Com fer un voltímetre digital digital amb Arduino?

Un voltímetre és un dispositiu de mesura de tensió que s’utilitza per mesurar la tensió en determinats punts d’un circuit elèctric. La tensió és la diferència de potencial que es crea entre dos punts d’un circuit elèctric. Hi ha dos tipus de voltímetres. Alguns voltímetres estan dissenyats per mesurar la tensió dels circuits de CC i altres voltímetres estan destinats a mesurar la tensió en circuits de corrent altern. Aquests voltímetres es caracteritzen a més en dues categories. Un és el voltímetre digital que mostra les mesures en una pantalla digital i l’altre és un voltímetre analògic que utilitza una agulla per apuntar a l’escala per mostrar-nos la lectura exacta.



Voltímetre digital

En aquest projecte, farem un voltímetre amb Arduino Uno. En aquest article explicarem dues configuracions d’un voltímetre digital. En la primera configuració, el microcontrolador serà capaç de mesurar la tensió entre 0 i 5V. En la segona configuració, el microcontrolador serà capaç de mesurar la tensió entre 0 i 50V.



Com fer un voltímetre digital?

Com sabem, hi ha dos tipus de voltímetres, el voltímetre analògic i el voltímetre digital. Hi ha altres tipus de voltímetres analògics que es basen en la construcció del dispositiu. Alguns d’aquests tipus inclouen voltímetre de bobina mòbil d’imant permanent, voltímetre de tipus rectificador, voltímetre de tipus mòbil de ferro, etc. A diferència del voltímetre analògic, que utilitza una agulla i una balança, el voltímetre digital mostra les lectures directament en dígits a la pantalla. Això elimina la possibilitat de Error zero . El percentatge d'errors es redueix d'un 5% a un 1% quan hem passat de voltímetre analògic a voltímetre digital.



Ara que coneixem el resum d’aquest projecte, recopilem més informació i comencem a fer un voltímetre digital amb Arduino Uno.



Pas 1: recollida dels components

El millor enfocament per iniciar qualsevol projecte és fer una llista de components i fer un breu estudi d’aquests components perquè ningú voldrà quedar-se al centre d’un projecte només per falta d’un component. A continuació es mostra una llista de components que utilitzarem en aquest projecte:

  • Arduino Un
  • Potenciòmetre de 10k-ohm
  • Jumper Wires
  • Resistència de 100k-ohm
  • Resistència de 10k-ohm
  • Adaptador de 12 V CA a CC (si Arduino no funciona amb l'ordinador)

Pas 2: estudiar els components

Arduino UN és una placa de microcontrolador formada per un microxip ATMega 328P i desenvolupada per Arduino.cc. Aquesta placa té un conjunt de pins de dades digitals i analògics que es poden connectar amb altres plaques o circuits d’expansió. Aquesta placa té 14 pins digitals, 6 pins analògics i es pot programar amb l’Arduino IDE (entorn de desenvolupament integrat) mitjançant un cable USB tipus B. Requereix 5V per alimentar-se ACTIVAT i a Codi C operar.

Arduino Un



Les pantalles LCD es veuen en tots els dispositius electrònics que han de mostrar algun text o dígit o qualsevol imatge als usuaris. Una pantalla LCD és un mòdul de visualització en què s’utilitza cristall líquid per produir una imatge o text visible. A Pantalla LCD de 16 × 2 és un mòdul electrònic molt senzill que mostra 16 caràcters per línia i un total de dues línies a la pantalla a la vegada. S'utilitza una matriu de 5 × 7 píxels per mostrar un caràcter en aquests LCD.

Pantalla LCD de 16 × 2

A Taula de pa és un dispositiu sense soldadura. S'utilitza per fabricar i provar prototips de circuits i dissenys electrònics temporals. La majoria dels components electrònics es connecten simplement a una placa de taula només inserint els pins a la taula de treball. Es col·loca una tira de metall pels forats de la tauleta i els forats es connecten de manera específica. Les connexions dels forats es mostren al diagrama següent:

Taula de pa

Pas 3: diagrama del circuit

A continuació es mostra el primer circuit el rang de mesura del qual és de 0 a 5 V:

Voltímetre per a 0-5V

A continuació es mostra el segon circuit el rang de mesura del qual és de 0 a 50 V:

Voltímetre 0-50V

Pas 4: Principi de treball

El funcionament d’aquest projecte de voltímetre digital digital basat en Arduino s’explica aquí. Al voltímetre digital, el voltatge que es mesura en forma analògica es convertirà al seu valor digital corresponent mitjançant un convertidor analògic a digital.

