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v1.3

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Arduino v1.3のTrue RMSライブラリ

このリポジトリには、Arduino用のTruerms C ++ライブラリが含まれています。このライブラリを使用すると、ADC入力信号の平均値とRMS （ルート平均平方）または有効な値を計算することができます。このライブラリは、電圧と電流信号の両方からの実質的で見かけのパワーと力率を計算します。バージョン1.3から、エネルギー計量がプロジェクトに追加されました。

電流の電圧と電圧表現は、ADCの0-5V準拠電圧範囲内に測定量をスケーリングするために適切な入力回路を使用することにより、ArduinoのADCで測定できます。提供されたソリューションは、測定量をスケーリングするための簡単な方法を使用します。ユーザーは、AC入力電圧と電流のフルスケールのピーク間値を定義するだけです。測定された量の単位がボルトとアンペアで定義されると、計算された電力はWATTとWS（Joules）のエネルギーにあります。このライブラリは、他のプラットフォームに簡単に移植可能です。

関数

次のライブラリクラスが実装されています。

Average
Rms
Rms2
Power
Power2

平均は、ADCからの多くの入力サンプル（通常）からの平均値を計算します。 RMSまたはRMS2は、信号とPOWER2のルート平均平方値を計算することを目的としています。

RMS2とPower2は、サンプルタイムスロットの処理負担を広めることにより、割り込みサービスルーチンで使用するとパフォーマンスが向上します。 1回のRMS取得実行（スキャン）のサンプルの数は、ウィンドウとして定義されます。 RMS2とPower2は、自動ベースライン復元オプションがオン（BLR_ON）にあるときに、1つの追加のサンプルタイムスロット（ウィンドウ長+1）を占有します。

次の方法が存在します：

begin()
start()
stop()
update()
update1()
update2()
publish()

使用法

クイックスタートのために、ライブラリに付属のArduinoスケッチの例を確認してください。

これらは、実装を成功させるために従うべき手順です。

メンバー関数のbegin()で上記で定義されたクラスのインスタンスを初期化します。この方法は初期化のためであり、測定単位のスケーリング、サンプリングウィンドウのサイズ、使用されているADC（または入力信号）のビット数、および取得モード（連続スキャン/シングルスキャン）を設定するための入力が必要です。
start()を呼び出して、取得を開始します。
Power2のupdate() （またはupdate1() + update2() ）を一定の速度で繰り返し呼び出します。
publish()を呼び出して結果を取得します。

Power2クラスのupdate（）はupdate1()とupdate2()に分割されます。 update1()最初に呼び出して、入力電圧とupdate2()からサンプルを処理して、入力電流またはVICA VERSA（電圧電流）からサンプルを処理する必要があります。サンプリング電圧と電流は通常、多重化されたADCの場合に順番に発生します。

平均

クラスの平均使用の場合：

void begin(float range, unsigned char window, unsigned char nob, bool mode);

と：

range 、AC入力信号の最大予想フルスイング（ピーク間値）です。
windowサンプルウィンドウの長さは、全部のサンプルで表されます。
nobは、入力信号（ADCビット深度）のビット解像度です。事前定義された定数を使用します： ADC_8BIT 、 ADC_10BIT 、またはADC_12BIT 。
mode 、モードを連続スキャンまたはシングルスキャンに設定します。既存の定数CNT_SCANまたはSGL_SCANを使用します。

void start(void);この方法は、連続スキャンおよびシングルスキャンモードの取得を開始します。

void stop(void);この方法は、買収を停止します。

void update(int instVal);現在のサンプル値を割り当てます。

void publish(void);最後の完了した取得の実行から結果を公開します。結果は、次に定義されている出力変数にあります。

公共の定義された変数は次のとおりです。

int instVal最後に取得したサンプルの値

float average - 平均値の結果

bool acquire - ステータスビット、スキャンが保留中の場合は真です。

rmsまたはrms2

クラスRMSまたはRMS2の使用：

void begin(float range, unsigned char window, unsigned char nob, bool blr, bool mode);

