Sensor de tensão para PIC

[henrique T.]

Vou montar um voltímetro com um PIC18F4520.
 
Para montar o sensor eu fiz com uma ponte de diodos e um divisor de tensão, para quando tiver 180V na tensão da tomada ter 5V na saída do divisor.
 
Porém fiquei com uma dúvida, o conversor A/D do PIC consegue ler a forma de onda da saida do retificador? Se sim ele irá ler o valor eficaz ou instantâneo?
 
Ou vou ter que utilizar algum capacitor na saída do divisor?
 

 

 

[aphawk]

@henrique T.,

 

O que voce vai ler é exatamente a tensão real naquele instante da leitura ! Nada mais pode ser afirmado !

 

Não se trata de ser RMS, Eficaz, pico ou instantâneo,  nada disto, pois o que você vai ler será sempre apenas um instante no tempo, e não uma forma de onda periódica !

 

Se voce quiser, pode dividir essa forma de onda em um determinado tempo fixo, de preferência um multiplo inteiro do período apresentado por essa forma de onda ( 120 Hertz ) . Fazendo várias amostragens, voce conseguirá calcular o que quiser !

 

Paulo

[henrique T.]

@henrique T.,

 

O que voce vai ler é exatamente a tensão real naquele instante da leitura ! Nada mais pode ser afirmado !

 

Não se trata de ser RMS, Eficaz, pico ou instantâneo,  nada disto, pois o que você vai ler será sempre apenas um instante no tempo, e não uma forma de onda periódica !

 

Se voce quiser, pode dividir essa forma de onda em um determinado tempo fixo, de preferência um multiplo inteiro do período apresentado por essa forma de onda ( 120 Hertz ) . Fazendo várias amostragens, voce conseguirá calcular o que quiser !

 

Paulo

Agora entendi como funciona a leitura, obrigado pela resposta.

 

 

Mas no caso o que vai me interessar é um valor o mais próximo possível do eficaz. Será que daria certo eu colocar um capacitor entre a saída do divisor resistivo, ou ficaria melhor um filtro passa-baixas? Ou ainda é melhor fazer por amostragens como você disse?

[aphawk]

@henrique T.,

 

A maneira correta é fazer por amostragens, e ir calculando esse valor eficaz, até fazer a ultima leitura do período, aí sim voce vai ter o valor eficaz calculado com precisão !

 

Eu fiz o cálculo do valor RMS da corrente em um sensor ACS712, usando exatamente essa técnica, procure aqui no Fórum, vou ver se localizo e coloco ele aqui.

 

 

Achei :  http://forum.clubedohardware.com.br/forums/topic/953292-como-medir-corrente-ac-usando-pic/page-2#entry5691470

 

 

Paulo

[.if]

o amigo Paulo está teoricamente correto. No entanto permita-me meter meus calejados dedos na conversa...

Nesta sua etapa creio que um simples capacitor pode te dar um resultado aceitável. Ele meio que faz o trabalho sujo que o amigo mencionou: média de algumas leituras. Portanto coloque um capacitor chute 470uF em paralelo com 470R e faça o teste. Se possível, meça com um osciloscópio pra ver se o ripple está bom: nem muito alto (leitura pode ficar instável), nem muito reto (a resposta a variação vai ser lenta). Pra ajudar ainda +, no sw faça a média de digamos 8 leituras durante 200mS. Pra mostrar no display tá bonde+

 

Percebo que estás a ligar diretamente na rede ac. Tenho comentários sobre isso mas prefiro guardar pra outra ocasião, ok? Não é o foco no monento

 

abç

[aphawk]

@Isadora Ferraz,

Que isso, esses dedinhos devem ser mantidos todo o tempo com as unhas bem aparadas, feitas as cutículas, e um belo esmalte !

Depende do que se considera um resultado aceitável.... O que o circuito RC faz é um tipo de integração de sinal, e depende dos valores de R e de C, que teriam de ser bem calculados. Se for para fazer dessa maneira analógica, é melhor implementar um dos circuitos clássicos utilizados em alguns multímetros, o que permite uma precisão em torno de 5 % .

Eu acho bem mais preciso fazer o método descrito no post indicado...

Agora, espero que esteja sendo usado um transformador isolador tipo 1 para 1 , ou alguém pode ficar "chocado" rapidinho ... !

Paulo

[.if]

com circuitos de multímetro acho que a precisão é maior. Bom depende da precisão cogitada.

 

A proposta é (sempre) simplificar a vida (que já não é muito fácil) dos amigos em tenra idade. 

