Arduino.ru

1. А что это за величина Resolution=0.0293? Насколько я помню, у 30-амперного датчика чувствительность 66мВ/А.

2. Идея выделять в сигнале амплитуду, чтобы затем пересчитать ее в действующее значение для синусоиды мне кажется порочной. Коль скоро мы можем измерить профиль, логичнее всего было бы его интегрировать. Так мы будем получать верное значение при любой форме сигнала.

вся проблема в том, что вы опрос делаете в основном цикле и получаете не равномерную выборку

равномерной я называю выборку в которой замеры тока делаются через равные промежутки времени

практически единственый вариант это сделать - это делать замеры по прерываниям ADC, а инициирование измерений делать или по таймеру или в режиме FreeRunning

чтобы более менее точно замерить ток, надо на одном полупериоде сделать как минимум сотню замеров, так как полупериоды в сети следуют с частотой 100 гц, получается, что минимальная частота выборки замеров должна быть 10кгц. Дальше в этой выборке нужно или считать среднеквадратичное если мы хотим получить RMS или находить максимум и пересчитывать его в действующее значение тока полелива на корень из 2 (примерно поделить на 1.41). Если у вас сиключительно конвекторы т.е только активная нагрузка то достаточно простого второго способа (поиск максимума)

можете примеры мои посмотреть http://radiokot.ru/articles/54/ и http://radiokot.ru/lab/controller/66/

там не ардуино, но код с небольшими изменениями (под мега328) можно скопировать или просто использовать для понимания

Обычно переменное напряжение (измерение тока делается через измерение напряжения) измеряется двумя способами (не считая экзотических типа термо)

1. Мост, выпрямление, сглаживание и измерение постоянного напряжения (дешевые мультиметры)

2. True RMS   обычно написано в документации это оцифровка сигнала и его интегрирование.  Есть специальный проект http://openenergymonitor.org, там есть решения и для ардуино с библиотекой https://github.com/openenergymonitor/EmonLib.  Я использую эту библиотеку с небольшими доработками, Все достаточно корректно рабоатет.

Смотрите в сторону готовых уже опробованных решений.

Народный мониторинг это передача данных раз 3-5 минут. У вас много времени можно сделать 10-100 замеров по прерыванию (или без него) и усреднить значения.  Пока в Вашей задаче проблем не вижу. Аналогичную задачу (измерение напряжения, тока мощности и коэффициента мощности я реализовал)  см

http://arduino.ru/forum/proekty/kontrol-za-teplovym-nasosom-na-arduino-uno

можите код позаимстовать от туда.

Resolution=0.0293 - это 30/1024 Амперов в одном делении АЦП.

Интегрировать - правильный путь, но заранее известно, что сигнал это синусоида. Я стал мерить часто как это возможно, чтобы убедится, что успеваю поймать максимум. Кстати всего 168-172 измерения получается за 20 милисекунд. Для моего "частного" случая (бытовые 220В частота в 50 Гц) достаточным будет 100 раз за период.

Вы говорите: "Насколько я помню, у 30-амперного датчика чувствительность 66мВ/А." Надо подумать. Что то у меня явно не так.

Я полагал, что 30А - это на всю шкалу 5 Вольт. Поскольку, 0Ампер -это 2,5Вольта, то 30 Ампер в одном направлении будет  4,48 Вольта или если в другом, то 0,52 Вольта.

Получается, что 30Ампер - это 917 единиц АЦП, а -30А -это 106 единиц АЦП.

Когда я Включаю чайник у меня максимум за период синусоиды на АЦП 670 единиц, что соответствует 670 - 511(значение нуля) =  159 единиц = 11,75 Ампер =Амплитуда.

Измеренное действующее значение синусоидального тока для чайника 2,2-2,4 кВт -> 8,31 Ампера. Вполне честный результат (надо еще оценить погрешность)).

Все! Ошибка найдена! Амплитуда показаний датчика уже, чем я полагал изначально: 0.52 В это -30А, а 4,48 это +30А

Переделаю программу и положу результат сюда. Всем спасибо!

Спасибо за ссылки. Проанализирую.

Просто заранее известно, что действующее значение напряжения 220В и дальше совершаю достаточное > 100 измерений показаний с датчика, нахожу максимум и для синусоиды делю на корень квадратный из двух. Получаю действующее значение тока. Далее вычисляю мощьность действ ток умножаю на действ напряжение. И эта мощность в разы меньше заявленной на приборах. Я измерял ток на электрочайнике (активная нагрузка) и на фене (сложная нагрев и электродвигатель). В обоиз случаях разнича в разы.

Разве имеет значение активная или неактивная нагрузка если я вычисляю мощность по действующим значениям?

