strøm måling med arduino

Under dataopsamling fra solpaneler ønskes det at følgende data er tilgængelige:

• spænding målt direkte på sol panel
• spænding målt ved laderegulator ind
• spænding målt på ‘lager’ batteriet
• solpanelets strøm ydelse for bereging af faktisk effekt ydelsen i watt
• totalt strøm afgivet fra ‘lager’ batteriet for senere beregning af hvor meget effekt der kommer faktisk kommer ud til forbrugerne
• lux, for at se sammenhængen mellem lys mængden til rådighed og solpanelets ydelse i rent solskin og ved deffus indstråling i overskyet vejr
• temperatur direkte målt på solcelle i solpanelet
• udendørs temperatur

Ret mange målinger og ret mange data.

Data opsamles med arduino singleboard computere, og sendes via ethernet php hjemmeside der indeholder kode til at gemme data i mysql database. Senere laves rutiner til data udtræk til at vise i wordpress bloggen. Muligvis laves der en wp data plugin til dette formål.

Dette indlæg handler om måling af strømmen direkte fra solpanelet,  hvordan strøm-data opsamles med arduino boardet hvert andet sekund (gemmes i array) og hvordan disse data sendes til mysql databasen hvert minut. (senere indlæg vil vise hvordan disse data trækkes ud af database og vises i en wordpress blog og/eller på en php baseret hjemmeside)

1. Fysisk måling af støm

Først lidt undersøgelser på nettet inden løsning vælges:

Der er flere måder at måle dc strøm på. Se inspiration her på wikipedia.org en Current Feedback Amplifier circuit kan iøvrigt også bruges.

Denne ‘gizmo’ kan måle op til 0,8 ampere, hvilket ikke rækker i dette projekt.

Hall effekt strøm sensorer ser ud til at være det letteste og måske den bedste strøm sensor til arduino.

Forskellige hall sensorer Opgaven ligger så i at finde en der kan måle fra 100 mA til 5 Ampere. Ønsket er at kunne måle på hvert enkelt solpanel hver for sig. 5 ampere rækker til solpaneler op til 95 watt peak. De solpaneler der primært vises her på siden er solpaneler på 63 watt peak / 3,6 Ampere.

Nogle strøm måle metoder der kunne bruges:

Metode 1: For at gøre det her super nemt tager jeg et defekt ‘bradford’ multimeter købt hos harald nyborg for 49 kr. Dette multimeter udmærker sig ved bla. at have en indgang til at måle op til 10 ampere DC.

Over denne shunt modstand der sidder i instrumentet ligger der 20 mV pr. 1 Ampere. Eller 2 mV pr 100mA.  Faktisk er det bare ‘en stump’ stiv kobber tråd på 1,5 mm i diameter, og 40 mm lag + 2×8 mm ‘pins’ til fast lodning i printet. Spændingen på de 20 mV/ pr- 1 ampere forstærkes med en differential forstærker, feks en op amp. eller bare et pr transistorer/fets måske.

Testet: Problemet med dette setup viste sig at være støj ved måling af lave strømstyrker, feks 100 mA. Det er netop for at måle de mindre strømme fra solpanelerne, at strøm data ønskes logget over flere døgn. Dertil kommer mangel på galvanisk adskillelse.. Arduino brænder garanteret af når flere af disse sensorer tilsluttes. Denne metode kan feks. bruges til et arduino ampere meter der sender data til en hjemmeside via ethershield.

Metode 2: Der kan også bruges en Allegro ACS752SCA hall effect  strøm sensor chip til ca 50 kr, nok den bedste og mest elegante metode. Der er to typer der kan klare 50 ampere eller 100  ampere. Dette gør denne chip meget velegnet til måling på solanlæg og på vindmøller også. Følsomheden er god, den giver 40mv pr. ampere. Der skal dog bruges en ‘low noise frostærker for at få noget at måle på med arduinos 10 bit ADC. Jeg er interesseret i at måle fra 100 ma, dvs 4 mv ud fra denne allegro chip.

Umiddelbart virker den som det rette løsning, men ved nærmere undersøgelser ser den ud til at være bedst til at mål på forbruget fra batteriet til forbrugerne, som hurtigt kommer op på en 30-50 ampere eller til en 1000 watts vindmølle som her vil yde 83 ampere..

Denne chip kan stadigt skaffes, med er ved at udgå så vidt jeg har fundet ud af. Så der vælges en anden løsning. Der findes flere af disse hall effect sensor chips feks: Sentron CSA-1VG, allegro acs714

farnell dk har nogle af disse fra allegro

metode 3: Hvis det havde været en ac strøm vi ønskede at måle, kunne en ‘split ‘trafo bruges. Så ville der være helt galvanisk adskillelse mellem måle objektet og arduino boardet. Nu er det en dc spænding, så her ville det være nødvendigt først af at konvertere den målte dc spænding til ac, sende det gennem en lille trafo og ensrette til en dc spænding til arduino indgangen. For bøvlet og dyrt.

——-

OBS:

Arduino har en atmel ATmega168-20 processor med 6 analoge indgange. AD konverteren er på 10 bit, hvilket giver en måle skala på 1024 step. Ved 5 volt forsyningsspænding bliver det ca. 5 mv pr step. De laveste bit vil være så støj fyldte at det i praksis er ubrugelige data. Da netop de mindre strømme har interesse i dette projekt, er det vigtigt at signalniveauet fra strøm sensoren har et fornuftigt niveau.

——–

Løsning valgt til solpanel data opsamlings projektet

Efter forskelige eksperimenter er der valgt en allegro strøm til spændings sensor acs714 på 5 ampere. den giver 187mv pr. ampere. Den er galvanisk adskilt fra strøm kilden og den kan købes på et lille print så det er supernemt at sætte den til solpanelet.

Det eneste der kan blive brug for at tilføje er en low noise operations forstærker for at forstærke signalet fra acs714 en 3-5 gange. Men med lidt held virker den som den er. Der bliver tale om en opløsning på 25 mA pr. trin i arduinos ADC. Testes før der forstærkes.

——–

Status 17. maj 2009, venter på at current sensor boards kommer fra usa

——–

Status 22. maj, så er pcb’s med strøm sensorer dukket op, testet, det virker rigtigt godt..

Printet forsynes med 5 volt DC, og tilsluttes i serie på måle objektets plus forsynings ledning( kun den ene leder).

Når der ikke trækkes nogen strøm, står udgangen på 2,5 volt, trækkes der en ampere igennem, er der 2,64 volt osv.

Det kommer til at virke super godt. Eneste refleksion er at jeg har valgt en 5 amperes type, have lige glemt at solpanel yder over 7 ampere peak, men typisk melem 3 og 6 amp. I følge databladet på current chippen kan den klare op til 5 gange over strøm i 100 millisekuner, håber den holder til de 5.7 ampere i sjældne tilfælde. Afprøves og beskrives her i bloggen.