 

Mas se pode complicar, pra que facilitar? Algo bacaninha que se pode fazer é compensar o erro no sw dividindo o trabalho sujo entre hw e sw. Algo como usar um multímetro preciso, medir algumas tensões, anotar no excel e etc e linearizar no sw. Mas concordo que isso não é "aceitável" pra qualquer um. Portanto esquece,  faz de conta que não leu isso.

 

Tudo bem, não é o momento, mas já que tocaste no ponto da isolação, nem trafo é necessário. Algo assim: Imagine quebrar as duas fazes da rede ac com 2 R 2M2 e alguns k pro gnd aplicando os sinais num ampop diferencial. De quebra pode pesquisar sobre o ampop para multímetros pra dar uma condicionada legal no sinal onde a saída pode bem linearizada economizado processamento. Mas acho que isso é queimar algumas etapas. Alguns calos não fazem mal a ninguém. Também faça de conta que não leu.

 

A divagar se vai ao longe

 

abç

[aphawk]

@Isadora Ferraz,

 

Gostei do "faça de conta que não leu" kkkkk

 

Tem de levar em conta que a entrada analógica do PIC tem menos de 50K de impedância, e ao fazer os divisores restivos, ela vai ser uma baita carga pra resistores do tipo 2M2, e vai ter de ficar "ajustando escala" no software....

 

A tua ideia de usar um RC, pode-se fazer o que você falou sem problemas, desde que se meça com um bom multímetro e faça as correçoes de escala via software para "baterem" as medidas. Nem será preciso linearizar, bastará ajustar fator de escala.

 

Paulo

[.if]

@aphawk já vi que quase nos sintonizamos. Não é pra aplicar o sinal diretamente no mc meu fio, e sim num amplificador operacional (ampop) diferencial. Tendeu? Além de casar a impedância, podemos usar + alguns pra dar uma ajustada no sinal pro mc (não necessariamente pic). P.ex. depois desta etapa inicial, podemos configurar um retificador ideal com auxilio de outra seção de um ci ampop (lm324 p.ex.)

 

olha eu de novo querendo queimar etapas... Isso que vai ler a seguir é coisa de pobre (tipo eu) pois hj em dia temos sensores de corrente apropriados...

uma técnica parecida pra medir corrente. Amplificar alguns uV de queda num fio e retificar "idealmente" isso. Já fiz isso num passado não muito recente com boa precisão e linearidade até uns 50A. Que tal? se esquecesse isso também?

 

abç

[aphawk]

@Isadora Ferraz,

 

Mais alguns posts e entraremos em sintonia ... !

 

Se é para complicar, colocar um amp-op, ajustar sinal, etc, etc, etc, não é mais simples apenas fazer as amostragens e calcular o valor ????? Não precisa de mais nada além do mc .... 

 

Eu também já usei um shunt para medir correntes altas, mas era na faixa de milivolts, com microvolts eu nunca ví .... deve ter dado um trabalho analógico bem legal !!!!!

 

Se não foi comercial, podia postar isso também no Fórum ?

 

Paulo

[.if]

pode até ser amigo. O phoda de usar só mc é que as capturas são em momentos aleatórios e é 1/2 sacal fazer alguma matemática com isso. Principalmente se for onda meia senoidal 120Hz retificada.. iéca...

Mas o ampop tem funções ocultas. Uma delas, é aquela que já nos sintonizamos, é o tal casamento de impedância, lembra? Dá mais liberdade pra trabalhar o sinal de entrada sem se precocupar com as irregularidades inerentes à baixa impedância do ad do mc.

 

A outra seria amplificar o sinal que vai ser mui pequeno pois, não se sei se lembra, coloquei mentalmente um resistor de 2M2 (alta impedância , lembra?) em série com a rede em um de alguns K pro gnd. Esta tal "isolação" é a mesma função do truculento e antiquado transformador isolador e passa em testes de conformidade de normas na boa.

P.ex. em casa tenho um inversor grid tie que usa este princípio e não tomo choque no painel solar. Bom talvez na lingua dê uma cosquinha, mas não me peça pra meter a lingua naquiio né!

 

Quanto ao circuito, poderia até postar mas o phoda é achar o treco. O esquema acho que tá até em papiro. Me lembro que usei um trafinho de um filtro de linha pra isolar (braço torcendo) a tensão que fica em alguns cm dum fio 10mm ou 12mm (não lembro direito) e no secundário dele aquela parafernalha toda preparando o sinal pro mc. Cumpriu direitinho sua missão. Se não virou pó, quem sabe um dia acho... ou não...

abç

[aphawk]

@Isadora Ferraz,

 

Hehehe tem uma maneira simples de fazer as amostragens, pois elas nem precisam ter um momento exato para sincronizar com a onda, desde que o tempo total da medição seja igual ao período. Basta configurar um TIMER, ajustado para ter 32 interrupções no mesmo período de tempo dos 120 hertz ( uma interrupção a cada 260 microsegundos ), e pronto, fazer uma leitura do ADC a cada interrupção, quando tivermos as 32, é só fazer a continha.

