Automatischer Lastschalter (Vakuum) mit ACS712 und Arduino - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Hallo allerseits, Ein Elektrowerkzeug in einem geschlossenen Raum zu betreiben ist eine Hektik, da all der Staub in der Luft und der Staub in der Luft Staub in Ihrer Lunge bedeutet. Das Ausführen Ihres Shop-Vac kann einen Teil dieses Risikos eliminieren, aber es ist mühsam, ihn jedes Mal ein- und auszuschalten, wenn Sie ein Werkzeug verwenden.

Um diesen Schmerz zu lindern, habe ich diesen automatischen Schalter gebaut, der einen Arduino mit einem Stromsensor beherbergt, der erkennt, wenn ein Elektrowerkzeug läuft und den Staubsauger automatisch einschaltet. Fünf Sekunden nach dem Stoppen des Werkzeugs stoppt auch das Vakuum.

Lieferungen

Für die Herstellung dieses Schalters habe ich die folgenden Komponenten und Materialien verwendet:

• Arduino Uno -
• ACS712 Stromsensor -
• Attiny85 -
• IC-Sockel -
• Halbleiterrelais -
• 5V mechanisches Relais -
• HLK-PM01 5V Netzteil -
• Prototyp PCB -
• Draht -
• Dupont-Kabel -
• Kunststoffgehäuse -
• Lötkolben -
• Löten -
• Drahtschere -

Schritt 1: Messen des Stroms mit ACS712

Der Star des Projekts ist dieser ACS712-Stromsensor, der nach dem Hall-Effekt-Prinzip arbeitet. Der Strom, der durch den Chip fließt, erzeugt ein Magnetfeld, das ein Hall-Effekt-Sensor dann liest und eine Spannung ausgibt, die proportional zum durch ihn fließenden Strom ist.

Wenn kein Strom fließt, beträgt die Ausgangsspannung die Hälfte der Eingangsspannung und da es sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom misst, wenn der Strom in eine Richtung fließt, wird die Spannung höher, während die Spannung bei einer Richtungsänderung des Stroms niedriger wird.

Wenn wir den Sensor an einen Arduino anschließen und den Ausgang des Sensors grafisch darstellen, können wir diesem Verhalten folgen, wenn wir den Strom messen, der durch eine Glühbirne fließt.

Wenn wir uns die auf dem Bildschirm angezeigten Werte genauer ansehen, können wir feststellen, dass der Sensor sehr rauschempfindlich ist, sodass er trotz recht guter Messwerte nicht in Situationen verwendet werden kann, in denen Präzision erforderlich ist.

In unserem Fall benötigen wir nur allgemeine Informationen, ob ein signifikanter Strom fließt oder nicht, damit wir von dem aufgenommenen Rauschen nicht beeinflusst werden.

Schritt 2: Richtige Messung des Wechselstroms

Der Schalter, den wir bauen, erkennt Wechselstromgeräte, daher müssen wir den Wechselstrom messen. Wenn wir nur den aktuellen Wert des fließenden Stroms messen sollen, können wir zu jedem Zeitpunkt messen und das könnte uns eine falsche Anzeige geben. Wenn wir zum Beispiel an der Spitze der Sinuswelle messen, registrieren wir einen hohen Stromfluss und schalten dann das Vakuum ein. Wenn wir jedoch am Nulldurchgang messen, registrieren wir keinen Strom und gehen fälschlicherweise davon aus, dass das Werkzeug nicht eingeschaltet ist.

Um dieses Problem zu beheben, müssen wir die Werte während eines bestimmten Zeitraums mehrmals messen und die höchsten und niedrigsten Werte für den Strom ermitteln. Wir können dann die Differenz dazwischen berechnen und mit Hilfe der Formel in den Bildern den wahren RMS-Wert für den Strom berechnen.

Der wahre Effektivwert ist der äquivalente Gleichstrom, der im gleichen Stromkreis fließen sollte, um die gleiche Ausgangsleistung zu liefern.

Schritt 3: Erstellen Sie eine Prototyp-Schaltung

Um mit der Messung mit dem Sensor zu beginnen, müssen wir eine der Verbindungen zur Last trennen und die beiden Klemmen des ACS712-Sensors in Reihe mit der Last schalten. Der Sensor wird dann vom Arduino mit 5 V versorgt und sein Ausgangspin wird mit einem analogen Eingang des Uno verbunden.

Für die Steuerung des Ladensaugers benötigen wir ein Relais zur Ansteuerung des Ausgangssteckers. Sie können entweder ein Halbleiterrelais oder ein mechanisches Relais verwenden, wie ich es verwende, aber stellen Sie sicher, dass es für die Leistung Ihres Shop-Vakuums ausgelegt ist. Ich hatte im Moment kein einkanaliges Relais, daher werde ich dieses 2-Kanal-Relaismodul vorerst verwenden und später ersetzen.

Der Ausgangsstecker für den Ladensauger wird über das Relais und seinen normalerweise geöffneten Kontakt verbunden. Sobald das Relais eingeschaltet ist, wird der Stromkreis geschlossen und der Ladensauger wird automatisch eingeschaltet.

Das Relais wird im Moment über Pin 7 auf dem Arduino gesteuert. Wenn wir also feststellen, dass ein Strom durch den Sensor fließt, können wir diesen Pin nach unten ziehen und das Vakuum einschalten.

Schritt 4: Codeerklärung und Funktionen

Ein wirklich nettes Feature, das ich auch dem Code des Projekts hinzugefügt habe, ist eine leichte Verzögerung, um das Vakuum nach dem Stoppen des Tools für weitere 5 Sekunden am Laufen zu halten. Dies hilft wirklich bei jeglichem Reststaub, der entsteht, während das Werkzeug vollständig stoppt.