と：

range 、ACシグナルの最大予想フルスイング（ピーク間値）です。
windowサンプルウィンドウの長さは、総数のサンプルで表されます。
nobは入力信号のビット解像度です。通常、これはADCビット深度です。事前定義された定数を使用します： ADC_8BIT 、 ADC_10BIT 、またはADC_12BIT 。
blr 、自動的にベースラインの復元機能をオンまたはオフに設定します。既存の定数BLR_ONまたはBLR_OFFを使用します。
mode 、モードを連続スキャンまたはシングルスキャンに設定します。既存の定数CNT_SCANまたはSGL_SCANを使用します。

void start(void);この方法は、連続スキャンおよびシングルスキャンモードの取得を開始します。

void stop(void);この方法は、買収を停止します。

void update(int instVal);現在のサンプル値を割り当てます。

void publish(void);最後の完了した取得の実行から結果を公開します。結果は、次に定義されている出力変数にあります。

公共の定義された変数は次のとおりです。

int instVal blr_onのときにベースラインに復元された最後に取得したサンプルの値

float rmsVal RMS値の結果

int dcBias -ADCユニットのDCBIAS値。 BLR_ONの場合にのみ関連性があります

bool acquireステータスビット、スキャンが保留中の場合は真実

力

クラスの電力使用の場合：

void begin(float range1, float range2, unsigned char window, unsigned char nob, bool blr, bool mode);

と：

range1, range2電圧と電流のACシグナル（ピーク間値）の最大予想フルスイングです。
windowサンプルウィンドウの長さは、総数のサンプルで表されます。
nobは入力信号のビット解像度です。通常、これはADCビット深度です。既存の定数（ ADC_8BIT 、 ADC_10BIT 、またはADC_12BITを使用します。
blr 、自動的にベースラインの復元機能をオンまたはオフに設定します。既存の定数BLR_ONまたはBLR_OFFを使用します。
mode 、モードを連続スキャンまたはシングルスキャンに設定します。既存の定数CNT_SCANまたはSGL_SCANを使用します。

void start(void);この方法は、連続スキャンおよびシングルスキャンモードの取得を開始します。

void stop(void);この方法は、買収を停止します。

void update(int instVal1, int instVal2);現在のサンプル値（電圧や電流など）を一度に割り当てます。

void publish(void);最後の完了した取得の実行から結果を公開します。結果は、次に定義されている出力変数にあります。

公共の定義された変数は次のとおりです。

int instVal1 blr_onのときにベースラインに復元された最後に取得したサンプル（電圧）の値

int instVal2 blr_onのときにベースラインに復元された最後に取得したサンプル（電流）の値

float rmsVal1 -rms value1（電圧）

float rmsVal2 -rms value2（current）

int dcBias1 -ADCユニットのDCBIAS1値。 BLR_ONの場合にのみ関連性があります

int dcBias2 -ADCユニットのDCBIAS2値。 BLR_ONの場合にのみ関連性があります

float apparentPwr見かけのパワー

float realPwrリアルパワー

float pf力率

float energy - ネットエネルギー

bool acquireステータスビット、スキャンが保留中の場合は真実

Power2

クラスPower2の使用：

void begin(float range1, float range2, unsigned char window, unsigned char nob, bool blr, bool mode);

と：

range1, range2電圧と電流のACシグナル（ピーク間値）の最大予想フルスイングです。
windowサンプルウィンドウの長さは、総数のサンプルで表されます。
nobは入力信号のビット解像度です。通常、これはADCビット深度です。既存の定数（ ADC_8BIT 、 ADC_10BIT 、またはADC_12BITを使用します。
blr 、自動的にベースラインの復元機能をオンまたはオフに設定します。既存の定数BLR_ONまたはBLR_OFFを使用します。
mode 、モードを連続スキャンまたはシングルスキャンに設定します。既存の定数CNT_SCANまたはSGL_SCANを使用します。

void start(void);この方法は、連続スキャンおよびシングルスキャンモードの取得を開始します。

void stop(void);この方法は、買収を停止します。

void update1(int instVal);電圧に現在のサンプル値を割り当てます。

void update2(int instVal);現在のサンプル値を現在のサンプル値を割り当てます。サンプリングループでupdate1()とupdate2()交互に呼び出します。

void publish(void);最後の完了した取得の実行から結果を公開します。結果は、次に定義されている出力変数から入手できます。

公共の定義された変数は次のとおりです。

int instVal1 blr_onのときにベースラインに復元された最後に取得したサンプル（電圧）の値

int instVal2 blr_onのときにベースラインに復元された最後に取得したサンプル（電流）の値

float rmsVal1 -rms value1（電圧）

float rmsVal2 -rms value2（current）

int dcBias1 -ADCユニットのDCBIAS1値。 BLR_ONの場合にのみ関連性があります

int dcBias2 -ADCユニットのDCBIAS2値。 BLR_ONの場合にのみ関連性があります

float apparentPwr 、見かけの力

float realPwrリアルパワー

float pf力率

float energy - ネットエネルギー

bool acquireステータスビット、スキャンが保留中の場合は真実

アプリケーションの例

最初にライブラリオブジェクトのインスタンスを作成します。たとえば、 Gridvoltを定義します。

 Rms gridVolt;

