Obvod stejnosměrného voltmetru na bázi Arduino - konstrukční podrobnosti a testování

V tomto příspěvku budeme konstruovat DC voltmetr pomocí Arduina, kde jsou hodnoty zobrazeny na 16x2 LCD.

Navrhovaná konstrukce voltmetru může číst až 30 V s tolerancí +/- 0,5 voltu. Uvidíme, jak toto nastavení funguje, a prozkoumáme další možnosti, kterých můžeme dosáhnout kromě měření napětí.

Tento projekt je poměrně jednoduchý, dokonce i začátečníci to zvládnou s lehkostí, ale při prototypování obvodu je třeba dávat pozor, protože použijeme externí napětí, jakékoli nesprávné připojení k Arduinu může vést k fatálnímu poškození vaší desky.

Nechte varování stranou, prozkoumejme, jak funguje.

Zde používáme analogově-digitální proces převodu. Napětí z jakéhokoli zdroje je analogová funkce, hodnoty zobrazené na 16x2 LCD jsou digitální funkcí.

Úkolem je převod těchto analogových funkcí na digitální funkce. Naštěstí má Arduino funkce pro čtení analogových funkcí a jejich převod na diskrétní funkce.

Mikrokontrolér Arduino vybavený 10bitovým analogově-digitálním převodníkem (ADC). To znamená, že Arduino může číst 2 ^ 10 = 1024 diskrétních úrovní napětí.

Jinými slovy, napětí přivedené na analogový pin Arduina je vzorkováno 1024 diskrétních úrovní napětí vzhledem k referenčnímu napětí, které se vzorkovaná hodnota zobrazí na LCD. To je princip tohoto voltmetru nebo téměř jakéhokoli digitálního voltmetru.

Aplikované externí napětí však Arduino přímo neměřuje. Napětí se snižuje pomocí děličů napětí a v programu se provádí matematika, aby se získalo skutečné napětí.

Jak to funguje

Obvod se skládá ze dvou rezistorů, jednoho LCD displeje a Arduina, které je mozkem digitálního voltmetru. Dva rezistory fungují jako dělič napětí, uzel děliče je připojen k analogovému kolíku # A0 Arduina, který čte vstupní napětí. Je vytvořeno zemní spojení mezi Arduinem a externím zdrojem napětí.

Minimální napětí, které lze tímto voltmetrem měřit, je 0,1 V, tato prahová hodnota je nastavena v programu tak, aby po odpojení zdroje napětí četla 0,00 voltu a nezobrazovala naměřené hodnoty v důsledku statického náboje kolem měřicí sondy.

Autorův prototyp:

Při měření napětí neobracejte polaritu, nepoškodí to obvod, ale nečte žádné napětí a zobrazuje 0,00 V, dokud polaritu neopravíte. Otáčením potenciometru upravte kontrast LCD displeje na optimální úroveň.

Ujistěte se, že nepoužíváte žádný zdroj napětí, který by mohl nabodnout na více než 30 V, což by mohlo poškodit vaši desku Arduino. Technicky můžete zvýšit maximální měřicí napětí tohoto obvodu změnou hodnot rezistoru a úpravou programu, ale pro ilustrované nastavení je 30 V limit.

Pro přesné čtení zvolte pevné rezistory s minimální hodnotou tolerance, rezistory hrají důležitou roli při kalibraci čtení napětí.

Kruhový diagram:

Druhou možností tohoto voltmetru je, že můžeme program upravit tak, aby automatizoval některé úkoly.

Například detekujte plné napětí baterie a odpojte baterii od nabíječky nebo odpojte baterii, pokud napětí klesne pod přednastavenou úroveň napětí atd., Těchto úkolů lze dosáhnout i bez LCD displeje. To je však předmětem jiného článku.

Program:

//--------Program developed by R.Girish---------//
#include
LiquidCrystal lcd(12,11,5,4,3,2)
int analogInput = 0
float vout = 0.0
float vin = 0.0
float R1 = 100000
float R2 = 10000
int value = 0
void setup()
{
pinMode(analogInput, INPUT)
lcd.begin(16, 2)
lcd.print('DC VOLTMETER')
Serial.begin(9600)
}
void loop()
{
value = analogRead(analogInput)
vout = (value * 5.0) / 1024
vin = vout / (R2/(R1+R2))
if (vin<0.10) {
vin=0.0
}
lcd.setCursor(0, 1)
lcd.print('INPUT V= ')
lcd.print(vin)
delay(500)
}
//--------Program developed by R.Girish---------//

Zkontrolujte hodnoty pomocí dobrého voltmetru / multimetru.