DC akım, gerilim ve güç ölçümleri

 Bir elektronikçi için ölçüm çok önemlidir. Bunun için de her elektronikçide AVOMETRE dediğimiz ölçüm cihazlarından vardır. (Amper, Voltage, Ohm) Eskiden bu cihazlar analog idi. Yani bir d'arsonval ibreli galvanometreye akım ölçümü için çeşitli şönt dirençleri, gerilim ölçümü için gerilim bölücü dirençler ve direnç ölçümü için de Wheatstone köprüsü devresi ilave edilerek kurulmuş bir ölçü âleti... Daha sonra bu âletlerin gösterge kısmı sayısal (dijital) olanları yapıldı. İş o kadar ilerledi ve ileri gitti ki artık gerçek RMS ölçer, frekans ölçer, kapasite ölçer vs.. özellikler de bu avometrelere eklendi. Belki de bu çoklu işlevlerinden dolayı cihaz MULTİMETRE olarak da anlılama başladı. Ama bu multimetrelerin hâlâ bir kusuru vardır: Hızlı akım ve gerilim değişimlerinin ölçülmesi. Gerçekten, analog ibreli cihazlarda ibre hareketinin hızı, sayısal cihazlarda ise bir ölçüm döngüsünün hızı gibi sebeplerle ani ve hızlı akım ve gerilim değişimlerini ölçmek pek mümkün değildir.

  

Analog ve sayısal multimetreler

Kullandığımız avometrelerin bir diğer handikapı da ölçüm problarından kaynaklanır. Diyelim ki USB soketli bir güç kaynağının ölçümünü yapacaksınız. USB-A dediğimiz soket tipinde bile sokete probu sokmak oldukça zor ve mahzurlu olduğu gibi, mini, mikro ve c tipi usb soketlerinde artık bu da mümkün değildir.

Âni ve anlık yüksek akım çekebilen wi-fi özellikli MCU'lu devrelerin (ESP8266, ESP32 vb..) güç profillerini ortaya çıkarmak, USB soket vâsıtasıyla güç kaynağına bağlı devrelerin de keza güç profillerini öğrenmek için bir devreye ihtiyaç duyarsınız. Ayrıca, zaman zaman bir cihazın enerji tüketimini de bilmek istersiniz. Doğrudan USB-A soket vâsıyasıyla güç kaynağına bağlanan ve çıkışı da USB soketli olan çeşitli ölçüm devreleri piyasada bulunuyor. Bunların en son "modelleri" ölçüm bilgilerini bilgisayara da aktarıyor. Ama yaptıklatı işe göre oldukça tuzlu cihazlar bunlar. Onun için kendim ne yapabilirim diye oturup düşünmeye başladım.

Texas Instruments'in ürettiği INA219 adlı bir akım algılayıcı tümdevre var. Bu tümdevreyle yapılmış ve üzerinde şönt direnci de bulunan modüller piayasada bolca bulunabiliyor. Esas itibarıyla 3.2A ve 26V aralığında DC akım, gerilim ve güç ölçümü yapabiliyor bu tümdevre.

INA219 tümdevreli modül

I2C protokolü ile de ölçüm sonuçlarını dışarıya veriyor. Bu algılayıcı modülü bir ESP32 veya bir ESP8266 MCU ile biraraya getirdiğimizde yukarıda verilen aralıklar (0-26v, 3.2A) dahilinde ölçüm yapan bir cihaz hâline geliyor.

Devrenin şeması

Devrede, SDA hattı ESP32'nin GPIO27'sine, SCL hattı ise GPIO22'sine bağlanıyor. INA219 modülü, seviye problemleri oluşmaması için ESP32 devkit kartının sağladığı 3.3v ile besleniyor. INA219 tümdevresi iki yönlü akım ölçümü yapabilen bir tümdevre. Ama biz yük tarafının çektiği akımı ölşmek istediğimizden giriş için Vin+'yı, çıkış için Vin-'yi kullanacağız. Devrenin kullanım kolaylığı açısından giriş ve çıkış USB soketler üzerinden sağlanmıştır. USB üzerinden beslenen / doldurulan cihazları beslemek için kullanılan güç kaynakları düşünülerek girişte bir dişi mikto USB soket, çıkışta ise -tıpkı USB güç kaynaklarında olduğu gibi- bir USB A dişi soket kullanılmıştır. USB soketlerinin GND'ları biribirine doğrudan ve INA219 MODÜLÜNÜN GND hattına bağlanmıştır. (INA219 modülünün GND hattına bağlantı önemlidir!)

Şemada ESP32 devkit kartının sadece ilgili bacakları gösterilmiştir. ESP32 kartının beslemesi USB soketinden yapılmıştır.

(Devam edecek)