Pima Mzunguko wa Mains Kutumia Arduino: Hatua 7 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:50

Mnamo tarehe 3 Aprili, Waziri Mkuu wa India, Shri. Narendra Modi alikuwa ametoa wito kwa Wahindi kuzima taa zao na kuwasha taa (Diya) saa 9:00 jioni mnamo 5 Aprili kuashiria vita vya India dhidi ya Corona Virus. Mara tu baada ya tangazo, kulikuwa na machafuko makubwa kwenye mitandao ya kijamii ikisema kwamba hii itasababisha kuzimika kabisa kwa umeme kutokana na kufeli kwa gridi ya umeme.

Mimi, kuwa mwanafunzi wa uhandisi wa umeme, nilitaka kuona athari ya kupunguzwa kwa ghafla kwa mzigo kwenye gridi ya umeme. Moja ya vigezo vinavyoathiriwa ni Frequency. Kwa hivyo, niliamua kutengeneza kifaa ili kupima mzunguko wa voltage kutoka kwa umeme katika nyumba yangu. Tafadhali kumbuka kuwa kwa usahihi huu wa majaribio kidogo ya thamani iliyopimwa sio muhimu kwani nilitaka tu kuona mabadiliko katika masafa.

Katika hii Inayoweza kufundishwa, nitaelezea haraka jinsi gridi inaweza kushindwa na kisha kukuonyesha jinsi nilivyopima masafa.

Hatua ya 1: Kwanini Uhangaike?

Gridi ya umeme inaweza kushindwa kwa sababu ya sababu nyingi moja ambayo ni kupunguzwa kwa ghafla kwa mzigo. Nitajaribu kuelezea kwa njia rahisi iwezekanavyo kwamba mtu asiye na msingi wa umeme anaweza kuielewa.

Mzunguko ni nini? Ni idadi ya mara ambayo wimbi la AC linarudia kwa sekunde moja. Mzunguko nchini India ni 50Hz ambayo inamaanisha kuwa wimbi la AC linarudiwa mara 50 kwa sekunde moja.

Katika mmea wowote wa umeme, kuna turbine ambayo ni kifaa cha mitambo kinachozunguka nishati kutoka kwa mtiririko wa maji (mvuke, maji, gesi, nk) na kuibadilisha kuwa kazi muhimu (nishati ya mitambo). Turbine hii imeunganishwa (imeunganishwa) na jenereta. Jenereta kisha hubadilisha nishati hii ya mitambo kuwa nishati ya umeme ambayo tunapata nyumbani kwetu.

Wacha tuchunguze mtambo wa umeme wa mvuke kwa maelezo haya. Hapa, mvuke wa shinikizo kubwa hutumiwa kuzungusha turbine ambayo nayo huzungusha jenereta na umeme hutengenezwa. Sitazungumzia jinsi jenereta inavyofanya kazi lakini kumbuka tu kwamba mzunguko wa voltage inayotokana inahusiana moja kwa moja na kasi ambayo jenereta huzunguka. Ikiwa kasi inaongezeka, mzunguko unaongezeka, na kinyume chake. Fikiria kuwa jenereta haijaunganishwa na mzigo wowote. Jenereta huletwa kwa kasi kwa kuongeza uingizaji wa mvuke kwenye turbine hadi masafa yawe 50Hz. Jenereta sasa iko tayari kutoa umeme. Mara tu jenereta ikiunganishwa na mzigo (au gridi ya taifa), sasa inaanza kutiririka kupitia upepo wake na kasi yake hupungua na kwa hivyo mzunguko. Lakini kulingana na viwango vya kanuni, masafa yanapaswa kuwa ndani ya bendi maalum. Nchini India ni +/- 3% yaani 48.5Hz hadi 51.5Hz. Sasa, kulipa fidia kwa masafa yaliyopunguzwa kwa sababu ya kupungua kwa kasi, pembejeo ya mvuke huongezeka hadi masafa yawe 50Hz tena. Utaratibu huu unaendelea. Kuongezeka kwa mzigo, kasi hupungua, mzunguko hupungua, pembejeo ya mvuke huongezeka na jenereta huletwa kwa kasi. Yote haya hufanywa kiatomati kwa kutumia kifaa kinachoitwa Gavana. Inafuatilia kasi (au masafa) ya jenereta na kurekebisha uingizaji wa mvuke ipasavyo. Kwa kuwa sehemu kubwa ni ya kiufundi inachukua sekunde chache (i.e. mara kwa mara ya muda mrefu) kwa mabadiliko kuanza kufanya kazi.

