搜索
bottom↓
回复: 67

DIY第一波——家用功率计

[复制链接]

出0入0汤圆

发表于 2010-3-6 20:42:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
话说某日市场看见“XX功率插座”,一下子勾起05年的回忆。当时用的电脑是P4ExtremeEdition 3.4G,功耗130W,一开机就担心我的钱包。就DIY了一个功率计,当时的方案是用ATMega8做核心器件,LCM1206来显示,Mega8的ADC做采样,交替采集电流和电压,采样率是16ksps,这样每个工频半周期10ms可以采到80个电流和电压,每次采到一组电流和电压信号,立刻相乘,累加10个工频周期,算平均值即为有功功率。用电压和40次采集之前的电流相乘并累加去平均,即为无功功率。这个功率表做出来之后,测感性容性阻性负载都非常理想,误差在1%左右,但是!!!测电脑功率完全不准,误差在50%以上,电脑的开关电源电压和电流波形如图:

(原文件名:diy101.jpg)
功率表不准的原因找到了,是开关电源的电流波形只在电压的峰值附近出现,时间很短,幅值很大,问题是我的功率表的核心器件ATMega8的采样率也就那么大了,此题无解,功率表制作失败,扔垃圾桶里了。附带一个参考值,专用的功率计芯片典型如AD7755,内部两个采样900ksps的ADC。
刚好,捡到一个30uA/3800欧的表头

(原文件名:diy102.jpg)
这下子继续做我的功率计。先画了个草图大家抨击一下:

(原文件名:diy103.jpg)

出0入0汤圆

发表于 2010-3-6 20:47:43 | 显示全部楼层
有完整的图吗,顶一个

出0入0汤圆

发表于 2010-3-6 20:55:45 | 显示全部楼层
在这里也看到一个,不知道能不能成
http://www.izheteng.com/diy/enerjar.html

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2010-3-6 21:09:56 | 显示全部楼层
回复【2楼】mlhorizon
在这里也看到一个,不知道能不能成

-----------------------------------------------------------------------

PIC16F877A的Acquisition Time是40us,采样率是25ksps,结果就跟我在5年前失败的一样——如果电流波形谐波分量高的话,读数完全不可用。

出0入618汤圆

发表于 2010-3-6 21:59:52 | 显示全部楼层
STM32,双路1Msps ADC,虽然12位精度还有点低,DIY够玩了。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2010-3-6 22:04:16 | 显示全部楼层
回复【4楼】gzhuli 咕唧霖
STM32,双路1Msps ADC,虽然12位精度还有点低,DIY够玩了。
-----------------------------------------------------------------------

模拟式比较复古么,换句话说比较拽。放心,在我的DIY第二波里面,马上就要出现STM32的倩影了。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2010-3-7 00:18:38 | 显示全部楼层
说说新版功率计的原理吧!

R1是电流取样,R2、R3是电压取样,取样后的电压送到N1(AD633)上面相乘,比如电流usin(ωt),电压isin(ωt),则根据三角公式sinαsinβ = [cos(α-β)-cos(α+β)] /2,乘法器输出为0.5ui(cos0-cos(2ωt))=0.5ui-0.5uicos(2ωt),因为只有直流分量对表头起作用,去除交流分量后,乘法器输出0.5ui,也就是有功功率。如果功率表负载是纯容性或纯感性负载,则电流ucos(ωt),电压isin(ωt),根据三角公式cosαsinβ = [sin(α+β)-sin(α-β)]/2,乘法器输出为0.5ui(sin(2ωt)-sin0)=0.5uisin(2ωt),去除交流分量后,乘法器输出0,有功功率=0。

为了测试无功功率,设置了N2A,这个电路很简单,就是移向90度之后送到乘法器上,这样乘法器只会输出无功功率,有功分量在乘法器后无输出。开关SW1是选择有功无功的,图中位置是有功。最下面的TL431则提供无功功率的偏压,因为我选用的是指针表头,而无功功率是有正负极性的(对应感性、容性)!所以加上这个偏置电源,让无功功率为0的时候表针在中央位置。如果选用数字表头的话,这个偏压电路可以去掉。但是如果用成品数字表头要和乘法器公用电源的话,一样要看好表头原理图,弄清楚表头的正负电源和输入端的电压关系,谨慎连接,否则会烧表。

变压器就简单了,提供一个正负10V的电源。

出10入210汤圆

发表于 2010-3-7 08:23:46 | 显示全部楼层
本站已经收录了一个,可以参考:

