CNY70 +lm358 zliczanie impulsów

[k750i]

Witam!

Od jakiegoś czasu próbuję okiełznać zliczanie impulsów z licznika energii elektrycznej za pomocą

cny70. Pierwsze testy wypadły pomyślnie ale utknąłem w jednym miejscu.

Podłączyłem cny70 wg schematu (nie sugerujcie się napisem do atmegi-schemat ściągnięty z sieci)

W trakcie gdy przed czujnikiem znajduje się srebrna część tarczy to na mierniku wartość oscyluje

w granicach 4,45V. Po pojawieniu się czarnej części na tarczy napięcie wzrasta do 4,50V. i to jest wartość powtarzalna.

Zbudowałem układ którego zadaniem jest zapalenie diody jak czarna tarcza wykona obrót przed czujnikiem. schemat:

wg. tego schematu tak jak pisze- napięcie odniesienia ustawione na 0,45V- kręcąc potencjometrem dioda gaśnie i zapala się zgodnie z oczekiwaniami- czyli jest ok.

Po zmianie rezystorów tak aby napięcie odniesienia wynosiło 4,47v (zastosowane rezystory 20kΩ i 170kΩ) dioda się zaświeca po przekroczeniu 3,85V.i oczywiście gaśnie poniżej.

Czego ja nie wiem albo nie widzę, żę ten próg jest 3,85V a nie ustalony 4,47V?

Pozdrawiam

k750i

[Elvis]

Pierwsza rzecz, którą powinieneś doczytać to różnica między wzmacniaczem operacyjnym, a komparatorem. Oba mają taki sam symbol na schematach, często da się użyć wzmacniacza jako komparatora, ale to nadal różne układy. Chcesz porównywać napięcia - do tego potrzebny jest komparator, a używasz LM358, czyli wzmacniacz op.

Druga sprawa to wybór wzmacniacza. Dziadek lm358 jest dobry, bo tani - ma jednak swoje ograniczenia. Jedno z nich to zakres napięć wejściowych. Przeczytaj spokojnie dokumentację i zobacz jakie napięca na wejściu odwracającym i nieodwracającym są akceptowane. Na wszelki wypadek podpowiem: napięcie zasilania 5V - 1.5V, czyli to co próbujesz uzyskać jest poza jego zakresem pracy.

Jest jeszcze kilka rzeczy, które są istotne, ale na początek zakres napięć dyskwalifikuje lm358, więc musisz zmienić układ lub wybrać inny element. Przy okazji możesz zamiast wzmacniacza wybrać komparator.

[marek1707]

Uwagi Elvisa są bardzo słuszne i problem rzeczywiście leży w zakresie dopuszczalnych napięć wejściowych wzmacniacza LM358, ale układ da się uratować na dwa sposoby.

1. Zauważ, że napięcie wyjściowe czujnika (a właściwie jego "odległość" od +5V) zależy od prądu tranzystora i od wartości rezystora w jego kolektorze. Jeżeli na oporniku R2=10k dostajesz zmiany o 50mV to na oporniku 100k dostaniesz zmiany o 0.5V a to już coś. Spróbuj zmienić R2 i opowiedz co otrzymałeś.

2. Jeżeli masz dostępne wyższe zasilanie np. 9-12V, możesz z niego zasilać wzmacniacz. Wtedy zakres napięć obecnego czujnika 4.5-5V będzie wystarczająco odległy od zasilania +12V i LM358 będzie pracował poprawnie. Wtedy jednak jego napięcie wyjściowe podskoczy do 10V i czegoś takiego nie możesz podłączyć wprost do Arduino. Musisz na wyjściu zrobić jakiś prosty dzielnik np. 10k/10k.

I uwaga ogólna: zmiany które chcesz wykryć są małe. Jak rozumiem, problem leży w tym że z braku optyki czujnik widzi bardzo dużo innych rzeczy i "nie skupia się" na krawędzi tarczy. Jej zmiana koloru jest niewielką częścią całego obrazu, nie zmienia wiele w ilości światła padającego na czujnik i dlatego masz tak małe zmiany sygnału z kolektora. Spróbuj zastąpić ten zintegrowany czujnik zwykłą diodą podczerwoną i fotodiodą. Oba elementy (a w szczególności fotodioda) powinny mieć jak najwęższe stożki widzenia (5°?). Wtedy to co widzi detektor będzie prawie wyłącznie krawędzią tarczy. Po drugie krawędź tarczy może być biała/czarna tylko w świetle widzialnym a w podczerwieni może to być jednolite. Popróbuj z diodą np. żółtą lub zieloną i fotodiodą (także wąską) pracującą w świetle widzialnym. To trochę jak z antenami: to co stracisz w słabym czujniku/antenie bardzo trudno później odzyskać w dalszej elektronice.

[grg0]

Wydaje mi się, że takie czujniki przeważnie umieszcza się tak, aby na wyjściu był albo stan wysoki albo niski. Za miesiąc jak się zakurzy nie wiadomo jakie będziesz tam miał napięcie.

Sam czujnik można umieścić w obudowie z wąską szczeliną, albo zakleić taśmą zostawiając szczelinę i umieścić jak najbliżej tarczy.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Elvis]

Proponowałbym również przemyśleć sam sposób wykrywania impulsów - detekcja poziomu oświetlenia jest na ogół dość zawodna, lepiej skupić się na zmianach. Początek i koniec tarczy powoduje wzrost / spadek napięcia więc można analizować zmianę, zamiast wartości.