повторюсь.....
http://gizmosnack.blogspot.se/2014/11/power-plug-energy-meter-now-wireless.html
http://gizmosnack.blogspot.se/2014/10/power-plug-energy-meter-hack.html

https://hackaday.com/?s=power+meter

и кнопочка внизу:  <---   Older posts   для листания

http://geektimes.ru/post/259248/
http://majordomo.smartliving.ru/forum/viewtopic.php?f=4&t=2347
 

имеет. Форма сигнала (в том числе и по току) на реактивной нагрузке будет отличаться от синуса, возможно даже сильно. В этом случае формула МАКСИМУМ/1.41 не работает, в этом варианте нужно считать среднеквадратияное то есть RMS

Изучил материал на http://openenergymonitor.org. в библиотеке EmonLib авторы не парятся, чтобы уловить один период сигнала. Просто измеряют столько времени сколько понядобится для заданного количества замеров. Типа чем больше замеров, тем точнее?

Еще интересно период замеров одинаковый внутри цикла? 

double EnergyMonitor::calcIrms(unsigned int Number_of_Samples)
{
  
   #if defined emonTxV3
	int SupplyVoltage=3300;
   #else 
	int SupplyVoltage = readVcc();
   #endif

  
  for (unsigned int n = 0; n < Number_of_Samples; n++)
  {
    sampleI = analogRead(inPinI);

    // Digital low pass filter extracts the 2.5 V or 1.65 V dc offset, 
	//  then subtract this - signal is now centered on 0 counts.
    offsetI = (offsetI + (sampleI-offsetI)/1024);
	filteredI = sampleI - offsetI;

    // Root-mean-square method current
    // 1) square current values
    sqI = filteredI * filteredI;
    // 2) sum 
    sumI += sqI;
  }

  double I_RATIO = ICAL *((SupplyVoltage/1000.0) / (ADC_COUNTS));
  Irms = I_RATIO * sqrt(sumI / Number_of_Samples); 

  //Reset accumulators
  sumI = 0;
//--------------------------------------------------------------------------------------       
 
  return Irms;
}

А Вы не знали?

Случайная погрешность, которой грешат все аналоговые датчики, уменьшаеся пропорционально квадратному корню из числа измерений.

Форму сигнала при таком раскладе не нарисуешь. По делу то она не нужна, но было бы красиво. Форма напряжения и тока.) Наверное можно, придется фиксировать время каждого измерения, искать переход через 0 и усреднять значения из разных периодов. На ATMEGA328 это не сделать. Буду делать с большим количеством отсчетов.

Вот код, который считает ток, пытаясь произвести измерения не чаще 200 мксек (100 раз за период), но успевает сделать только 60 внутри периода.

Скорости работы платы не хватает((.

// Данная программа успевает померить синусоиду только 60 раз внутри периода

long now; // Время сейчас
long nowmc;
long LastMeasure=0; // Время последнего измерения
long DeltaMeasure=1000; // Интервал измерений
long DeltaMeasureSinPeriod=20; // Период синусоиды для измерения значений 50 Герц
long DeltaMeasureinSinPeriod=200; // Период измерения внутри периода в микросекундах
long endofinterval=0;
long LastMeasureSinPeriod=0; //
long LastSerialPrint=0; // Время последнего вывода в серийный порт
long DeltaSerialPrint=5000; // Интервал вывода в серийный порт
long EndOfPeriod=0; // Конец периода измерения 
double Resolution=0.0739; // Ампер в 1 делении АЦП для 0.066В датчика 30А  1/0.066/5/1024
int Input[6]; // Массив для хранения результатов измерения всех АЦП
//int CurrentArray[175];
int analogChannel=0; // Пока измерения произвожу только на одном входе
int Input_currentLast=0; // Предидущее измерение моментального значения тока в единицах АЦП
int Input_current=0; // Текущее значение моментального значения тока в единицах АЦП
unsigned long SumKvadrat2=0; // Сумма квадратов соседних измерений
double Input_current_rms=0; // Действующее значение тока за период
long i=0; // Счетчик измерений внутри периода
//long ii=0;
long lasti; // Предидущее значение счетчика измерений

void setup() {
  Serial.begin(115200);
   while (!Serial) {
    ; // wait for serial port to connect. Needed for Leonardo only
  }

