UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURAESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

PROYECTOS DE INGENIERIA

“ELABORACIÓN DE UN VATÍMETRO MONOFÁSICO A BAJA TENSIÓN 120VAC, BASADO EN EL SISTEMA DE HARDWARE LIBRE ARDUINO.”

Presentan:Mario José Platero Villatoro - PV201201

Jesús Alexander Ayala Renderos - AR201003

Concepción de la idea.

A medida avanza los descubrimientos tecnológicos los instrumentos usados para la medición eléctrica se van volviendo más digitalizados, hace unos 20 años no se tenía acceso a equipos que pudieran mostrar la información, de forma digital, de manera instantánea, o equipos que pudieran guardar la información de manera automática para realizar una descarga y hacer su análisis posteriormente.

En la actualidad, existen diferentes alternativas para la elaboración de hardware de medición y control que pueden dar una solución a bajo costo, esto aplicando la alternativa de Hardware Libre y Software Libre. Como primer acercamiento para la investigación y desarrollo de hardware libre, nos enfocaremos en el área de medición eléctrica de voltaje y corriente monofásica a baja tensión 120VAC, es decir, realizar un vatímetro digital.

FORMULACIÓN DEL PROYECTOEl proyecto se basa en la creación de instrumento de medición, en este caso un Vatímetro a baja tensión 120VAC basado en hardware libre Arduino; un vatímetro se usa para medir la potencia. Para esta medición se debe conectar a la vez la señal de voltaje y corriente del circuito que se desea medir.

Es importante considerar la polaridad del voltímetro y el sentido del flujo de la corriente para una correcta medida.

OBJETIVO GENERAL

Implementación de un prototipo eléctrico capaz de medir potencia en las condiciones de consumo de energía eléctrica.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS Investigar la captura de datos y el procesamiento de datos para la

obtención de la potencia consumida, mediante la utilización de la tarjeta Arduino.

Diseñar estrategias de rendimiento para la implementación del vatímetro digital.

EL VATÍMETRO.

El vatímetro es un instrumento capaz de medir la potencia promedio consumida en un circuito. Según la definición de potencia, un vatímetro debe ser un instrumento que realice el producto de dos señales eléctricas.

TIPOS DE VATIMETROS

Los análogos : La bobina móvil tiene una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la potencia medida. Una corriente que circule por las bobinas fijas genera un campo electromagnético cuya potencia es proporciona la corriente y está en fase con ella.

TIPOS DE VATIMETROS

El vatímetro digital: es un instrumento diseñado para medir y presentar en forma digital la variable voltaje y corriente.Al no poseer ninguna parte móvil, ni elementos mecánicos en la medición, proporciona una elevada confiabilidad y duración en el tiempo.

SISTEMA ARDUINOArduino: es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Se creó para artistas, diseñadores, aficionados y cualquiera interesado en crear entornos u objetos interactivos.

Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada de toda una gama de sensores y puede afectar aquello que le rodea controlando luces, motores y otros actuadores.

Arduino MEGA

Arduino Mega 2560

¿QUÉ SON LOS SHIELDS?

Son placas que pueden ser conectadas encima de la placa Arduino extendiendo sus capacidades, pudiendo ser apilada una encima de la otra. Las diferentes shields siguen la misma filosofía que el conjunto original: son fáciles de montar, y baratas de producir.

ALGUNOS SHIELDS PARA ARDUINOArduino ethernet shield: Provee de la capacidad de conectarse a la red a

nuestra placa Arduino, por lo tanto podríamos enviar datos de sensores a una base de datos en internet, o mostrar los datos directamente en un sitio web.

Arduino GSM shield: Es capaz de enviar y recibir SMS, realizar y recibir llamadas de voz y de datos. El modulo utiliza GPRS.

Arduino TFT táctil shield V2.0 : Para utilizar interfaces gráficas potentes pero sencillas.

Arduino Wi-Fi shield: Posee conector para microSD y antena integrada y dota a nuestra placa Arduino de conexión a la red Wi-Fi.

MEDIDOR DE CORRIENTE INVASIVO –ASC 712 30A

El sensor ACS712 de Allegro, es un sensor de corriente por efecto hall, que provee un solución económica y precisa para medir corriente en AC o DC, ya sea en ambientes industriales o comerciales.Este Sensor funciona transformando un campo magnético surgido del paso de la corriente por un alambre de cobre interno en el sensor, y convirtiendo este campo en un voltaje variable.

