Obvod jednosmerného voltmetra na báze Arduino - konštrukčné podrobnosti a testovanie

V tomto príspevku zostrojíme DC voltmetr pomocou Arduina, kde sa hodnoty zobrazujú na 16x2 LCD.

Navrhovaná konštrukcia voltmetra dokáže čítať až 30 V s toleranciou +/- 0,5 voltu. Uvidíme, ako toto nastavenie funguje, a preskúmame ďalšie možnosti, ktoré môžeme dosiahnuť okrem merania napätia.

Tento projekt je pomerne jednoduchý, dokonca aj začiatočníci ho zvládnu s ľahkosťou, pri prototypovaní obvodu je však potrebné postupovať opatrne, pretože použijeme externé napätie. Akékoľvek nesprávne pripojenie k Arduinu môže viesť k smrteľnému poškodeniu vašej dosky.

Nech je varovanie bokom, poďme preskúmať, ako funguje.

Tu používame proces analógovo-digitálnej konverzie. Napätie z ktoréhokoľvek zdroja je analógová funkcia, údaje zobrazené na displeji 16 x 2 LCD sú digitálnou funkciou.

Výzvou je prevod týchto analógových funkcií na digitálne funkcie. Našťastie má Arduino funkcie na čítanie analógových funkcií a ich prevod na diskrétne funkcie.

Mikrokontrolér Arduino vybavený 10-bitovým analógovo-digitálnym prevodníkom (ADC). To znamená, že Arduino dokáže čítať 2 ^ 10 = 1024 diskrétnych úrovní napätia.

Inými slovami, napätie privádzané na analógový pin Arduina je vzorkovaných 1024 diskrétnych úrovní napätia vzhľadom na referenčné napätie, ktoré sa vzorkovaná hodnota zobrazí na LCD. Toto je princíp tohto voltmetra alebo takmer akéhokoľvek digitálneho voltmetra.

Aplikované externé napätie však Arduino priamo nemeria. Napätie sa zmenšuje pomocou rozdeľovačov napätia a v programe sa vykonáva matematika s cieľom získať skutočné hodnoty napätia.

Ako to funguje

Obvod sa skladá z dvoch rezistorov, jedného LCD displeja a Arduina, ktoré je mozgom digitálneho voltmetra. Dva rezistory fungujú ako rozdeľovač napätia, uzol rozdeľovača je pripojený k analógovému kolíku # A0 Arduina, ktorý sníma vstupné napätie. Medzi Arduino a externým zdrojom napätia je nadviazané uzemnenie.

Minimálne napätie, ktoré je možné merať pomocou tohto voltmetra, je 0,1 V, táto prahová hodnota je nastavená v programe tak, aby po odpojení zdroja napätia zobrazila hodnotu 0,00 voltu a nezobrazovala namerané hodnoty v dôsledku statického náboja okolo meracej sondy.

Autorský prototyp:

Počas merania napätia neobracajte polaritu, nepoškodí to obvod, ale nebude čítať žiadne napätie a bude zobrazovať 0,00 V, kým polaritu neopravíte. Otáčaním potenciometra nastavte kontrast LCD displeja na optimálnu úroveň.

Uistite sa, že nepoužívate žiadny zdroj napätia, ktorý by mohol vystreliť nad 30 V, čo by mohlo poškodiť vašu dosku Arduino. Technicky môžete zvýšiť maximálne meracie napätie tohto obvodu zmenou hodnôt odporu a úpravou programu, pre ilustrované nastavenie je však 30 V limit.

Pre presné odčítanie zvoľte pevné rezistory s minimálnou hodnotou tolerancie, rezistory hrajú dôležitú úlohu pri kalibrácii odpočtu napätia.

Schéma zapojenia:

Druhou možnosťou tohto voltmetra je, že môžeme program upraviť tak, aby automatizoval niektoré úlohy.

Napríklad detekujte úplné napätie batérie a odpojte batériu od nabíjačky alebo odpojte batériu, ak napätie klesne pod nastavenú úroveň napätia atď., Tieto úlohy je možné vykonať aj bez LCD displeja. Toto je však predmetom iného 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---------//

Skontrolujte údaje pomocou dobrého voltmetra / multimetra.