 

Sim, usar resistores desse valor acabam dando uma isolada, mas ainda assim eu não gosto disso não.... é conviver com o risco muito pertinho de minhas mãos !

 

Se achar esse papiro escrito pelo Tutankamon, posta ele aí, interessante o uso do transformador, o que me indica que você media a corrente AC. 

 

Paulo

[.if]

ok. certa feita tentei fazer algo assim pra medir uma tensão bem atípica distorcida por um scr. A proposta também era deixar o hw bem enxuto. Como estava demorando pra ter sucesso, tinha muito ruído e etc, apelei prum rc básico e eureka... ...mas esquece... quem sabe num futuro reflitemos sobre isso

 

Pra encerrar e pra refletir, uma mensagem nem tanto subliminar... algo me dizia que você tem "mãos macias" mesmo! neste caso..."isola!" kk

sucessos meu chapa! (ops, sucessos sim, chapa ...nem tanto... kk)

abç

[henrique T.]

@aphawk e @Isadora Ferraz,

 

Acabei de ler os posts.

 

Então @aphawk li seu outro tópico de como fazer a medição da RMS por amostragens, irei tentar fazer isso para se ter um valor mais preciso.

 

Eu teria que usar o pino de interrupção externa, certo? É que na verdade estou fazendo um projeto para medir o consumo residencial, estava pensando que para se medir o fator de potência eu teria que fazer um detetor de zero no sensor de tensão que gerasse uma interrupção e ligasse um timer, e outro detetor de zero no sensor de corrente (ACS756) que gerasse outra interrupção e desligasse o timer, assim eu poderia fazer o calculo do fator de potência.

 

Com isso ficaria sem outro pino de interrupção sobrando, mas isso não vem ao caso já que se for pra fazer um sensor de tensão mais preciso posso usar um outro PIC.

 

Quanto ao isolamento da rede, tinha até pensado nisso mas por questão de espaço pensei em deixar só a ponte de diodos, mas pensando melhor na segurança acho melhor usar um trafo ou usar a solução que a @Isadora Ferraz propôs.

 

 

Obrigado a todos pela ajuda.

[aphawk]

@henrique T.

 

Não, não precisa usar nenhum pino de interrupção !  Basta programar corretamente um dos Timers, ele mesmo gera a interrupção, e salta para a rotina de interrupção, na qual voce vai fazer a leitura da tensão.

 

Mas agora voce forneceu mais informações sobre o seu projeto, entào vou dar uns palpites ....

 

Se voce pretende fazer um wattimetro, use o ACS712, e use uma outra entrada analógica do PIC para medir a saída dele. Na rotina de interrupção, voce pode ler as duas entradas analógicas, e ir multiplicando os valores e totalizando. Assim vai ter também a potência real.

 

Agora , para medir o fator de potência, me parece que voce pretende medir a defasagem entre o instante em que a corrente passa por zero e o instante em que a tensão passa por zero, é isso ?

 

Se for isso, pode ter problemas com a sua entrada de tensão para o cálculo da defasagem, pois ela deveria ler um sinal senoidal que deveria ir até um mínimo e até um máximo, onde o meio seria exatamente o instante em que a tensão é zero. Mas como você retificou em ponte, não pode usar nenhum tipo de capacitor entrre a saída da ponte e a entrada analógica do Pic. E teremos um momento de zero volts a cada 180 graus da tensão de entrada. Mas já não saberemos se estamos amostrando os primeiros 180 graus da senóide de entrada, ou se estamos lendo a partir dos 180 graus, pois a retificação em ponte deixa tudo exatamente igual. Então, creio que só conseguirá calcular defasagens até 180 graus.

 

Talvez seja melhor manter um sinal AC em cima de um divisor resistivo, cujo resultado seria uma senóide que varia entre 0 e 5 Volts, com um nivel DC de 2,5 Volts. Saberemos sempre o angulo de defasagem correto nessa situação, pois podemos verificar se a tensão subia ou se descia, certo ?

 

Aliás , isto é EXATAMENTE a situação que voce vai ter na saída do ACS712 !