Sasa, hebu fikiria kwamba mzigo wote kwenye jenereta umeondolewa ghafla. Jenereta inaongeza kasi juu ya kasi yake ya kawaida kwani hapo awali tuliongezea pembejeo ya mvuke kufidia mzigo ulioongezeka. Kabla ya gavana kugundua na kubadilisha uingizaji wa mvuke, jenereta huongeza kasi sana hivi kwamba masafa yanavuka kikomo chake cha juu. Kwa kuwa hii hairuhusiwi kulingana na viwango vya udhibiti, jenereta hutembea (au imekatwa) kutoka kwenye gridi ya taifa kwa sababu ya masafa zaidi.

Nchini India, tuna Taifa Moja - Gridi Moja ambayo inamaanisha kuwa jenereta zote nchini India zimeunganishwa na gridi moja. Hii inasaidia katika kupeleka nguvu kwa sehemu yoyote ya nchi. Lakini kuna hasara moja. Kosa kubwa katika sehemu yoyote ya nchi linaweza kuenea haraka kwa sehemu zingine ambazo husababisha kukwama kwa gridi nzima. Kwa hivyo, nchi nzima imebaki bila nguvu!

Hatua ya 2: Mpango

Mpango ni kupima mzunguko wa voltage kwa vipindi maalum.

Transfoma iliyopigwa katikati hutumiwa kushuka chini ya 230V AC hadi 15V AC.

Moduli ya RTC hutoa wakati halisi.

Takwimu zote (Wakati na Mzunguko) zinahifadhiwa kwenye kadi ya Micro SD katika faili mbili tofauti. Baada ya jaribio kumalizika, data inaweza kuingizwa kwenye karatasi ya Excel ili kutoa grafu.

Onyesho la LCD litatumika kuonyesha masafa.

Jihadharini! Utashughulika na voltage mbaya ya AC Mains. Endelea tu ikiwa unajua unachofanya. Umeme hautoi nafasi ya pili

Hatua ya 3: Vitu Utakavyohitaji

1x Arduino Nano

Onyesho la LCD la 1x 16x2

Moduli ya Saa Saa ya 1x DS3231

Moduli ya Kadi ya 1x Micro Micro

Transformer ya Kituo cha 1x (15V-0-15V)

2x 10k Mpingaji

Mpinzani wa 1k

Mpingaji wa 1x 39k

1x 2N2222A Transistor ya NPN

1x 1N4007 Diode

Hatua ya 4: Kuweka Mambo Pamoja

Mpangilio wa ujenzi umeambatanishwa hapa. Nitaijenga kwenye ubao wa mkate lakini unaweza kuifanya iwe ya kudumu kwa kutumia ubao wa pembeni au tengeneza PCB ya kawaida.

Kuchagua thamani sahihi ya 'R3' kwa transformer yako:

R3 na R4 huunda mgawanyiko wa voltage na maadili huchaguliwa kama kilele cha voltage ya AC haizidi 5V. Kwa hivyo, ikiwa unapanga kutumia transformer nyingine na viwango tofauti, basi lazima ubadilishe R3 pia. Kumbuka kwamba ukadiriaji wa voltage uliyopewa kwenye transformer uko katika RMS. Kwa upande wangu, ni 15-0-15.