Características del ACS712

SHIEL LCD 16X2

La placa LCD para Arduino permite a una placa Arduino mostrar información en una pantalla LCD con letras blancas y retroiluminación azul. Esta tarjeta se ha desarrollado para proporcionar una interfaz fácil de usar que permita a los usuarios navegar por el menú, hacer selecciones, entre otras.

SIMULACIÓN CON PROTEUS ISIS.

Labcenter Electronicos es la desarrolladora de la suite de diseño Proteus a la que pertenece el programa Isis, que permite la simulación de chips ATmega y es la que usemos para probar los circuitos que necesitemos a lo largo del proyecto. Por una parte se necesita el programa con la plantilla de Arduino, y por otra se necesita el programa que queremos simular con la extensión HEX.

SIMULACIÓN CON PROTEUS ISIS.

CIRCUITOS DE ACOPLE – VOLTAJE.

Nuestra red eléctrica ofrece un servicio de 120VAC RMS a una frecuencia de 60Hz. Esta señal eléctrica debe ser muestreada y llevada a un rango de voltaje dentro de los valores manejados con Arduino que son entre 0V y +5V.

CIRCUITOS DE ACOPLE – VOLTAJE.Este circuito se encuentra diseñado con un transformador de instrumentación que reduce el voltaje de 120 VAC, luego de esto ingresa a un puente rectificador para luego ingresar a un divisor de voltaje, dejando el rango de voltaje entre 0V y +4V; Este voltaje no debe superar los +5V porque es lo máximo que soporta Arduino en su entrada análoga. La forma de onda se encuentra reflejada en la ilustración 10.

Señal de muestra de Corriente.

La medición de corriente la realizamos por el sensor invasivo ACS712 que proporciona una solución para medición de corriente AC/DC. Esta Shield presenta un valor de 2.5VDC cuando la corriente tiene un valor de 0A y aumenta o disminuye a razón de 66mV por amperio de medición.

ANÁLISIS DE SEÑAL DE VOLTAJE CON SISTEMA ARDUINO.

Señal de muestra Proceso• Detectar el cruce por cero: El sistema

detecta cuando el valor de voltaje es 0V, es decir cuando hay un cruce por cero.

• Realizar un atraso de tiempo: Al detectar el cruce por cero, se hace un atraso de 4.17ms que es el equivalente a un cuarto del periodo, dejando la medición en el punto de voltaje máximo.

• Toma de muestra: En el punto máximo se realiza la toma de muestra señal, en este punto se toman 60 muestras que son promediadas antes de obtener el valor de medición.

ANÁLISIS DE SEÑAL DE VOLTAJE CON SISTEMA ARDUINO.• FFV: Factor de Forma de

Voltaje.• Vin: Voltaje de muestra que

ingresa al Arduino.• 1023: Resolución máxima de

Arduino.• : Para convertir de valor

máximo a RMS.

𝑽𝑨𝑪= 𝟓× 𝑭𝑭𝑽× 𝑽𝒊𝒏𝟏𝟎𝟐𝟑× ξ𝟐

ANÁLISIS DE SEÑAL DE CORRIENTE CON SISTEMA ARDUINO.el ACS712 muestra un voltaje DC con referencia a 2.5VDC cuando la corriente es cero, y que aumenta o disminuye entre un rango de 0V a +5V si la corriente varía entre -30A y +30A. Así que la primera aproximación es de colocar la referencia a 0 en el Arduino.

ANÁLISIS DE SEÑAL DE CORRIENTE CON SISTEMA ARDUINO.

• CAC: Medición de Corriente Alterna.• FFC: Factor de Forma de

Corriente.• Vcin: Entrada de medida en el

Arduino.• 1023: Resolución máxima de

Arduino.

𝑪𝑨𝑪= |𝑭𝑭𝑪× 𝟓× 𝑽𝒄𝒊𝒏𝟏𝟎𝟐𝟑 −𝟐.𝟓|

CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL CÓDIGO EN ARDUINO.

Setup

• Definición de librerías.• Definición de variables.• Mensaje de bienvenida.

Loop

• Detección de cruce por cero.• Captura de valores picos de voltaje y corriente.• Procesamiento de información.

Funciones

• Pantalla: Ajusta el resultado para mostrar en LCD.• Botones: Determina que función se está utilizando del menú.

GRACIAS