Shack DC-Power-Meter (Power Analyzer)

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1 by DG7XO Home DARC OV E E - Members Meine Station Selbstbauprojekte Links Downloads DB0HHS - Digi Gästebuch Kontakt Yaesu FT-R Relais Standlader C50 für Standard VLF nach KW-Konverter ICOM IC-740 FM-Unit AVR ATMega8 Testboard V zu 60V Konverter CQ-Caller Pres. Lincoln Repeater-Shift Kenwood USB CAT-Interface Shack DC Power Display geplantes.. Shack DC-Power-Meter (Power Analyzer) Veröffentlicht in der CQ-DL /006 Bei vielen steht das DC Netzteil für die Funkgeräte nicht gerade im Sichtkontakt oder gar in einer Dachbodenabseite (wie bei mir). Daher wollte ich eine zentrale Anzeige für Spannung und Strom im Shack haben. Entstanden ist eine Anzeige, die folgende Funktionen/Anzeigen erfüllt: Spannung in V (0-0V), Standardfunktion bei 3,8V Strom in A (0, - 50A) Spitzenstrom Leistung in W ( - 999W) elektrische Arbeit in kwh NEU V.0a: Kapazität in Ah für Akku-Betrieb Einschaltdauer in Stunden, nach Woche in Tagen Bargraph Balken oder kwh Anzeige per Taster NEU V.0a: Ah- oder Is-Anzeige per Jumper (JP) wählbar, auch im Betrieb LCD Beleuchtung in 0 Schritten einstellbar, Quittungston Speicherung der Beleuchtungsstufe bei NT Abschaltung Abschaltung der Beleuchtung wenn keine Last (PowerSave) Ab 4,9V Zwangsabschaltung der Verbraucher wenn Is Aktiv NEU V.0b: Zwangsabschaltung der Verbraucher wenn Ah Aktiv bei unter 0,8V NEU V.0a: Überspannungsüberwachung AUS bei Akku-Betrieb NEU V.0b: Unterspannungsüberwachung EIN bei Akku-Betrieb Anzeigen- und Messteil getrennt Leistungsmessbereich für den Bargraph Balken mit Jumper einstellbar, 400/750W Das Display beinhaltet nur das LCD Modul, ein paar Bauteile und einen Taster. Der Rest ist im Messteil untergebracht, dieser besteht aus der Messwerteaufbereitung, der Controllereinheit, Spannungsversorgung und Relais. Die Messeinheit und die Anzeige werden mit einem 6-poligen Diodenkabel verbunden, auf der Messteilseite ist ein DIN-Stecker und Print- Buchse vorgesehen.

