Matni frekuencën kryesore duke përdorur Arduino: 7 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:12

Më 3 Prill, Kryeministri i Indisë, Shri. Narendra Modi u kishte bërë thirrje indianëve që të fiknin dritat e tyre dhe të ndiznin një llambë (Diya) në orën 9:00 të mbrëmjes më 5 prill për të shënuar luftën e Indisë kundër Corona Virus. Vetëm pas njoftimit, pati një kaos të madh në mediat sociale duke thënë se kjo do të rezultonte në një ndërprerje të plotë për shkak të dështimit të rrjetit elektrik.

Unë, duke qenë student i inxhinierisë elektrike, doja të shihja efektin e një reduktimi të papritur të ngarkesës në rrjetin elektrik. Një nga parametrat që ndikohet është Frekuenca. Kështu, vendosa të bëj një pajisje për të matur frekuencën e tensionit nga një prizë energjie në shtëpinë time. Ju lutemi vini re se për këtë eksperiment të vogël saktësia e vlerës së matur nuk është e rëndësishme pasi unë thjesht doja të vëzhgoja ndryshimet në frekuencën.

Në këtë Instructable, unë do të shpjegoj shpejt se si një rrjet mund të dështojë dhe pastaj t'ju tregoj se si e kam matur frekuencën.

Hapi 1: Pse të shqetësoheni?

Një rrjet elektrik mund të dështojë për shkak të shumë faktorëve, një prej të cilëve është një ulje e papritur e ngarkesës. Do të përpiqem ta shpjegoj në mënyrën më të thjeshtë të mundshme, në mënyrë që një person pa sfond elektrik ta kuptojë atë.

Çfarë është Frekuenca? Shtë numri i herëve që një valë AC përsëritet në një sekondë. Frekuenca në Indi është 50Hz që do të thotë se një valë AC përsëritet 50 herë në një sekondë.

Në çdo termocentral, ekziston një turbinë e cila është një pajisje mekanike rrotulluese që nxjerr energji nga rrjedha e lëngjeve (avull, ujë, gaz, etj) dhe e konverton atë në punë të dobishme (energji mekanike). Kjo turbinë është e lidhur (e lidhur) me një gjenerator. Pastaj një gjenerator e shndërron këtë energji mekanike në energji elektrike të cilën e marrim në shtëpinë tonë.

Le të marrim parasysh një termocentral me avull për këtë shpjegim. Këtu, avulli me presion të lartë përdoret për të rrotulluar një turbinë e cila nga ana tjetër rrotullon gjeneratorin dhe gjenerohet energji elektrike. Unë nuk do të diskutoj se si funksionon një gjenerator, por vetëm mos harroni se frekuenca e tensionit të gjeneruar lidhet drejtpërdrejt me shpejtësinë me të cilën rrotullohet gjeneratori. Nëse shpejtësia rritet, frekuenca rritet, dhe anasjelltas. Supozoni se gjeneratori nuk është i lidhur me ndonjë ngarkesë. Gjeneratori sillet në shpejtësi duke rritur hyrjen e avullit në turbinë derisa frekuenca të bëhet 50Hz. Gjeneratori tani është gati të japë energji. Sapo gjeneratori të lidhet me ngarkesën (ose rrjetin), rryma fillon të rrjedhë përmes mbështjelljes së tij dhe shpejtësia e tij zvogëlohet dhe kështu frekuenca. Por sipas standardeve të rregullimit, frekuenca duhet të jetë brenda një brezi të caktuar. Në Indi është +/- 3% dmth 48.5Hz në 51.5Hz. Tani, për të kompensuar frekuencën e zvogëluar për shkak të një rënie të shpejtësisë, hyrja e avullit rritet derisa frekuenca të bëhet përsëri 50Hz. Ky proces vazhdon. Ngarkesa rritet, shpejtësia zvogëlohet, frekuenca zvogëlohet, hyrja e avullit rritet dhe gjeneratori sillet me shpejtësi. E gjithë kjo bëhet automatikisht duke përdorur një pajisje të quajtur Guvernator. Ai monitoron shpejtësinë (ose frekuencën) e gjeneratorit dhe rregullon hyrjen e avullit në përputhje me rrethanat. Meqenëse pjesa më e madhe e pjesës është mekanike duhen disa sekonda (domethënë konstante e lartë kohore) që ndryshimet të hyjnë në fuqi.

Tani, le të konsiderojmë se e gjithë ngarkesa në gjenerator është hequr papritmas. Gjeneratori shpejtohet mbi shpejtësinë e tij normale pasi që më herët kishim rritur hyrjen e avullit për të kompensuar ngarkesën e shtuar. Para se guvernatori të ndiejë dhe ndryshojë hyrjen e avullit, gjeneratori shpejtohet aq shpejt sa frekuenca kalon kufirin e tij të sipërm. Meqenëse kjo nuk lejohet sipas standardeve rregullatore, gjeneratori shkon (ose shkëputet) nga rrjeti për shkak të frekuencës së tepërt.

Në Indi, ne kemi një komb - një rrjet që do të thotë se të gjithë gjeneruesit në Indi janë të lidhur me një rrjet të vetëm. Kjo ndihmon në dërgimin e energjisë në çdo pjesë të vendit. Por ka një disavantazh. Një defekt masiv në çdo pjesë të vendit mund të përhapet shpejt në pjesët e tjera, gjë që rezulton në prishjen e të gjithë rrjetit. Kështu, një vend i tërë ka mbetur pa fuqi!

Hapi 2: Plani

Plani është të matni frekuencën e tensionit në intervale të caktuara.

Një transformator i përgjuar në qendër përdoret për të ulur 230V AC në 15V AC.

Moduli RTC siguron kohën aktuale.