(原文件名:enerjar.jpg)

   现在大多数新建的小区里都安装了数字电能表,我们的这一个跟它们非常类似,不同的是,它们“住”的是公寓,我们这一个就惨了点,虽然也号称是单间,却是罐头瓶。


   电能表的原理非常简单,堪称是功率=电压*电流的典型应用,功率的时间积分就是电能了。

   这个罐头瓶里的电能表来自EnerJar,作者开放了原理图和源代码,而且还提供了详细的制作指导。从原理图上看,电能表的电压测量是通过电阻分压网络和ADC实现的,而电流测量则使用了精密运放LT1167。功率和电能的计算则在主控CPU PIC16F877A中实现。


   如果我有一个这样的罐头瓶,我就把它连在家里的各个电器上,看看它们一天用多少电,这么做虽然现在没什么意义,只是电费涨价是早晚的事儿,到那个时候就有意义了。


   话说两头,EnerJar测量的电源是110V交流电,要想在国内使用,还需要进行改造。有一个叫做霍尔电流传感器的东西,不仅可以简化它的制作,而且可以扩大它的适用范围。这个霍尔电流传感器,是跟跟霍尔电流互感器不同的,霍尔电流传感器不仅可以测量交流电流,还可以测量直流电流,而且电流的测量范围也更大。


EnerJar - The do-it-yourself power meter [链接]



以上中文资料摘自:http://www.getproject.com.cn/post/57.html

出0入0汤圆

发表于 2010-3-7 09:31:41 | 显示全部楼层
jh

出0入0汤圆

发表于 2010-3-7 09:34:26 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2010-3-7 09:45:02 | 显示全部楼层
电能芯片 ade7753不错

直接SPI读功率

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2010-3-7 10:05:02 | 显示全部楼层
回复【7楼】rainbow 老陈
本站已经收录了一个,可以参考:

   现在大多数新建的小区里都安装了数字电能表,我们的这一个跟它们非常类似,不同的是,它们“住”的是公寓,我们这一个就惨了点,虽然也号称是单间,却是罐头瓶。  
   电能表的原理非常简单,堪称是功率=电压*电流的典型应用,功率的时间积分就是电能了。  
   这个罐头瓶里的电能表来自EnerJar,作者开放了原理图和源代码,而且还提供了详细的制作指导。从原理图......
-----------------------------------------------------------------------

这个东西我在3楼已经批驳过了,不会比我失败的那个功率计更好,主要原因是采样率太低。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2010-3-7 10:06:36 | 显示全部楼层
这个是pSpice仿真图,黄色为电压取样信号,紫色为经TL082移向90度后的电压信号,在纯阻性负载的条件下,橙色为有功功率输出,绿色是无功功率输出,可以看到无功功率为0。

(原文件名:diy104r.jpg)

出0入0汤圆

发表于 2010-3-7 16:22:16 | 显示全部楼层
不错,支持

出10入210汤圆

发表于 2010-3-10 08:21:46 | 显示全部楼层
原作者的这张图就是测的笔记本电脑的功耗,好像有用啊!

(原文件名:laptop-web_0.jpg)

出0入618汤圆

发表于 2010-3-10 18:01:36 | 显示全部楼层
回复【14楼】rainbow 老陈
原作者的这张图就是测的笔记本电脑的功耗,好像有用啊!
-----------------------------------------------------------------------

如果电源有主动PFC,那种还是能得出比较接近的数值的。

出0入0汤圆

发表于 2010-3-10 18:05:28 | 显示全部楼层
MARK

出0入0汤圆

发表于 2010-3-11 00:14:54 | 显示全部楼层
mark

出10入210汤圆

发表于 2010-3-11 00:26:32 | 显示全部楼层
回复【15楼】gzhuli 咕唧霖
回复【14楼】rainbow 老陈
原作者的这张图就是测的笔记本电脑的功耗,好像有用啊!  
-----------------------------------------------------------------------
如果电源有主动PFC,那种还是能得出比较接近的数值的。
-----------------------------------------------------------------------

谢谢!

下面这个有没有看过它的实用性。


PowerBox: The Safe AC Power Meter

文中写道:
The primary inspiration for our project was the EnerJar(也就是罐头瓶的那个)

Hardware was used to bring voltage levels into the appropriate range for the Mega32 internal ADC. In software, the Mega32 was used to sample the voltage levels at a frequency of 1 KHz and perform the appropriate calculations in real time. The software also handles interacting with the computer and controlling the relay switch.