2 Beim erstmaligen Einschalten wird man zum abgleichen der Spannung aufgefordert, falls die Genauigkeit der 3 Spannungsteiler Widerstände (%) nicht reicht. Dazu wird der Taster so oft gedrückt, bis die IST-Spannung eines Multimeters mit der Soll-Anzeige übereinstimmt. Die IST-Spannung im LCD-Display entspricht hierbei die vom uc durch den Spannungsteiler ermittelte Spannung. Dieser Vorgang sollte ohne Last und bei 3,8V erfolgen, somit dann auch kein Zutun des Anwenders erforderlich ist. Ist der SOLL-Spannungswert eingestellt, wird dieser nach 0s übernommen und im EEPROM abgespeichert. Möchte man diesen Vorgang wiederholen, reicht es, den Taster beim Einschalten gedrückt zu halten, bis ein entsprechender Hinweis im LCD erscheint. Als zweiter Abgleich muss der Operationsverstärker für den Strommessverstärker symmetrisiert werden, hierzu wir der Strom mit einem Multimeter kontrolliert und mit PT korrigiert. Mit PT wird noch der Kontrast des LCD Displays eingestellt, weitere Abgleicharbeiten sind nicht mehr erforderlich. Der Aufbau erfolgt bis ein paar Ausnahmen ohne SMD Bauteile, diese sind aber einfach zu verlöten. Die ICs werden mit IC-Fassungen gesockelt, hierzu sollten nur Präzisionsfassungen verwendet werden. Das teuerste Bauteil ist der Strom-Shunt, dessen Widerstandswert sehr klein gewählt wurde, um den Spannungsabfall so gering wie möglich zu halten. Daher kam ein Shut mit mohm und separaten Spannungsfühlern zum Einsatz. Um die Masse nicht durch den Shunt zu verfälschen, wurde dieser auf der positiven Seite untergebracht, weiteres siehe auch Schaltplan und Layout im PDF. Die Relais sind für ein 5A Standard Netzteil ausgelegt. Auf den Leiterbahnen unter den Relais müssen noch x,5mm Kupferdraht bzw. Litze aufgelötet werden, um den Spannungsabfall gering zu halten. (Wärmeentwicklung bei Dauerlast) Wer mehr Strom benötigt und die Sicherheitsabschaltung bei Überspannung nutzen möchte, sollte externe Relais mit ausreichender Stromfestigkeit verwenden. Der hier vorgestellte Aufbau geht wie schon erwähnt von einem Standard 5A NT aus. Im normalen Betrieb werden die Messgrößen U, I, Is und P angezeigt. Der Spitzenstrom wird rechts oben angezeigt, aus Platzgründen ohne Maßeinheit. Der Wert wird ständig nach oben korrigiert, bis kein Messwert größer ist als der zuvor gemessene, dieser wird dann für ca. sec angezeigt et cetera Der Taster ermöglicht das dimmen der LCD-Beleuchtung in 0 Schritten. Ein min. 400ms langes drücken schaltet zwischen der Power-Peak-Balken Anzeige und der elektrischen Arbeit um, da das x6 LCD Modul nicht ausreichend Platz für alle Information bieten kann. Während des gedrückt halten wird noch die aktuelle Laufzeit des Netzteiles in Stunden, nach einer Woche in Tagen anzeigt. Somit ist ein direkter Bezug der elek. Arbeit und die dazu verstreichende Zeit/Tage möglich. NEU: Für Akku-Betrieb wurde noch die Kapazitätsmessung in Ah hinzugefügt. Ist JP offen, bleibt die Standard-NT Funktion aktiv, so wie auch die Spannungsüberwachung und Zwangsabschaltung. JP geschlossen bewirkt die Ah Anzeige anstatt dem Spitzenstrom und die Spannungsüberwachung ist deaktiviert. Der Bargraph oder die elek. Arbeit sind auch hier weiterhin mit dem Taster wählbar. JP kann auch während des Betriebes betätigt werden, da die Ah im Hintergrund weiterhin ermittelt werden. Sind alle Verbraucher ausgeschaltet, bzw deren Stromaufnahme unter 00mA, schaltet der Mikrokontroller auf Power-Save um, zeigt diesen an und schaltet die Beleuchtung ab. Dies ist ein Vorteil, wenn zwar alle Geräte ausgeschaltet werden, dass Netzteil jedoch nicht. Auch werden weiterhin die Messwerte U, I, I s und W angezeigt. Durch den großen Strommessbereich von 0-50A ergibt sich eine Auflösung

3 von 50mA/Digit, da der A/D Wandler max. 0bit auflösen kann. Hinzukommt noch ein Fehler von +/- - Digit, bedingt durch das AD-Wandler Quantisierungsrauschen. Bei einer Stromaufnahme von 0A hat sich ein Fehler von % eingestellt. Der Spannungsmessbereich ist da etwas besser, hier wird eine Auflösung von 5mV/Digit erreicht. Die genannten Messfehler sind aber als Betriebsmessgerät völlig in Ordnung und stehen im guten Verhältnis Kosten/Aufwand und zur Messgenauigkeit. Ich habe wieder Schaltplan, Layout, Bestückungsplan und die Reichelt- Bestellliste als Archiv bereitgestellt. Der Aufbau sollte selbsterklärend sein, sonst einfach Fragen. Ein fertig gebrannter Mikrokontroller oder die Firmware kann von mir bezogen werden (SKP). Hier wieder ein paar Bilder (anklicken): Die fertige aufgebaute Schaltung ohne Gehäuse, rechts oben der mohm Shunt Messteil im geöffneten Gehäuse mit Shunt und Bedrahtung

