7segduino Application (5) USB AmpMeter

2014年06月06日

7segduinoのアプリケーションとして、USB機器の電流を測定する電流計アダプタを作成してみました。

USB機器と電源の間にアダプタのように差し込んで直接電流を測定出来て便利です。

7seg-USB-AmpMeter overview

7seg-USB-AmpMeter overview

1. 回路図

シンプルな電流計です。電流検出用の抵抗を測定機器の間に挟んで、その両端の電圧をオペアンプで増幅して、7segduinoのアナログ入力で読み込んでいます。

電流検出用の抵抗は手持ちの都合で0.2Ωを利用しました。最大で500mAの電流を取り出す場合、0.1Vほど電圧降下が生じます。

AVR内蔵の1.1Vのリファレンスを利用して、500mAまで測定するために、増幅率を10 倍に設定します。これで最大1Vの電圧が出ます。

増幅用にオペアンプは非反転増幅を採用しました。増幅率を10倍にするために、R1 = 1Kオーム、R2 = 9Kオームになります。

実際には、微調整のためR2 は7オームの抵抗+5Kオームのボリュームにしています。

また、表示切り替え用にタクトスイッチを設置しました。

詳細は下記の回路図を参照下さい。

7seg-USB-AmpMeter schematic

7seg-USB-AmpMeter schematic

2. 組み立て

7segduinoの下に入る大きさの基板としました。J1, J2は7segduinoとの接続に利用します。

オペアンプは5V動作でレール・ツウ・レールの動作が必要になります。

7seg-USB-AmpMeter PCB

7seg-USB-AmpMeter PCB

3. ソフトウエア

0.5秒毎にアナログ入力1を読み込んで表示用に変換後に表示するだけの簡単なものです。

1秒毎に電流を積算する機能を実装しました。タクトスイッチを押している間、mA × Hourの表示に切り替わります。電源を投入後に流したエネルギー量がわかります。

充電機器などの場合に充電に使った容量がわかり便利です。

ArduinoからFTDIアダプタ経由で書き込み出来ます。スケッチをこちらに置きます。

※ 7segduino用のライブラリを使っていますので、ライブラリのインストールが必要です。

4. 調整

ボリュームを設置した場合にはテスタを直列に入れて校正をする必要があります.

50オーム程度の抵抗をUSBの負荷としてつないで、表示が100mAになるように調整して下さい。(写真は別の抵抗値で調整をしているところです)

7seg-USB-AmpMeter cal

7seg-USB-AmpMeter cal

5. 発展

Arduinoなので自分でプログラムを改造することは容易です。ちょっと考えても、以下の改造が出来そうです。

【測定電流を増やす】

今のスケッチでは500mAまでの測定でオーバーフローします。ADのリファレンスを5Vにすることで、更に多くの電流範囲まで測定可能です。

オーバーフローした場合に、リィファレンス電圧を5Vに切換えるようにすると良いでしょう。

【パソコンに記録を取る】

FTDIアダプタ側に測定値を表示するようにすれば、簡易なロガーとして充電の記録を作成することが出来ます。

6. 補遺

・本機ではAD変換部分の回路簡略化のため、グランド側に電流検出用の抵抗を入れています。

被測定機側のグランドと本機のグランドの電位が異なるため、注意が必要です。

特に、他の機器と組み合わせて利用するような場合や、USB機器の先に何かつなぐ場合には注意して下さい。

・7segduinoは4桁の7segment表示器と同じ大きさのArduino互換機です。

専用ライブラリを使うことで、7セグ表示器を使ったアプリケーションを簡単に作成することが出来ます。

スイッチサイエンスさんで発売中です。

(了)

  1. コメントはまだありません。
コメントは受け付けていません。