The Mega32 ADC channels are multiplexed and not simultaneous. An external simultaneous ADC chip could have been used to sample current and voltage at the same time, resulting in slightly more accuracy. However, to save costs, the extra hardware was not used. The internal Mega32 ADC was switched in software to take one sample after the other. This was deemed good enough for our purposes.

Fixed point (20:12) was used instead of floating point to speed up multiplication and division operations. The Mega32 hardware performed floating point multiplication operations much slower than integer multiplication operations. Therefore, some accuracy was traded for speed.


原文网址:http://instruct1.cit.cornell.edu/courses/ee476/FinalProjects/s2008/cj72_xg37/cj72_xg37/index.html
保存的网页:点击此处下载 ourdev_537715.mht(文件大小:570K) (原文件名:PowerBox The Safe AC Power Meter.mht)

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2010-3-11 00:38:56 | 显示全部楼层
回复【18楼】rainbow 老陈
回复【15楼】gzhuli 咕唧霖
回复【14楼】rainbow 老陈  
原作者的这张图就是测的笔记本电脑的功耗,好像有用啊!   
-----------------------------------------------------------------------  
如果电源有主动PFC,那种还是能得出比较接近的数值的。
-----------------------------------------------------------------------
谢谢!
下面这个有没有看过它的实用性。
PowerBox: The Safe AC Power Meter
文中写道:
The primary inspiration for our project was the EnerJar(也就是罐头瓶的那个)
Hardware was used to br......
-----------------------------------------------------------------------

。。。。。实用性就别提了,实用的功率计/电度表采样率都是900ksps,,,翻了很多,就这水平了。。。玩玩还行,实用一边凉快去。。。。。

昨天乘法器已经到货了,不出所料,又是假货,这是连着第三次了,今天抽空测一下,如果不能用就给他曝光。

出0入0汤圆

发表于 2010-3-11 00:51:38 | 显示全部楼层
june4th

STM32的两路AD可以同步采样,值得考虑
你还可以试一试用真有效值芯片来做,比如LTC1966

出0入0汤圆

发表于 2010-3-11 01:01:12 | 显示全部楼层
记号一下……

出0入618汤圆

发表于 2010-3-11 01:06:20 | 显示全部楼层
回复【18楼】rainbow 老陈
-----------------------------------------------------------------------

看结果那段,测个纯阻性的灯泡都误差2.57%,测感性或容性的就差更远了。
这个比楼主的第一个失败作品更差,采样率才1k,楼主都做到8k了,测电脑开关电源还是有50%的误差呢。
如果一片AVR就能解决电能测量,各大厂商不用纷纷推出电能测量专用芯片了。

楼主的新设计可以工作得很好,把双刀双掷开关换成4053,用个AVR采样一下就可以得到高精度的数据。缺点就是模拟乘法器价格比较贵……

出0入0汤圆

发表于 2010-3-11 09:25:30 | 显示全部楼层
问一个问题: 功率计能不能不串在电源线上, 而是直接夹在电源线上测量, 这样感觉更有趣!
自己DIY的安全性更高!

出10入210汤圆

发表于 2010-3-11 10:24:15 | 显示全部楼层
现在只能期待楼主佳音.

出0入0汤圆

发表于 2010-3-11 10:25:50 | 显示全部楼层
mark

出0入618汤圆

发表于 2010-3-11 16:21:04 | 显示全部楼层
回复【23楼】zeropower 一块冰
问一个问题: 功率计能不能不串在电源线上, 而是直接夹在电源线上测量, 这样感觉更有趣!
自己DIY的安全性更高!
-----------------------------------------------------------------------

没办法,功率是怎么算的?电流乘以电压。电流可以夹在线上测量,电压不行,必须接到线上。

出0入0汤圆

发表于 2010-3-11 16:25:42 | 显示全部楼层
回复【26楼】gzhuli 咕唧霖
回复【23楼】zeropower 一块冰
问一个问题: 功率计能不能不串在电源线上, 而是直接夹在电源线上测量, 这样感觉更有趣!  
自己DIY的安全性更高!
-----------------------------------------------------------------------
没办法,功率是怎么算的?电流乘以电压。电流可以夹在线上测量,电压不行,必须接到线上。
-----------------------------------------------------------------------

