Introducción

El ZMPT101B es un módulo que utiliza un transformador de voltaje para crear una salida analógica que puede ser utilizada por un microcontrolador, como Arduino, para medir la tensión de CA. Este tutorial te guiará sobre cómo usar el módulo ZMPT101B para medir la tensión de la red eléctrica.

Características Principales del ZMPT101B

• Rango de Medición de Voltaje: Puede medir voltaje de CA de hasta 250V, lo cual es adecuado para la mayoría de las aplicaciones domésticas y comerciales.

• Salida Analógica: Proporciona una salida analógica que puede ser leída por los microcontroladores. Esta salida es proporcional al voltaje de CA que se está midiendo.

• Simple de Usar: Con solo tres pines (VCC, GND y OUT), el ZMPT101B es bastante fácil de utilizar. Es compatible con cualquier microcontrolador que tenga una entrada de ADC (Analog to Digital Converter).

• Transformador de Voltaje: El componente principal del módulo es un pequeño transformador de voltaje de precisión. Este transformador tiene una resistencia en serie en la bobina primaria que limita la corriente que entra en el transformador. En la bobina secundaria, tiene una resistencia en paralelo que limita el voltaje de salida.

• Circuito de Acondicionamiento: El ZMPT101B tiene un circuito de acondicionamiento integrado que incluye un divisor de tensión y un amplificador operacional (OPAMP LM358). Este circuito agrega un voltaje de desplazamiento (offset) a la salida analógica.

• Desplazamiento de Voltaje: El desplazamiento de voltaje es necesario para mover positivamente la onda de salida, evitando así voltajes negativos y proporcionando un rango de voltaje que es compatible con el convertidor analógico a digital (ADC) en un microcontrolador. El voltaje de desplazamiento sera de VCC/2 : para una alimentación de 5V, el desplazamiento será de 2.5V, mientras que para una alimentación de 3.3V, el desplazamiento será de 1.65V.

Materiales Necesarios

• Un módulo ZMPT101B
• Una placa Arduino (Arduino Uno, por ejemplo)
• Cables de puente
• Software Arduino IDE

Precauciones de Seguridad

El módulo ZMPT101B se utilizará para medir la tensión de la red eléctrica, que es peligrosa. Debes tener mucho cuidado y asegurarte de que estás capacitado y equipado para trabajar de manera segura con voltajes altos.

Conexión del Módulo ZMPT101B

1. Conecta el pin VCC del módulo ZMPT101B a la salida de 5V en la placa Arduino.
2. Conecta el pin GND del módulo al pin GND (tierra) del Arduino.
3. Conecta el pin de salida analógica (ZMPT101B Out) al pin A0 en el Arduino.

Además, debes conectar la entrada del módulo ZMPT101B a la fuente de tensión de CA que deseas medir. Asegúrate de hacerlo de manera segura.

Preparación del entorno

Para este tutorial haremos uso de la biblioteca "ZMPT101B". Para instalarla en el IDE de Arduino, sigue estos pasos: dirígete a 'Sketch', luego a 'Incluir biblioteca' y finalmente selecciona 'Administrar bibliotecas...'. En la caja de búsqueda, escribe "ZMPT101B" y después haz clic en "Instalar" en la biblioteca que se muestra en la imagen.

Programación

Con el módulo ZMPT101B correctamente conectado a tu Arduino, el próximo paso es cargar el código al microcontrolador.Para hacerlo, simplemente copia el siguiente código en un nuevo sketch dentro del IDE de Arduino. Antes de subir el sketch al Arduino, asegúrate de seleccionar el tipo correcto de placa y el puerto correspondiente en el menú de herramientas del IDE. 

Conecta el sensor a la fuente AC que deseas medir, y abre el Serial Plotter a 115200 bauds, de esta forma se puede vizualizar la onda de salida del sensor.

Gira el potenciómetro en el sensor hasta que la salida esté libre de recortes y lo menos distorsionada posible, tal como se muestra en la imagen del lado derecho.

 Ahora en el IDE de arduino ve a Archivo-> Ejemplos->ZMPT101B->calibrate.

Modifica la linea:

#define ACTUAL_VOLTAGE 120.0f

Cambia 120 con el voltaje de referencia estes usando (puedes medirlo con un multímetro que pueda medir RMS), sube el sketch a tu arduino y abre el monitor serial, espera a que aparezca el valor de sensibilidad y copialo.

Copia el siguiente código y luego cambia el valor de SENSITIVITY en base al valor que obtuviste en el proceso anterior. Sube el código y luego abre el monitor serie para observar el valor de voltaje mostrado.

 getRmsVoltage(uint8_t loopCount = 1) : Este método calcula el valor eficaz (RMS) del voltaje durante un ciclo de onda. Si quieres obtener una medida más precisa, puedes hacer que el cálculo se realice durante varios ciclos especificando el número de iteraciones. Sin embargo, más iteraciones significarán un tiempo de cálculo más largo.

Resultados 

Para este ejemplo, se utilizó un voltaje de referencia de 120 VCA para calibrar. Después, se conectó un dimmer SCR que puede variar el valor RMS y se obtuvieron los siguientes valores por el monitor serial.

 Se probo con un osciloscopio y el valor medido es bastante cercano al real.

Puedes probar a girar un poco el potenciómetro para mejorar la presición.

 Conclusiones y consideraciones a tomar en cuenta

• Cuando las señales no son senoidales perfectas, puede dar lugar a errores de medición.
• Ruido y fluctuaciones de voltaje: El ruido eléctrico y las fluctuaciones de voltaje también pueden alterar la medición.

El módulo ZMPT101B es una herramienta útil para medir la tensión de CA en proyectos de Arduino. Con el cuidado adecuado y el código correcto, puedes utilizar este módulo para monitorear la tensión de la red eléctrica de manera efectiva y segura. Espero que este tutorial te haya sido útil para aprender a utilizar el módulo ZMPT101B.

Por último, recuerda siempre seguir las precauciones de seguridad al trabajar con voltajes altos para proteger tanto tus componentes como a ti mismo.