A czy przypadkiem taka tarcza nie jest wyposażona w magnes? Może zamiast czujnika optycznego dałoby się użyć czujnik halla?

[marek1707]

Gdyby miała magnes, bardzo łatwo byłoby taki miernik oszukać. Tarcza jest z aluminium i to prądy wirowe wzbudzane w niej przez uzwojenia stojana wprawiają ją w ruch.

Czyli rady są dwie:

- popraw sygnał przez modyfikację czujnika tak by widział jak najwęższy wycinek świata, najlepiej samą krawędź tarczy,
- zrób lepszą elektronikę 🙂

Jeszcze jednym problemem przy tak małych amplitudach sygnału czujnika jest wpływ otoczenia. Nawet jeśli nie będzie to 100Hz od lamp, to wpływ Słońca w okolicy licznika może istotnie przesuwać punkt pracy tranzystora. Te 50mV (czy nawet 500mV) zmian może wystąpić raz wokół 4.5V a raz wokół 3V i głupi komparator sobie z tym nie poradzi. Trzeba wtedy śledzić długoczasową składową stałą (czyli poziom tła) i dopiero względem niej ustawiać poziom komparacji lub tak jak sugeruje Elvis wykrywać szybkie zmiany na tle wolnych. To wszystko daje się robić i nie są to trudne rzeczy, ale najważniejsze to poprawić czujnik - tam najwięcej możesz ugrać prostymi metodami.

[ethanak]

A ja mam takie głupie pytanie... Jakiego rzędu są obroty tarczy?

[marek1707]

Nie miałeś nigdy takiego licznika? Dla pralki z grzałką 2kW to pewnie jakiś 1obr/s, ale podczas normalnego oświetlenia mieszkania to sporo wolniej.

[ethanak]

Miałem ale wolałem się upewnić.

Przecież przy tych obrotach spokojnie można to zrealizować podłączając forodiodę/fototranzystor do wejścia analogowego atmegi. Można również sterować diodą oświetlającą i brać pod uwagę różnice między oświetloną i nieoświetloną tarczą. Żadna elektronika typu wzmacniacze/komparatory nie jest potrzebna...

No ale ja jestem informatyk a nie elektronik, i mam swoje metody rozwiązywania problemów. Wolę klawiaturę niż lutownicę 🙂

[marek1707]

No właśnie Autor coś takiego zrobił i dostał 50mV sygnału. Ten czujnik to nic innego jak dioda świecąca i fotodioda w jednej obudowie. Chce doprowadzić impulsy (być może) do wejścia ATmegi, ale taka amplituda nie zostanie prawidłowo rozpoznana jako sygnały logiczne a do obróbki analogowej pewnie nie czuje się na siłach podjeść. I to właśnie wzmacniacz/komparator miałby zamienić 50mV na cyfrowe zero/jeden. Zastanawiamy się jak poprawić sam czujnik by sygnał był mocniejszy albo jak zmienić elektronikę by te 50mV lepiej zamieniała na 0/1.

Miał pewne konkretne pytanie bo coś go zastanowiło a na nie odpowiedzią nie było "Weź podłącz do ADC". Trzeba było rozumieć działanie wejść LM358, prawda?

[k750i]

Bardzo dziękuję wszystkim za pomoc.

Temat bardzo się rozwinął dlatego nie jestem w stanie każdego zacytować i odpowiedzieć za co przepraszam ale postaram się opisać moje zmagania.

kol. @elvis w piewszej kolejności zwrócił mi uwagę aby zamiast wzmacniacza operacyjnego użyć komparatora- zacząłem oglądać i czytać na ten temat i faktycznie lm358 to zły wybór- trzeba było iść od razu w komparator., następnie propozycja kol @marek1707 była strzałem w 10 i zmiana rezystora na wartość 100kΩ spowodowała że różnica w odczytach czarna/srebrna tarcza znacznie wzrosła.

Kolejna rzecz jaką znalazłem na zagranicznych forach - to ramka na czujniku cny70 mogła powodować że czujnik był odsunięty od szyby o kilka milimetrów i to juz mogło wpływać na odczyty i należało ja usunąć co tez uczyniłem.

Po tych modyfikacjach odczyty na czarnej tarczy wynosza ok. 2v na srebrnej poniżej 1v z różnymi oscylacjami- niemniej jednak jest duża.

Zacząłem szkicować schemat i trafiłem w sieci na gotowy schemat który był podobno zamieszczony w jakiejś zagranicznej gazecie elektronicznej. Niestety nie zdążyłem go dzisiaj w nocy złożyć i przetestować działania ale mam już posegregowane elementy.

mam jednak dwa pytanie odnośnie tego schematu-

Po co łączy się wejścia komparatora?

Czy do pinu 5 komparatora jest podpięty tylko kondensator? jakie jest jego zadanie?

Po okiełznaniu zliczania impulsów układ zostanie podłączony do esp8266 i dane będą wysyłane do thingspeak.

Podaję zródło schematu ale żadnych szczegółów więcej nie ma.

Pozdrawiam

[ Dodano: 01-03-2018, 11:04 ]

Potwierdzam działanie układu zgodnie z założeniami. Po ustawieniu progu zadziałania dioda radośnie mruga na widok czarnej kreski.

Obudowę do czujnika zrobiłem z kartonu i czarnej taśmy- brak wpływu światła na zlicznie impulsów.

Jak ukończę cały układ razem z posyłaniem danych pochwalę się na forum.

Pozdrawiam