电压测量可以用电压互感器,非常安全,隔离的,我就是这么做的

出0入618汤圆

发表于 2010-3-11 16:30:55 | 显示全部楼层
回复【27楼】VERY VERY低调
电压测量可以用电压互感器,非常安全,隔离的,我就是这么做的
-----------------------------------------------------------------------

23楼问的是夹在电源线上,按我的理解,他想要的是完全无接触的测量方式吧。

出0入0汤圆

发表于 2010-3-11 16:34:06 | 显示全部楼层
回复【28楼】gzhuli 咕唧霖
回复【27楼】VERY VERY低调
电压测量可以用电压互感器,非常安全,隔离的,我就是这么做的
-----------------------------------------------------------------------
23楼问的是夹在电源线上,按我的理解,他想要的是完全无接触的测量方式吧。
-----------------------------------------------------------------------

按我的理解,他想要的是安全性,不想直接搭线到220V上面,感觉危险。

出0入0汤圆

发表于 2010-3-11 16:47:08 | 显示全部楼层
mark··· 跟着学习

出0入0汤圆

发表于 2010-3-11 17:03:53 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2010-3-11 22:30:43 | 显示全部楼层
一个好消息,我这次买的乘法器可以用,虽然跟前两次一样,都是打磨货,但是测试确实是乘法器,型号是MPY634BM,但是隐隐能看到被打磨掉的MPY534xM字样。这个奸商太不要脸了,周五说能发货,周日才发出来,敢情这两天都在打磨芯片呢。中国人都怎么啦,为了点钱,居然这么不要脸。

出10入210汤圆

发表于 2010-3-12 01:39:23 | 显示全部楼层
也不一定是这个人打磨的,有可能他拿到的就是打磨近的。
再说磨一个IC也不至于要两天吧,这么慢连人工费都不止了。

出0入0汤圆

发表于 2010-3-13 13:01:18 | 显示全部楼层
学习

出0入0汤圆

发表于 2010-3-13 13:33:01 | 显示全部楼层
mark

出10入10汤圆

发表于 2010-3-13 17:33:38 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2010-3-13 17:50:40 | 显示全部楼层
回复【28楼】gzhuli 咕唧霖
回复【27楼】VERY VERY低调  
电压测量可以用电压互感器,非常安全,隔离的,我就是这么做的  
-----------------------------------------------------------------------  
23楼问的是夹在电源线上,按我的理解,他想要的是完全无接触的测量方式吧。
-----------------------------------------------------------------------

按我的理解,他想要的是安全性,不想直接搭线到220V上面,感觉危险

-----------------------------------------------------------------------
对啊, 我的意思是不直接搭在220V上, 就往电线一夹, 测出功率! 方便易用安全, 随便夹到哪里就测到哪里!
我知道电流是可以测出来, 电压应该可以向变压器的原理那样撤出来吧! 因为是交流的!

出0入0汤圆

发表于 2010-3-13 19:54:59 | 显示全部楼层
记号

出0入618汤圆

发表于 2010-3-14 03:03:12 | 显示全部楼层
回复【37楼】zeropower 一块冰
对啊, 我的意思是不直接搭在220V上, 就往电线一夹, 测出功率! 方便易用安全, 随便夹到哪里就测到哪里!
我知道电流是可以测出来, 电压应该可以向变压器的原理那样撤出来吧! 因为是交流的!
-----------------------------------------------------------------------

变压器不用接线到220V上面么?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2010-3-14 03:10:40 | 显示全部楼层
回复【39楼】gzhuli 咕唧霖
回复【37楼】zeropower 一块冰
对啊, 我的意思是不直接搭在220V上, 就往电线一夹, 测出功率! 方便易用安全, 随便夹到哪里就测到哪里!  
我知道电流是可以测出来, 电压应该可以向变压器的原理那样撤出来吧! 因为是交流的!
-----------------------------------------------------------------------
变压器不用接线到220V上面么?
-----------------------------------------------------------------------

后半夜还来顶贴啊?这个我已经完成了95%了,基本功能已经完备(除了重新整理布线和重画表头),黑咕隆咚的不好照。
第二波,透露一下,就是LCR电桥,原理性的东西上周就写完了,我现在最痛苦的是,怎么画都跟那个俄国人的太接近,给点突破性的建议。

出0入618汤圆

发表于 2010-3-14 03:30:15 | 显示全部楼层
回复【40楼】june4th
-----------------------------------------------------------------------

你不是用乘法器做么?