}

void loop() {
  now = millis(); // Время от начала в милисекундах
  if (now >= EndOfPeriod) { // Проверка, что не находимся внутри периода измерений синусоиды тока (можно снова мерить)
    if (now >= LastMeasure + DeltaMeasure) { // Проверяем, что не находимся в интервале между измерениями (можно снова мерить)
      // сбросить результат и выставляем условия для начала измерений в следующем цикле
      Input_currentLast=Input[analogChannel];
      Input_current=0;
      Input[analogChannel] = 511;
      //Input[analogChannel] = 0;
      EndOfPeriod = now + DeltaMeasureSinPeriod;
      lasti=i;
      Input_current_rms = sqrt(SumKvadrat2 / lasti) * Resolution;
      SumKvadrat2=0;
      i=0;
    }
  }
  else {
      nowmc = micros(); // Время от начала в микросекундах
      if (nowmc >= endofinterval) {
        i++;
        measure(); // Идем мерить один отсчет
      }
  }
  // Если пора печатать, то печатаем
  if (now >= LastSerialPrint + DeltaSerialPrint) {
    //Input_current_rms = ((Input_currentLast - 511) * Resolution) / 1.4142; // Вычисляем действующее значение тока на периоде: отнимаем постоянные показания датчика (511) и умножаем на амперы в единице АЦП и делим на корень из 2 (для гармонических колебаний)
   // * Resolution) / 1.4142);
    Serial.print (" Pin A=");
    Serial.print (analogChannel);
    Serial.print (" value=");
    Serial.print (Input_currentLast);
    Serial.print (" Irms=");
    Serial.print (Input_current_rms);
    Serial.print (" i="); // просто интересно сколько раз МК успевает померить сигнал на АЦП
    Serial.println (lasti);
    //for (ii=1;ii<=lasti;ii++) {
    //  Serial.println (CurrentArray[ii]);
    //}
    //ii=0;
    LastSerialPrint=now;
  }
}

void measure ()
{
    Input_current = analogRead(analogChannel); // получаем значение на АЦП
    endofinterval = micros() + DeltaMeasureinSinPeriod;
    //CurrentArray[i] = Input_current;
      SumKvadrat2+=sq(511-Input_current);
      //if (Input_current >= Input[analogChannel]) // сравниваем его с предидущим и оставляем большее (ищем максимальное значение измерения в периоде синусоиды, чтобы найти амплитуду тока)
      //{
      //  Input[analogChannel] = Input_current;
      //  //Serial.println (Input_current);
      //}
}

Вернусь на максимальное количество внутри периода (получалось 162 раза) без проверки, что уже прошло 200 микросекунд.

Еще добавлю возможность измерять несколько периодов подряд или буду сохранять измерения разных периодов с усреднением.

dimontie, функция analogRead не предназначена для скоростной оцифровки, для этого существует специальный режим ацп с использованием прерывания. Даташит в помощь :)

Может кому пригодиться кусок кода из большого проекта, работает уже год, меряетт ток на мой взгляд очень точно. Лампочка 60 ватт при 230 вольт выдает 0,26-0,27А. Данные на сервер в куске кода передаются в мА. 

Ток меряется постоянно, раз в установленное время отправлет данные на сервер. 

Все что нужно "просто добавь воды" - указать свои пины куда подключены датчики тока. Скетч для трех датчиков. (трехфазка) 

#define   PIN_FAZA1   A5 // Куда воткнут датчик тока на первой фазе
#define   PIN_FAZA2   A6 // Куда воткнут датчик тока на второй фазе
#define   PIN_FAZA3   A7 // Куда воткнут датчик тока на третьей фазе

//=======================Класс для энергоснабжения====================
class energo{
  public: 
    energo(int,int);
    void start_sensor();
    void get_mAmper();
  private:
    int pin_faza;
    int numer_faza;
    int current_apmer=0; 
    const unsigned long sampleTime = 100000UL; //образец 100мс для 50грц
    const unsigned long numSamples = 250UL; //какое количество значений берем чтобы получить точный результат, но и чтобы не загубить АЦП
    const unsigned long sampleInterval = sampleTime/numSamples; //интервал выборки, должен быть больше, чем  время преобразования АЦП
    int adc_zero1; //Переменная автоматической калибровки
    unsigned long int periodSend_mysql=180000; //период через который отправляем данные на сервер.
    unsigned long int nextSend_mysql=30000; // следующее время отправки данных на сервер, сначала делаем задержку иначе получим первые показания фигню.
    unsigned long int mAmper_period=0; //кубышка куда складываем значение силы тока внутри периода измерений...
    int maxAmper_value=0; // предыдущее значение измерения силы тока
    int countMonitoring=0; // счетчик измерений
    int mysql_id_service=10;  //id сервиса в системе
    int mysql_actionGet_amper=36; //id action в системе
    int mysql_actionOff_amper; // на фига объявил не знаю, наверное прозапас. 
    
     };

energo::energo(int _numer_faza,int _pin_faza){  //конструктор пустой почти, вычисления внутри конструктора - риутал вызывающий потом зеленых человечков..   
         numer_faza=_numer_faza;
         pin_faza=_pin_faza;        
                              }
// тут калибруем датчик
void energo::start_sensor(){
  long VQ = 0;
  pinMode(pin_faza,INPUT);
  Serial.println(pin_faza);
  //читаем 5000 раз
   for (int i=0; i<5000; i++) {
       VQ+=analogRead(pin_faza);
       delay(1); //где то вычитал, на фига не знаю. но убирать нельзя!!!!!
 