 

Para ter uma resolução maior, em vez de 32 amostras por período, eu faria com 64 amostras, assim teria uma resolução de 360/64 = 5,625 graus, que acredito ser suficiente. Porém, como o desempenho desses Pics é baixo, sugiro usar o clock máximo, que é de 40 Mhz, para poder fazer todos os cálculos necessários dentro da rotina de interrupção, inclusive a multiplicação da tensão pela corrente.

 

Caso voce opte por fazer diferente, pode usar uma interrupção em um pino na passagem por zero, a qual ativará uma contagem de um outro TIMER, mas já aviso que os detetores de transição costumam ter um erro superior a 6 graus, e a grande maioria o erro é de mais de 10 graus.

 

Lembre-se que voce tem 4 Timers nesse Pic ! Dá para inventar bastante coisa ....

 

Se eu puder dar um palpite... eu usaria um pequeno transformador de fonte para fazer a isolação da parte de tensão e de passagem por zero, do tipo com saída 6+6 volts, pode ser de corrente bem baixa para ser pequeno. Pode usar uma só fase, ou as duas fases, depende muito de como você pretende fazer o detetor de passagem por zero, e o sistema de amostragem da tensão. Já não se preocupe com o ACS712 pois ele é galvânicamente isolado.

 

Infelizmente não posso te ajudar no software, pois hoje só programo para os AVR's .

 

 

 

@Isadora Ferraz,

 

Está interessada nas minhas mãos ?????? Oras, você já não está meia velhinha demais para isso não ?  

 

Paulo

[henrique T.]

@aphawk, Fiquei um tempo sem entrar no forum, e vi seu post só agora.

 

A sim, dai eu teria que configurar o timer gerar interrupção e fazer a leitura, agora entendi.

 

A placa do sensor de corrente acabei fazendo com só um A/D mesmo, pois não tinha visto seu post. Dai pretendo fazer a medição por amostragem, como você explicou em um post.

 

Sobre a placa do sensor de tensão, eu acabei colocando um capacitor para fazer a leitura. Sei que não vai ficar preciso, mas irei fazer só testes, depois tento implementar o que você explicou.

 

Sobre a leitura da defasagem eu acabei fazendo um detetor de zero com optoacoplador para a tensão em cima de uma ponte retificadora, e para o sensor de corrente na saida eu fiz um AO Comparador com referência em 2,5V. 

 

Dai eu pensei em fazer exatamente o que você falou, ligar os detetores de zero nos pinos de interrupção. No qual o detetor da tensão irá ativar um timer, e o de corrente irá desativa-lo. Mas não sabia deste erro, de qualquer forma vou testar deste jeito.

 

Agora vou começar a fazer a programação.

 

Obrigado a todos pela ajuda,

Igor

[aphawk]

@henrique T.,

Opa, tranquilo, Igor, manda bala no programa !

Sobre o erro no detetor, é natural que tenha, e depende muito do tipo do detetor.... Veja o mais comum, que é um simples transformador de tensão, tipo de 110 para 9 volts. Para que o seu detetor simples funcione, a tensão na saída do detetor deve estar diminuindo e ter um valor menor que 0,7 volts ( se usar um transistor ) ou deve estar aumentando e ter valor maior que 0,7 volts, certo ?

Faça as contas e veja quantos graus precisa em uma senóide cuja tensão de pico é de cerca de 13 volts, para voce conseguir os 0,7 Volts..... Esse é o erro em graus de seu detetor !!!!!!

Faça uma simulação desse tipo para analisar o instante em que o seu detetor vai acionar e desacionar, em relação à tensão na saída de sua ponte retificadora, e vai ver o quanto de erro de defasagem estará obtendo.

Se usar direto na rede AC, vai usar um circuito com um opto, e um limitacor de corrente, e ....... Bom no final vai ter um erro ainda maior se usar um circuito simples.

Existem várias maneiras para fazer o detetor, nada te impede de usar um circuito com transistores direto no AC , para trabalhar com o opto, mas terá de fazer um bom limitador de corrente no Led do opto, e isso não é tão simples assim......

Por último, uma lembrança : repare que existe uma zona morta tanto no início da onda senoidal, como no final, portanto entre duas transições por zero vai existir menos de 180 graus.... Se voce trabalhar com transição de subida apenas ( ou apenas de desçida ), aí vai ter uma interrupção a cada 180 graus. Portanto, não utiliza interrupção nas duas bordas, escolha apenas uma, ok ?

Mas faça o programa primeiro, os sensores você ajusta conforme a precisão da medida seja suficiente ou não...., e lembre que seu resultado já está começando com um pequeno erro devido a esse erro de defasagem do detetor.

Paulo