4 Messteil im Gehäuse und Zuleitung/ Stecker Anzeige mit Belastung und Beleuchtun g 00%, unter der Power- Peak- Balken Anzeige mit Belastung und elek. Arbeit in kwh

5 Anzeige ohne Last und Beleuchtun g Aus, oben rechts der Taster, 50mA ist der Eigenbedarf Der gesamte Schaltplan, rechts oben der Anzeigentei l, der Rest die Messeinheit Als alternative, die SMD Version zum Einbau in das Netzteil - Oberseite

6 und die Unterseite mit den SMD Bauteilen Der komplette Aufbau zum Download => dc-power-display.pdf Der Messteil als SMD-Version für ein Einbau ins Netzteil nun ebenfalls fertig. Die Firmware ist im Format HEX und BIN für beide Platinen mit der Version.0a fertig gestellt. ( ) Version.0a ist in der Testphase, neue Funktionen siehe oben. Impressum Stand:

7 R 00nF C4 k 0µH L 00nF C3 +5V +V +V R4 R IN OUT C C C3 00nF IC nF 470uF 8 7 k 0k R6 PC6(/RESET) A AREF AVCC + Messeinheit PB6(XTAL/TOSC) PC0(ADC0) PC(ADC) PC(ADC) PC3(ADC3) PC4(ADC4/SDA) PC5(ADC5/SCL) PB7(XTAL/TOSC) PD0(RXD) PD(TXD) PD(INT0) PD3(INT) PD4(XCK/T0) VCC PD5(T) PD6(AIN0) PD7(AIN) IC 0k C5 +5V 00nF MEGA8-P 7,V D PB0(ICP) PB(OCA) PB(SS/OCB) PB3(MOSI/OC) PB4(MISO) PB5(SCK) V R 4,7k R3 4,7k JP PROG S +5V SCL SDA Buzzer Taster Grd. Q N 4,7k R Q3 BD39 k R Taster +5V DIM +V JP Peak-Balken JP offen = ca 400W offen = Is geschlossen = ca 750W geschlossen = Ah Dim C8 00nF K G5LE JP SG + D N448 - LAST LCD Einheit +_EINGANG +_AUSGANG MASSE IC3 VDD INT\ P0 5 P 5 6 SDA P 4 7 SCL P3 9 P4 0 A0 P5 A P6 3 A P7 R7 mohm 7 S O P +5V VSS 8 PCF8574P F/CM04P +V K C0 3 C nF 0nF LCD 4 RS VDD 5 R/W 6 E 7 DB0 VO 8 DB 9 DB 0 DB3 DB4 VSS DB5 3 DB6 A 4 DB7 K 6A PT 00k A E S IC4 5 0k 6 R3 TL08P Shack Power Anzeige für Spannung, Strom Spitzen-Strom, Leistung und Peak-Balken Spannungsbereich 0-0V Strommessbereich 0,-50A V.4a R9 R8 3 + C7 +5V A S E µf r / 0,% Q BS50 0k 0,% C9 00nF C 00nF 00k PT 0r R0

