गणना की जाती है।
नतीजतन, वोल्टेज और आवृत्ति के प्रभावी मूल्य की गणना के लिए एल्गोरिथ्म फॉर्म लेता है:

उसी समय, महंगा गणना (विभाजन, रूट निष्कर्षण) का हिस्सा बाधित से मुख्य कार्यक्रम में स्थानांतरित किया जा सकता है।

8-बिट एमके पर प्रभावी मूल्यों की गणना करते समय, फ़्लोटिंग पॉइंट गणनाओं का सहारा लिए बिना पूर्णांक विधियों (स्केल कारकों का उपयोग करना) की सलाह दी जाती है, और यदि संभव हो तो अंकगणितीय संचालन (विभाजन, वर्गमूल को हटाने, आदि) को भी सरल करें। यह एमके संसाधनों को महत्वपूर्ण रूप से बचाता है।