Um dies im Code zu erreichen, verwende ich zwei Variablen, bei denen ich zuerst die aktuelle Millise-Zeit beim Einschalten des Schalters erhalte und diesen Wert dann bei jeder Iteration des Codes aktualisiere, während das Tool eingeschaltet ist.

Wenn sich das Tool ausschaltet, erhalten wir jetzt noch einmal den aktuellen Millise-Wert und prüfen dann, ob die Differenz zwischen diesen beiden größer als unser angegebenes Intervall ist. Wenn dies der Fall ist, schalten wir das Relais aus und aktualisieren den vorherigen Wert mit dem aktuellen.

Die Hauptmessfunktion im Code heißt Measure und darin nehmen wir zuerst die minimalen und maximalen Werte für die Spitzen an, aber damit sie definitiv geändert werden können, nehmen wir invertierte Werte an, wobei 0 die hohe Spitze und 1024 die niedrige Spitze ist.

Über die gesamte durch die Iterationsvariable definierte Intervallperiode lesen wir den Wert des Eingangssignals und aktualisieren die tatsächlichen Minimal- und Maximalwerte für die Peaks.

Am Ende berechnen wir die Differenz und dieser Wert wird dann mit der RMS-Formel von zuvor verwendet. Diese Formel kann vereinfacht werden, indem einfach die Spitzendifferenz mit 0,3536 multipliziert wird, um den RMS-Wert zu erhalten.

Jede der Versionen des Sensors für unterschiedliche Stromstärken hat eine unterschiedliche Empfindlichkeit, daher muss dieser Wert erneut mit einem Koeffizienten multipliziert werden, der aus der Stromstärke des Sensors berechnet wird.

Der vollständige Code ist auf meiner GitHub-Seite verfügbar und der Download-Link ist unten

Schritt 5: Minimieren der Elektronik (optional)

An diesem Punkt ist der Elektronik- und Code-Teil des Projekts im Wesentlichen abgeschlossen, aber noch nicht sehr praktisch. Der Arduino Uno ist großartig für solche Prototypen, aber praktisch ist er wirklich sperrig, sodass wir ein größeres Gehäuse benötigen.

Ich wollte die gesamte Elektronik in diese Kunststoffarmatur einbauen, die einige schöne Kappen für die Enden hat, und dazu muss ich die Elektronik verkleinern. Am Ende musste ich vorerst auf ein größeres Gehäuse zurückgreifen, aber sobald ich die kleinere Relaisplatine habe, werde ich sie wechseln.

Der Arduino Uno wird durch einen Attiny85-Chip ersetzt, der mit dem Uno programmiert werden kann. Der Prozess ist einfach und ich werde versuchen, ein separates Tutorial dafür bereitzustellen.

Um die Notwendigkeit einer externen Stromversorgung zu beseitigen, verwende ich dieses HLK-PM01-Modul, das Wechselstrom in 5 V umwandelt und einen wirklich kleinen Platzbedarf hat. Die gesamte Elektronik wird auf einer doppelseitigen Prototyp-Leiterplatte platziert und mit Drähten verbunden.

Der endgültige Schaltplan ist auf EasyEDA verfügbar und der Link dazu ist unten zu finden.

Schritt 6: Verpacken Sie die Elektronik in einen Koffer

Das endgültige Board ist definitiv nicht meine beste Arbeit, da es etwas chaotischer ausgefallen ist, als ich es wollte. Ich bin mir sicher, wenn ich etwas mehr Zeit damit verbringe, wird es schöner, aber die Hauptsache ist, dass es funktioniert und es wesentlich kleiner ist als das, was es mit dem Uno war.

Um alles zusammenzupacken, habe ich zunächst einige Kabel zu den Ein- und Ausgangssteckern verlegt, die etwa 20cm lang sind. Als Gehäuse habe ich die Armatur aufgegeben, da sie am Ende zu klein war, aber ich habe es geschafft, alles in eine Anschlussdose zu passen.

Das Eingangskabel wird dann durch das Loch geführt und an der Eingangsklemme auf der Platine angeschlossen und auf der anderen Seite, wo jetzt die beiden Kabel angeschlossen sind, dasselbe. Der eine Ausgang ist für den Werkstattsauger und der andere für das Werkzeug.

Nachdem alles angeschlossen war, habe ich den Schalter getestet, bevor ich alles in das Gehäuse steckte und alles mit der Abdeckung schloss. Die Montage wäre ein schöneres Gehäuse gewesen, da es die Elektronik vor Flüssigkeiten oder Staub schützt, die in meiner Werkstatt auf sie gelangen könnten. Sobald ich also die neue Relaisplatine habe, werde ich alles dorthin verschieben.

Schritt 7: Genießen Sie es

Um diesen automatisierten Schalter zu verwenden, müssen Sie zuerst wie in meinem Fall den Eingangsstecker mit einer Steckdose oder einem Verlängerungskabel verbinden und dann werden das Werkzeug und der Ladensauger mit den entsprechenden Steckern verbunden.

Beim Starten des Werkzeugs wird das Vakuum automatisch eingeschaltet und läuft dann weitere 5 Sekunden weiter, bevor es sich automatisch ausschaltet.

Ich hoffe, dass Sie es geschafft haben, etwas aus diesem Instructable zu lernen, also klicken Sie bitte auf diese Lieblingstaste, wenn Sie es mögen. Ich habe viele andere Projekte, die Sie sich ansehen können und vergessen Sie nicht, meinen YouTube-Kanal zu abonnieren, damit Sie meine nächsten Videos nicht verpassen.

Gruß und danke fürs Lesen!