8 Shack DC-Power Display Part Value Bauform C 00nF RM5 C 00nF RM5 C3 470µF RM,5 C4 00nF RM5 C5 00nF RM,5 C6 entfällt RM,5 C7 entfällt RM,5 C8 00nF RM5 C9 00nF RM5 C0 00nF SMD06 C 0nF SMD06 C 00nF RM5 C3 00nF SMD06 R k /4W R 4,7k /4W R3 4,7k /4W R4 k /4W R5 0k /4W R6 0k /4W R7 mohm 0,5% Präz. R R8 00r / 0,% Präz. R R9 0k / 0,% Präz. R R0 0r /4W R k /4W R k /4W R3 0k /4W PT 00k SMD Poti PT 00k RM,5 Poti L 0µH RM0 IC ATMega8-6 DIL DIL IC µa7805 TO0 IC3 PCF8574T SMD SOP8 IC4 TL08P DIL Q BS50 Q NA Q3 BD39 D ZF7,5 D N448 SG Piezo-Summer IC Fassung 8Pol Präz. IC Fassung 8Pol Präz. LCD x6 LCD mit Bel. S Taster schließer K Relais 6A V 6-Ader Mike-Kabel Einzelschirm 6-Pol DIN Buchse Print 6-Pol DIN Stecker Metallgehäuse Br - Br5 Drahtbrücken 9x M,5x0 Schrauben x M,5 Muttern

9 Teilnehmer Anzahl Gesamt Teile Bestellung bei Fa. Reichelt.de / Conrad für Shack PowerMeter Anzahl Stück Artikel-Nr. Preis / St. Preis / Ges. Preis / Ges Stück ohne Front, Buchsen ohne Extras (Gehäuse, Rahmen etc) Bemerkungen 7 7 Z5U-5 00n 0,06 0,4 0,4 0,4 0,4 RM5 X7R-G06 0N 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 SMD 06 X7R-G06 00N 0,09 0,8 0,8 0,8 0,8 SMD rad /63 0,04 0,00 0,00 0,00 0,00 entfällt 0 0 SMD Elko /6 0,4 0,00 0,00 0,00 0,00 entfällt rad 470/5 0, 0, 0, 0, 0, RM5 (d0xh6) 3 3 Metall,0k 0,08 0,4 0,4 0,4 0,4 /4W Metall 4,7k 0,08 0,6 0,6 0,6 0,6 /4W 3 3 Metall 0k 0,08 0,4 0,4 0,4 0,4 /4W Metall k 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 /4W Metall 0 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 /4W MPR 00 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 /4W 0,% MPR 0k 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 /4W 0,% SMD PC5 00k 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 SMD Poti 64W-00k 0,64 0,64 0,64 0,64 0,64 Spindel Poti SMCC 0µ 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0µH Spule N448 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 ZF 7,5 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 Z-Diode 7,5V BS 50 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 NA 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 BD 39 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 ATMega 8-6 DIP,65,65,65,65,65 DIL Gehäuse µa ,7 0,7 0,7 0,7 0,7 5V/A Regler PCF 8574 T,60,60,60,60,60 SMD Gehäuse TL 08 DIP 0, 0, 0, 0, 0, DIL Gehäuse LCD 6C LED 6,95 6,95 6,95 6,95 6,95 LCD mit Beleuchtung LCD Front 6,0 6,0 6,0 LCD Frontrahmen mit Glas GS 8P 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 Präzisions-Fassung GS 8P-S 0,33 0,33 0,33 0,33 0,33 Präzisions-Fassung T 3A gn 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 Taster Fin V,70 3,40 3,40 3,40 Relais 6A ML (,5m pro Person) 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 Leitung uc => LCD max,5m 4 4 PKI 0A RT,45 5,80 5,80 Bananen-Buchsen PKI 0A SW,45,45,45 Bananen-Buchsen TEKO P,0,0,0,0 Gehäuse LCD TEKO B3,70,70,70,70 Gehäuse Messteil DIO-60 SME,55,55,55,55,55 DIN Stecker MABP 6 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 DIN Printbuchse Summer BM 5B?? 0,69 0,69 0,69 0, Versand-Anteil 0,00 0,00 0,00 0,00 Versandanteil Platinen gebohrt/verzinnt 0,00 0,00 0,00 0,00 selber ätzen PBV 0,00Ohm ,95 9,95 9,95 9,95 9,95 Präz. Shunt, bei Conrad kaufen Summen: 55,90 55,90 4,45 33,46 Model I Model II Model III Preise: Stand: Anzahl Teilnehmer: Call: Wer Buchsen, Gehäuse hat oder basteln will, kann diese Kosten sparen 8 Auch der LCD Rahmen dient nur der besseren Optik 9 Fett = Kostentreiber :-) (bei nur,5m Leitung minus 3,- 0 Teile-Bestellliste 0/006 DG7XO Stand: :55 Uhr