出0入0汤圆

发表于 2010-3-14 09:51:48 | 显示全部楼层
记号。

出0入0汤圆

发表于 2010-3-14 11:45:41 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2010-3-21 20:03:04 | 显示全部楼层
上周末就基本做完了,现在只差整理一下线还有重画表头了,效果还是很理想的。
原理图上电流取样和电压取样输出的相位是反得,所以有功功率输出是负电压,把X1、X2对换就好了,其他的没有什么错误。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2010-3-21 21:44:29 | 显示全部楼层
焊好的板子:

(原文件名:DSCN0397.JPG)


(原文件名:DSCN0398.JPG)
三个电位计,一个用来调整90度移向,剩下两个用于调整增益和无功功率的偏置电压。

电脑主机的电流波形,有功120W,无功18Var。
用耀华TA14Z-300电流互感器测量的,5A/V。


(原文件名:ADS00001.png)

出0入0汤圆

发表于 2010-3-22 00:25:12 | 显示全部楼层
洞洞板焊接的很pl
lz給我們詳細講講?

出0入0汤圆

发表于 2010-4-5 19:46:15 | 显示全部楼层
楼主是放弃了,还是正忙着调试

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2010-4-5 19:49:14 | 显示全部楼层
早就弄完了,被朋友借去用了。
没有软件,看图连线就行了,你还想怎么样?

出0入0汤圆

发表于 2010-4-5 20:43:53 | 显示全部楼层
mark!

出0入0汤圆

发表于 2010-5-20 09:06:59 | 显示全部楼层
LZ用STM32做出来了吗?

出0入0汤圆

发表于 2010-6-16 16:39:24 | 显示全部楼层
电阻比较漂亮哦

出0入0汤圆

发表于 2010-6-16 16:50:12 | 显示全部楼层
感觉45楼的电流波形有些失真.

出0入0汤圆

发表于 2010-9-16 00:29:57 | 显示全部楼层
回复【48楼】june4th 朴正欢
-----------------------------------------------------------------------

最后结果呢?

出0入0汤圆

发表于 2010-9-16 22:15:46 | 显示全部楼层
最后结果呢?

出0入0汤圆

发表于 2010-9-16 23:34:34 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2010-9-17 08:54:07 | 显示全部楼层
如何???

出0入0汤圆

发表于 2010-10-8 10:31:51 | 显示全部楼层
原创罐头瓶,有意思

出0入0汤圆

发表于 2011-10-5 18:33:43 | 显示全部楼层
做个记号

出0入0汤圆

发表于 2011-10-5 19:22:15 | 显示全部楼层
俺原来也打算做个了的。。。可后来有了个带485的电表。。直接读吧。

出0入0汤圆

发表于 2011-10-5 23:21:05 | 显示全部楼层
很好的资料啊~一定要DIY一个!!!

出0入0汤圆

发表于 2011-10-24 10:15:17 | 显示全部楼层
用ADE7755,还便宜还好用,很简单的。

出0入0汤圆

发表于 2011-11-4 13:11:02 | 显示全部楼层
MARK

出0入0汤圆

发表于 2011-11-4 13:22:23 | 显示全部楼层
MARK

出0入0汤圆

发表于 2011-11-4 13:39:24 | 显示全部楼层
mark!

出0入0汤圆

发表于 2011-11-4 14:02:24 | 显示全部楼层
学习了

出0入0汤圆

发表于 2012-2-24 09:06:50 | 显示全部楼层
MARK
回帖提示: 反政府言论将被立即封锁ID 在按“提交”前,请自问一下:我这样表达会给举报吗,会给自己惹麻烦吗? 另外:尽量不要使用Mark、顶等没有意义的回复。不得大量使用大字体和彩色字。【本论坛不允许直接上传手机拍摄图片,浪费大家下载带宽和论坛服务器空间,请压缩后(图片小于1兆)才上传。压缩方法可以在微信里面发给自己(不要勾选“原图),然后下载,就能得到压缩后的图片】。另外,手机版只能上传图片,要上传附件需要切换到电脑版(不需要使用电脑,手机上切换到电脑版就行,页面底部)。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

手机版|Archiver|amobbs.com 阿莫电子技术论坛 ( 粤ICP备2022115958号, 版权所有:东莞阿莫电子贸易商行 创办于2004年 (公安交互式论坛备案:44190002001997 ) )

GMT+8, 2024-4-29 15:16

© Since 2004 www.amobbs.com, 原www.ourdev.cn, 原www.ouravr.com

快速回复 返回顶部 返回列表