Pomiar napięcia za pomocą Arduino: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Pomiar napięcia przy użyciu dowolnego mikrokontrolera jest dość prosty w porównaniu z pomiarem prądu. Pomiar napięć staje się konieczny, jeśli pracujesz z bateriami lub chcesz stworzyć własny regulowany zasilacz. Chociaż ta metoda dotyczy dowolnego uC, ale w tym samouczku nauczymy się mierzyć napięcie za pomocą Arduino.

Na rynku dostępne są czujniki napięciowe. Ale czy naprawdę ich potrzebujesz? Dowiedzmy Się!

Krok 1: Podstawy

Mikrokontroler nie może bezpośrednio zrozumieć napięcia analogowego. Dlatego musimy użyć konwertera analogowo-cyfrowego lub w skrócie ADC. Atmega328, który jest mózgiem Arduino Uno, ma 6 kanałów (oznaczonych jako A0 do A5), 10-bitowy ADC. Oznacza to, że będzie mapował napięcia wejściowe od 0 do 5V na wartości całkowite od 0 do (2^10-1) tj. równe 1023, co daje rozdzielczość 4,9mV na jednostkę. 0 będzie odpowiadać 0V, 1 do 4.9mv, 2 do 9.8mV i tak dalej aż do 1023.

Krok 2: Pomiar 0-5 V

Najpierw zobaczymy, jak zmierzyć napięcie przy maksymalnym napięciu 5V. Jest to bardzo proste, ponieważ nie są wymagane żadne specjalne modyfikacje. Aby zasymulować zmienne napięcie, użyjemy potencjometru, którego środkowy pin jest podłączony do jednego z 6 kanałów. Napiszemy teraz kod odczytujący wartości z przetwornika ADC i przekonwertujący je z powrotem na użyteczne odczyty napięcia.

Odczyt pinu analogowego A0

wartość = odczyt analogowy(A0);

Teraz zmienna „wartość” zawiera wartość od 0 do 1023 w zależności od napięcia.

napięcie = wartość * 5,0/1023;

Uzyskana wartość jest teraz mnożona przez rozdzielczość (5/1023 = 4,9 mV na jednostkę), aby uzyskać rzeczywiste napięcie.

I na koniec wyświetl zmierzone napięcie na monitorze szeregowym.

Serial.print("Napięcie = ");

Serial.println(napięcie);

Krok 3: Pomiar napięcia powyżej 5 V

Ale problem pojawia się, gdy mierzone napięcie przekracza 5 woltów. Można to rozwiązać za pomocą obwodu dzielnika napięcia, który składa się z 2 rezystorów połączonych szeregowo, jak pokazano. Jeden koniec tego połączenia szeregowego jest podłączony do mierzonego napięcia (Vm), a drugi koniec do ziemi. Na styku dwóch oporników pojawi się napięcie (V1) proporcjonalne do mierzonego napięcia. To złącze można następnie podłączyć do pinu analogowego Arduino. Napięcie można określić za pomocą tego wzoru.

V1 = Vm * (R2/(R1+R2))

Napięcie V1 jest następnie mierzone przez Arduino.

Krok 4: Budowanie dzielnika napięcia

Teraz, aby zbudować ten dzielnik napięcia, najpierw musimy poznać wartości rezystorów. Wykonaj poniższe czynności, aby obliczyć wartość rezystorów.

1. Określ maksymalne napięcie, które ma być mierzone.
2. Wybierz odpowiednią i standardową wartość dla R1 w zakresie kiloomów.
3. Korzystając ze wzoru, oblicz R2.
4. Jeśli wartość R2 nie jest (lub jest bliska) wartością standardową, zmień R1 i powtórz powyższe kroki.
5. Ponieważ Arduino może obsłużyć maksymalnie 5V, V1 = 5V.

Na przykład, niech maksymalne mierzone napięcie (Vm) wyniesie 12 V, a R1 = 47 kiloomów. Następnie przy użyciu wzoru R2 okazuje się, że jest równe 33k.

Teraz zbuduj obwód dzielnika napięcia za pomocą tych rezystorów.

W tej konfiguracji mamy teraz górną i dolną granicę. Dla Vm = 12V otrzymujemy V1 = 5V a dla Vm = 0V otrzymujemy V1 = 0V. Oznacza to, że dla 0 do 12 V przy Vm będzie proporcjonalne napięcie od 0 do 5 V na V1, które można następnie podać do Arduino, jak poprzednio.

Krok 5: Odczytywanie napięcia

Dzięki niewielkiej modyfikacji w kodzie możemy teraz mierzyć od 0 do 12V.

Wartość analogowa jest odczytywana jak poprzednio. Następnie, korzystając z tego samego wzoru, o którym wspomniano wcześniej, mierzone jest napięcie między 0 a 12V.

wartość = odczyt analogowy(A0);

napięcie = wartość * (5,0/1023) * ((R1 + R2)/R2);

Powszechnie dostępne moduły czujników napięcia to nic innego jak obwód dzielnika napięcia. Są one oceniane na 0 do 25 V z rezystorami 30 kiloomów i 7,5 kiloomów.

Dlaczego więc KUPIĆ, kiedy możesz majsterkować!

Dziękuję za wytrwanie do końca. Mam nadzieję, że ten poradnik Ci pomógł.

Subskrybuj mój kanał na YouTube, aby uzyskać więcej nadchodzących projektów i samouczków. Jeszcze raz dziękuję!