2013年1月31日木曜日

電流測定およびロガー

お久しぶりです。
今回は趣向を変えて自作基板の紹介を行いたいと思います。


お題はずばり「電流測定およびロガー」です。応用すれば電力も導き出せますよね。

作成した目的としては
1.フレッツミルエネでは思ったようなグラフが保存できなかった為自由度の高い数値だけのデータがほしかった。
2.フレッツミルエネは安いようで結構高い。安いコストで。
3.自分の頭をフル回転させてみたい
そんな思いから作成しました。


注意事項:
今回の実験・制作は電気・電子知識のある方を対象としています。
よくわからない方は素直にフレッツミルエネなどの既成品を購入することをお勧め致します。


さて作ったものはこちら
一番上に載っているものがそうでして、クランプ式電流センサー(私は秋葉原の千石電商さんで取り扱っているSCT-013-030を使用しております)の微弱電圧をAC→DC、昇圧して下のイーサーネットシールドを経由してArduinoに接続してあります。



Arduinoについて簡単に説明しておきます。
これはイタリアで作成されたマイコン基板でして、デジタル的にはLEDを点滅させてみたり
モーター駆動を制御してみたり。アナログ的には温度センサーなどを取り付けてその数値を
読み取ったりなど汎用性に富んだボードです。
私が使用しているのはArduino unoというまあ初心者が扱いやすいボードです。
一個だいたい3千円程度で購入できます。
また。この基板用にさまざまなシールド製品(ドーターボード?拡張基板?)があり
私はイーサーネットシールドというものを同時に購入しました。こちらは一個5千円前後です。
この2つだけで小さなWebサーバが作れちゃいます。
この業界では結構名が知れている製品ではあります。

さて話を戻しましょう。


やれることとしては

1.現在の電流値が電圧値となって出力されているセンサー値をブラウザで確認。(その際現在時刻、基板動作電圧の計測値も出力されます)
2.マイクロSDカードに1秒毎に記録。
3.リアルタイムクロックのみバッテリバックアップ(SDを取り外す際に電源を落としても時刻機能だけは動かしておきたいため)
4.arduinoのプログラムを書き換えることで さまざまなシステムへの応用
ということができます。

SCT-013-030は最大30Aまでを計測することが可能なセンサーでこれをACの片側にクランプ
するとこのセンサーは電流に応じた電圧を出力してくれます。

非接触なためほぼ安全(延長用の短いケーブルを買ってきてその線をクランプするようにすれば既存の線を加工する必要がなく、ショートする可能性も可能な限り少なくすることができると思います。)だと思います。

ただこのセンサーはDCの線であればDCの出力なのですが、ACを測ろうとすると当然出力も
ACの値が出力されます。
今回一番苦慮したのはそこでして、いかにしてArduinoに的確な数値を読み取ってもらうかが問題であり、自作した中では一番厄介な代物でした。
最初は「ピークだけ読み取れば簡単じゃん」と軽い考えはやはり甘かったです。
ArduinoのAD変換時間とピーク取得のタイミングがぴったりとはいかないからです。
AD変換最速でやってもピークの数値が想定の範囲を軽く超えてしまいます。

そこで色々な書物を読み漁り、たどり着いた回路を基板に落とし込んでみました。
結果としてはArduinoに最大30A時に1Vppの電圧が発生するセンサーの値を、ADするのに最適な電圧Max5Vにすることが可能になりました。
分解能力としてはArduino(正確にはAtmel社のATmega328P)の制限により5Vを1024段階で表現しているので約0.0048V=4.8mV単位で計測することが可能です。
これを30A時に5Vに当てはめると4.8mV時は約28.8mAとなり計測上28.8mA毎という計算になりますかな。

あとはソフトでAD変換数値をブラウザーで表示するようにしたのとマイクロSDに結果を出力するだけにして、計算は取得したパソコンでExcelなりRRDToolなりでグラフ化すれば使用電流の表が出来上がり。
使用電源はAC100を想定。VA値は直計算で出ますし、力率がわかれば電力だって計算できます。(世の中の電力計は80%で計算されているとどこかで聞いたことがありますが調べていません)

もっとも正確な数値であるかどうかはセンサーの精度によってしまうのでこれはいかんともしがたいところではあります。
ただ実測値を見てみると期待以上の精度を得ることができました。









とここまで引っ張っておいてさあ回路図を出しましょうと思ったのですがこんな回路誰でも思いつくし必要な人は作っているでしょう。





















そこで・・・




ほしい人は
1.回路図だけほしい。
2.基板設計図までほしい。
3.基板だけほしい。
4.基板と部品がほしい。
5.完成品がほしい。
に分けてそれぞれ適切な価格の意見を聞きたいと思います。
結構大変だったので必要であればその対価を頂きたいと思っています。
ほしいと思う人はご連絡ください。
回路図はLTspiceで設計し、EAGLEで基板を作成しています。
自前でエッチングし穴あけ加工も手作業です。
簡単な導通試験までは行いますが、それ以上は購入者様がご自身で行うスタンスです。
安いことにこしたことはないのですが、筆者がそれ相応と思えるまでは公表を控えようと思います。

どれだけの人が興味あるか知りたいし、なにより自分への「励ましの声」がどれだけあるか。
とてもわくわくしています。
ご意見ご感想お待ちしております。

タグ:電流測定 ロガー フレッツミルエネ SCT-013-030 Arduino イーサーネットシールド クランプ型 電流センサー AD変換 LTspice EAGLE