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12 + Ausg + Eing. je Relais 6A DG7XO +5V R7 5 6 Masse je Relais 6A JP V /006 NT Power Anzeige

13 0/006 DG7XO RS E DB4 DB5 DB6 DB V SDA SCL Tast 3 Ein OV E Bauprojekt! Adapter-Platine für I²C-Bus

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20 DC-Power-Meter für's Shack CQDL /006 by DG7XO ================================================ Moin Moin lieber Leser, in diesem ZIP File ist die Firmware V.0a und V.0b im BIN und HEX Format zum selber brennen enthalten. Damit die Schaltung richtig läuft, müssen in den Fusebits Einstellungen vorgenommen werden. Das wichtigste ist die Frequenz, daher bitte auf internen RC-Oszillator mit 8MHz einstellen, die RC-Korrektur ab Werk werden automatisch eingelesen. Wer TwinAVR nutzt, muss erst MHz einstellen, dann die Software brennen und zum Schluss die Fusebits gem. Bild setzen, dann sollte er laufen. Im Falle einer neuen Firmware sollte man gleich das Bit setzen, welches verhindert, dass das EEPROM beim brennen gelöscht wird. Somit bleiben die alten Einstellungen erhalten. Bei der Inbetriebnahme müssen immer LCD und Messeinheit verbunden sein, da das LCD über IC Bus angesteuert wird und sonst gegf. die INIT-Signale fehlen. Die Schaltung wurde bereits 8x im Rahmen eines OV-Selbstbauprojektes aufgebaut und bis auf den einen oder anderen Lötfehler liefen alle sofort. (siehe Homepage unter OV E) Meine Version (.00a) läuft schon 50 Tage durch und hat 58kWh gemessen :-) Bei Fragen einfach mailen => Viel Spass und 73 de Oliver, DG7XO Versions-Historie: ================= V.00a Spannung in V (0-5V), Standardfunktion bei 3,8V - Strom in A (0, - 50A) - Spitzenstrom - Leistung in W ( - 750W) - elektrische Arbeit in kwh - Einschaltzeit in Stunden, nach Woche in Tagen - Bargraph Balken oder kwh Anzeige per Taster - LCD Beleuchtung in 0 Schritten einstellbar, Quittungston - Speicherung der Beleuchtungsstufe bei NT Abschaltung - Abschaltung der Beleuchtung wenn keine Last (PowerSave) - Spannungsüberwachung, bei 5V Zwangsabschaltung der Verbraucher wenn Is - Anzeigen- und Messteil getrennt - Leistungsmessbereich für den Bargraph Balken mit Jumper einstellbar, 400/750W V.0a (CQDL Version!!!)

21 - Verbesserung der Anzeigeschwindigkeit für Spitzenstrom und dem Bargraphen. V.0a Spannung in V (0-0V), Standardfunktion bei 3,8V - Leistung in W ( - 999W) - Kapazität in Ah für Akku-Betrieb - Ah- oder Is-Anzeige per Jumper (JP) wählbar, auch im Betrieb - Spannungsüberwachung AUS bei Akku-Betrieb - Neues Platinenlayout V.50 V.0b Zwangsabschaltung der Verbraucher wenn Ah Aktiv und Akku-Spannung unter 0,8V - Unterspannungsüberwachung EIN bei Akku-Betrieb (JP geschlossen) - Aktuelle Unterlagen: - Schaltplan V.4a - Schaltplan SMD-Version V.4a - Layout Messteil V.50 - Layout LCD-Teil V0/006 - Layout SMD Version V Stand:..006