                              }
   VQ /= 5000;
   //Вывод в монитор на позырить - в продуктиве убрать!
   Serial.print(map(VQ, 0, 1023, 0, 5000));Serial.println(" mV");
   adc_zero1=int(VQ); //коэфициентик посчиатлся.. 
 
   
    }                              

void energo::get_mAmper(){
    unsigned long currentAcc = 0;
    unsigned int count = 0;
    unsigned long prevMicros = micros()-sampleInterval;
    unsigned int mAmper=0;
    int rms_int=0;
//Далше начинается магия сперто из модного учебника  и забыто, НЕ ЛЕЗТЬ, а то фиг вспомнишь!
 while (count < numSamples)
    {
     if (micros()-prevMicros >= sampleInterval)
        {
         int adc_raw = analogRead(pin_faza)-adc_zero1;
         currentAcc += (unsigned long)(adc_raw * adc_raw);
         ++count;
         prevMicros += sampleInterval;
         }
     }
 float rms = sqrt((float)currentAcc/(float)numSamples) * (75.7576 / 1024.0); // Для татчика 30А,  другие номиналы вместо 75.7576 берем килькилятор и высчитываем 

//Магия закончилась - начинается бытовуха!
 rms_int=rms*1000; //переводим из дробных ампер в целые милиамперы
 mAmper_period+=rms_int; //складываем показания в одну кубышку
 if (rms_int>maxAmper_value)maxAmper_value=rms_int; //вычисляем пиковый ток в периоде.
 
 countMonitoring++; //увеличиваем счетчик количества снятых показаний
//закоментировано для форума -  части переменных в этом коде нет.. Для примера
 /* if(nextSend_mysql<millis()){ // если пришла пора отправлять данные на сервер - отправляем
       mAmper=mAmper_period/countMonitoring;
       command="";
       command=String(id_user_system_mysql)+":"+String(mysql_id_service)+":"+String(mysql_actionGet_amper)+":"+String(pin_faza-54)+":"+String(numer_faza)+":"+String(mAmper)+":"+String(maxAmper_value);
       Serial.println(command);
       Serial1.flush();
       Serial1.println(command);                                                       
       command="";
       nextSend_mysql=millis()+periodSend_mysql;
       countMonitoring=0; // начинаем заново высчитывать среднее и пиковое значение
       mAmper_period=0;
       maxAmper_value=0;
       
    
                             }
                             */
                                                 }              
//Объявляем объекты
energo *faza1 = new energo(1,PIN_FAZA1);
energo *faza2 = new energo(2,PIN_FAZA2);                
energo *faza3 = new energo(3,PIN_FAZA3);

void setup{
     Serial.begin(9600);
     Serial1.begin(9600);
     faza1->start_sensor(); //запускаем датчики тока...
     faza2->start_sensor(); //целых 15 секунд ждем, но искусство требует жертв :)
     faza3->start_sensor(); //
                    }

void loop{
       faza1->get_mAmper(); //проверяем, анализируем и отправляем... 
       faza2->get_mAmper();
       faza3->get_mAmper();
                  }

Ты не прав, Axill !

Форма тока и напряжения (а также мощности) при реактивной нагрузке будет синусоидой.
Там ведь только фазы сдвигаются и идет перемножение одного синуса на другой, "...сдвинутый по фазе..."

А вот для нелинейной нагрузки - другое дело.

........

Поправьте, ежли я не прав...

Все верно говорите, 100Гц - за глаза. 

 У меня задача как раз и стояла чтобы мерять  среднее значение в периоде опроса и пиковое. 

Как видите на картинке пиковые значения есть в каждом периоде. Лампочкой накаливания щелкнул ток в 1.7 раза подскочил. В доме никто не живет на постоянке - наездами, поэтому таке маленькие покаатели. Качели потому что котел, так же управлемый arduino то сильнее то меньше топит + покомнонатное управление температурой, сервопривода туда сюда крутят нагрузку :) 

Класс.

Полезное действие АЦП откалибровать. Я не предусмотрел.

Я еще не реализовал свой проект((( Подзабил.

Получил ESP8266 и 12Е и на ней попробовал реализовать. Там АЦП успевает за период почти 3000 раз померить. И как сервер TCP, UDP работает, и как MQTT клиент. Планирую периодически соединяться на нее и получать данные.

У ESP есть библиотека с серво. Можно и регулятор крутить)).

Есть ряд нюансов: 3.3 вольта питания, 3.3 уровни логические и АЦП только 1, но памяти полно и производителность высока. 

Делаю 5В питание на датчик и с датчика через делитель на вход АЦП ESP-12E.