セットアップ関数のどこかでgridvoltを初期化します。

 void setup() {
	...
	gridVolt.begin(700, 40, ADC_10BIT, BLR_ON, CNT_SCAN);`
	...
}

議論は意味します：

完全なADC範囲（0〜5Volts）は、700Vの信号ピーク間値を表します。これは、正弦波で350Vまたは247.5VRMの信号振幅に等しくなります。

RMSウィンドウは40のサンプルです。つまり、サンプリングレートが1000サンプル/秒で選択された場合、ウィンドウが2つの50Hzサイクルを覆うことを意味します。

ADCビット解像度は10ビット（Arduino UNO）です。

BLR_ONは、ベースラインの復元がオンになっていることを意味します。 ADCを使用してACシグナルをキャプチャするには、ADC入力回路にDCオフセット電圧を追加することにより、信号のゼロ値をADC-rangeのミッドポイントにシフトする必要があります。このオフセットは、取得したADC値から一定の値を差し引くことにより、その後ソフトウェアで修正する必要があります。この修正はBLR_ONで自動的に実行でき、キャリブレーションは必要ありません。図1では、青い線は、5Vの電圧スイングと2.5Vでバイアスされた最大スケーリングされた入力信号を示しています。緑色の線は、1Vの振幅を持つ入力信号を示し、1V/SQRT（2）= 0.71VRMSを測定します。

オプションCNT_SCANを使用すると、取得は連続モードに設定されます。取得は、最後のスキャンを完了した後に自動的に再起動します。

gridVolt.update(adcVal);メインループからまたは割り込みサービスルーチン（ISR）から。ループが一定の速度で繰り返されることを確認してください。
gridVolt.publish()で結果を取得し、rms値を取得します： float Voltage = gridVolt.rmsVal;

 void loop() { // loop must run at 1kHz
	...
	adcValue = analogRead(AN0); // read the ADC.
	gridVolt.update(adcValue);
	
	counter++;
	if(counter >= 500) { // publish every 0.5s
	gridVolt.publish();
	Voltage = gridVolt.rmsVal;
	counter = 0;
	}
	...
	while(loop_timer_not_expired) {1}
	...
}

Arduinoスケッチの例

Measure_avg.inoこの例は、ADCで測定された信号の平均値を計算する方法を示しています。

Measure_rms.inoこの例では、ADC入力電圧のRMS値が決定されます。

AC_powermeter.inoこの例は、完全なAC電力測定アプリケーションを示しています。 2つのADCチャネルへの入力としての電流の電圧表現、電圧表現の両方が必要です。電圧と電流のRMS値、見かけの出力、実質力、力率を計算します。

AC_powermeter_advanced.inoこの例は、完全なAC電力測定アプリケーションも示しています。安定した測定値をより良くするために中断ベースで実行されます。電圧と電流は両方とも3kHzでサンプリングされます。 Arduino LEDが点灯すると、ADCクリップ（入力ピーク電圧が高すぎる）またはDCが範囲外にバイアスします。

Energy_metering.ino 、whの電圧、電流、実際の電力、および正味エネルギーを表示します。

ArduinoによるACライン測定

Arduino ADCとAC高電圧をインターフェースする最も簡単な方法は、たとえばLEM USA IncのLV 25-p電圧トランスデューサーなど、電圧トランスデューサーを使用することです。現在のセンシングの場合、 LEMは電圧トランスデューサーと同じ利点を持つLEM_LA55-Pも製造しています。

個別のコンポーネントから入力スケーリング回路を構築することを好む場合、テキサスインスツルメンツの電圧ソースインバーターリファレンスデザインに属するアプリケーションノートtiduay6c.pdfに詳細な設計の説明が記載されています。警告に注意してください！提案された回路は、Arduinoの0〜5V範囲に簡単に適合させることができます。

常に、安全のために分離トランスを使用してください！