Të dy të dhënat (Koha dhe Frekuenca) më pas ruhen në kartën Micro SD në dy skedarë të veçantë. Pas përfundimit të testit, të dhënat mund të importohen në një fletë Excel për të gjeneruar grafikun.

Një ekran LCD do të përdoret për të treguar frekuencën.

Kujdes! Ju do të merreni me tension fatal të rrjetit AC. Vazhdoni vetëm nëse e dini se çfarë po bëni. Energjia elektrike nuk jep një shans të dytë

Hapi 3: Gjërat që ju nevojiten

1x Arduino Nano

Ekran LCD 1x 16x2

1x DS3231 Moduli i orës në kohë reale

1x Modul i Kartës Micro SD

Transformator 1x Qendror i Përgjuar (15V-0-15V)

Rezistencë 2x 10k

Rezistencë 1x 1k

Rezistencë 1x 39k

1x 2N2222A NPN Transistor

Diodë 1x 1N4007

Hapi 4: Vendosja e Gjërave së bashku

Skema për ndërtimin është bashkangjitur këtu. Unë do ta ndërtoj atë në një dërrasë buke, por ju mund ta bëni atë më të përhershëm duke përdorur një dërrasë ose të bëni një PCB të personalizuar.

Zgjedhja e vlerës së saktë të 'R3' për transformatorin tuaj:

R3 dhe R4 formojnë një ndarës të tensionit dhe vlerat zgjidhen të tilla që kulmi i tensionit AC të mos kalojë 5V. Pra, nëse planifikoni të përdorni një transformator tjetër me vlerësime të ndryshme, atëherë duhet të ndryshoni edhe R3. Mos harroni se vlerësimet e tensionit të dhëna në një transformator janë në RMS. Në rastin tim, është 15-0-15.

Përdorni një multimetër për ta verifikuar atë. Tensioni i matur do të jetë kryesisht më i madh se 15V. Në rastin tim, ishte rreth 17.5V. Vlera kulmore do të jetë 17.5 x sqrt (2) = 24.74V. Ky tension është shumë më i lartë se tensioni maksimal Gate-Emitter (6V) i Transistorit 2N2222A. Ne mund të llogarisim vlerën e R3 duke përdorur formulën e ndarjes së tensionit të treguar në foton e mësipërme.

Lidhjet për modulin e kartës SD:

Moduli përdor SPI për komunikim.

• MISO deri në D12
• MOSI deri në D11
• SCK deri në D13
• CS/SS në D10 (Ju mund të përdorni çdo pin për Chip Select)

Sigurohuni që karta SD të jetë formatuar së pari si FAT.

Lidhjet për modulin RTC

Ky modul përdor I2C për komunikim.

• SDA në A4
• SCL në A5

Lidhjet për ekranin LCD

• RST në D9
• EN në D8
• D4 në D7
• D5 në D6
• D6 në D5
• D7 në D4
• R/W në GND

Hapi 5: Koha për Kodim

Kodi është bashkangjitur këtu. Shkarkoni dhe hapeni duke përdorur Arduino IDE. Para ngarkimit, sigurohuni që të instaloni Bibliotekën DS3231. Kam gjetur disa informacione të dobishme në këtë faqe interneti.

Vendosja e RTC:

1. Futni një bateri me qeliza monedhe të tipit 2032.
2. Hapni DS3231_Serial_Easy nga shembujt siç tregohet.
3. Mos komentoni 3 rreshtat dhe futni kohën dhe datën siç tregohet në figurë.
4. Ngarko skicën në Arduino dhe hap monitorin serik. Vendosni normën e baudit në 115200. Ju duhet të jeni në gjendje të shihni kohën që vazhdon të freskohet çdo 1 sekondë.
5. Tani, shkëputeni Arduino -n nga priza dhe lidheni përsëri pas disa sekondash. Shikoni monitorin serik. Duhet të shfaqet në kohë reale.

U krye! RTC është krijuar. Ky hap duhet të bëhet vetëm një herë për të caktuar datën dhe orën.

Hapi 6: Përpunimi i të dhënave

Pasi të përfundojë testi, hiqni kartën micro SD nga moduli dhe lidheni atë me kompjuterin tuaj duke përdorur një lexues kartash. Do të ketë dy skedarë teksti të quajtur si FREQ.txt dhe TIME.txt.

Kopjoni përmbajtjen nga këto skedarë dhe ngjiteni në një fletë excel në dy kolona të veçanta (Koha dhe Frekuenca).

Klikoni në Fut> Grafik. Excel duhet të kontrollojë automatikisht të dhënat në fletë dhe të vizatojë grafikun.

Rritni zgjidhjen e boshtit vertikal në mënyrë që luhatjet të jenë qartë të dukshme. Në Fletët Google, Personalizoni> Boshti vertikal> Min. = 49.5 dhe Maks. = 50.5

Hapi 7: Rezultatet

Ne mund të shohim qartë një rritje të lehtë të frekuencës pasi ngarkesat ndërpriten rreth orës 21:00 (21:00) dhe një rënie të frekuencës rreth orës 21:10 pasdite (21:10) ndërsa ngarkesat ndizen përsëri. Asnjë dëm për rrjetin pasi frekuenca është brenda brezit të tolerancës (+/- 3%) dmth 48.5Hz në 51.5Hz.

Një cicërimë nga Ministri i Shtetit në Qeverinë e Indisë, z. R K Singh konfirmon se rezultatet që mora ishin mjaft të sakta.

Faleminderit që i qëndruat deri në fund. Shpresoj se të gjithë ju pëlqen ky projekt dhe keni mësuar diçka të re sot. Më tregoni nëse e bëni një për veten tuaj. Regjistrohuni në kanalin tim në YouTube për më shumë projekte të tilla.