Tumia multimeter kuithibitisha. Voltage iliyopimwa itakuwa kubwa zaidi ya 15V. Kwa upande wangu, ilikuwa karibu 17.5V. Thamani ya kilele itakuwa 17.5 x sqrt (2) = 24.74V. Voltage hii iko juu sana kuliko kiwango cha juu cha Mlango wa Emitter (6V) ya 2N2222A Transistor. Tunaweza kuhesabu thamani ya R3 kwa kutumia fomula ya mgawanyiko wa voltage iliyoonyeshwa kwenye picha hapo juu.

Muunganisho wa Moduli ya Kadi ya SD:

Moduli hutumia SPI kwa mawasiliano.

• MISO hadi D12
• MOSI hadi D11
• SCK hadi D13
• CS / SS hadi D10 (Unaweza kutumia pini yoyote kwa Chagua Chip)

Hakikisha kuwa kadi ya SD imeundwa kwanza kama FAT.

Muunganisho wa Moduli ya RTC

Moduli hii hutumia I2C kwa mawasiliano.

• SDA hadi A4
• SCL hadi A5

Uunganisho wa Uonyesho wa LCD

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

Hatua ya 5: Wakati wa Usimbuaji

Nambari imeambatanishwa hapa. Pakua na uifungue kwa kutumia Arduino IDE. Kabla ya kupakia, hakikisha umesakinisha Maktaba ya DS3231. Nimepata habari muhimu kwenye wavuti hii.

Kuanzisha RTC:

1. Ingiza betri ya seli ya sarafu ya aina 2032.
2. Fungua DS3231_Serial_Easy kutoka kwa mifano kama inavyoonyeshwa.
3. Ondoa mistari 3 na ingiza saa na tarehe kama inavyoonyeshwa kwenye picha.
4. Pakia mchoro kwa Arduino na ufungue mfuatiliaji wa serial. Weka kiwango cha baud kuwa 115200. Unapaswa kuona wakati ambao unaendelea kuburudisha kila sekunde 1.
5. Sasa, ondoa Arduino na uiunganishe tena baada ya sekunde chache. Angalia mfuatiliaji wa serial. Inapaswa kuonyesha wakati halisi.

Imekamilika! RTC imewekwa. Hatua hii inapaswa kufanywa mara moja tu kuweka tarehe na wakati.

Hatua ya 6: Kusindika Takwimu

Mara baada ya jaribio kumaliza, ondoa kadi ndogo ya SD kutoka kwa moduli na uiunganishe kwenye kompyuta yako ukitumia msomaji wa kadi. Kutakuwa na faili mbili za maandishi zilizoitwa FREQ.txt na TIME.txt.

Nakili yaliyomo kwenye faili hizi na ubandike kwenye karatasi bora kuliko safu mbili tofauti (Wakati na Freq).

Bonyeza Ingiza> Chati. Excel inapaswa kuangalia moja kwa moja data kwenye karatasi na kupanga grafu.

Ongeza azimio la mhimili wima ili kushuka kwa thamani kuonekana wazi. Katika Majedwali ya Google, Badilisha> Mhimili wa wima> Min. = 49.5 na Max. = 50.5

Hatua ya 7: Matokeo

Tunaweza kuona wazi kuongezeka kidogo kwa masafa kwani mizigo hukatwa karibu saa 9:00 jioni (21:00) na kupungua kwa masafa karibu saa 9:10 jioni (21:10) wakati mizigo imewashwa tena. Hakuna ubaya kwa gridi ya taifa kwani masafa iko vizuri ndani ya bendi ya uvumilivu (+/- 3%) i.e. 48.5Hz hadi 51.5Hz.

Tweet kutoka kwa Waziri wa Nchi katika Serikali ya India, Bwana R K Singh anathibitisha kuwa matokeo ambayo nilipata yalikuwa sahihi sana.

Asante kwa kushikamana hadi mwisho. Natumahi nyote mnapenda mradi huu na mmejifunza kitu kipya leo. Nijulishe ikiwa utatengeneza moja yako. Jisajili kwenye kituo changu cha YouTube kwa miradi kama hiyo.