Al primer circuit el rang de mesura del qual és de 0 a 5V, l'entrada es prendrà pel pin analògic0. El pin analògic llegirà qualsevol valor del 0 al 1024. Aleshores, aquest valor analògic es convertirà en digital multiplicant-lo per la tensió total, que és 5V i dividint-lo per la resolució total, que és 1024.

En el segon circuit, com que el rang s’ha d’augmentar de 5V a 50V, s’ha de fer una configuració de divisor de tensió. El circuit divisor de tensió es realitza mitjançant una resistència de 10k-ohm i una resistència de 100k-ohm. Aquesta configuració del divisor de tensió ens ajuda a portar el voltatge d’entrada al rang de l’entrada analògica d’Arduino Uno.

Tots els càlculs matemàtics es fan a la programació d'Arduino Uno.

Pas 5: Muntatge dels components

La connexió del mòdul LCD a la placa Arduino Uno és la mateixa en tots dos circuits. L'única diferència és que al primer circuit, el rang d'entrada és baix, de manera que s'envia directament al pin analògic de l'Arduino. Al segon circuit, s’utilitza una configuració de divisor de tensió a la part d’entrada de la placa de microcontroladors.

  1. Connecteu el pin Vss i Vdd del mòdul LCD a terra i 5V de la placa Arduino respectivament. El pin Vee és el pin que s’utilitza per ajustar les restriccions de la pantalla. Es connecta al potenciòmetre el pin del qual està connectat a 5V i l’altre a terra.
  2. Connecteu el pin RS i E del mòdul LCD al pin2 i pin3 de la placa Arduino respectivament. El pin RW de la pantalla LCD està connectat a terra.
  3. Com utilitzarem el mòdul LCD en mode de dades de 4 bits, de manera que s’utilitzen els seus quatre pins D4 a D7. Els pins D4-D7 del mòdul LCD estan connectats al pin4-pin7 de la placa de microcontroladors.
  4. Al primer circuit, no hi ha cap circuit addicional al costat d’entrada perquè la tensió màxima a mesurar és de 5 V. Al segon circuit, com que el rang de mesura és de 0-50V, es fa una configuració de divisor de voltatge mitjançant una resistència de 10k-ohm i una resistència de 100k-ohm. Cal tenir en compte que tots els motius són comuns.

Pas 6: Introducció a Arduino

Si abans no esteu familiaritzat amb Arduino IDE, no us preocupeu, perquè a continuació podeu veure passos clars de gravació de codi a la placa del microcontrolador mitjançant Arduino IDE. Podeu descarregar la versió més recent d'Arduino IDE des de aquí i seguiu els passos esmentats a continuació:

  1. Quan la placa Arduino estigui connectada al vostre PC, obriu el 'Tauler de control' i feu clic a 'Maquinari i so'. A continuació, feu clic a 'Dispositius i impressores'. Cerqueu el nom del port al qual està connectada la vostra placa Arduino. En el meu cas, és 'COM14', però pot ser diferent al vostre PC.

    Buscant Port

  2. Haurem d’incloure una biblioteca per utilitzar el mòdul LCD. La biblioteca s'adjunta a continuació a l'enllaç de descàrrega juntament amb el codi. Anar a Esbós> Inclou biblioteca> Afegeix biblioteca .ZIP.

    Inclou la biblioteca

  3. Ara obriu l'IDE Arduino. A Eines, configureu la placa Arduino a Arduino / Genuí UN.

    Taula de configuració

  4. Des del mateix menú d'eines, configureu el número de port que heu vist al tauler de control.

    Configuració del port

  5. Baixeu-vos el codi adjunt a continuació i copieu-lo al vostre IDE. Per carregar el codi, feu clic al botó de càrrega.

    Pujar

Podeu descarregar el codi per fent clic aquí.

Pas 7: Codi

El codi és bastant senzill i ben comentat. Però, tot i així, alguns s’expliquen a continuació.

1. Al principi, s’utilitza la biblioteca perquè puguem interaccionar el mòdul LCD amb la placa Arduino Uno i programar-lo en conseqüència. S’inicialitzen els pins de la placa Arduino que s’utilitzaran per connectar amb el mòdul LCD. A continuació, s'inicialitzen diferents variables per emmagatzemar valors en el temps d'execució que s'utilitzaran més endavant en els càlculs.

#include 'LiquidCrystal.h' // inclou la biblioteca per a la interfície del mòdul LCD amb la placa Arduino LiquidCrystal lcd (2, 3, 4, 5, 6, 7); // pins del mòdul LCD que s’utilitzaran tensió flotant = 0,0; temperatura flotant = 0,0; // variable per emmagatzemar el valor digital de l'entrada int valor_analògic; // variable per emmagatzemar valor analògic a l'entrada

2. configuració nul·la () és una funció que s'executa només una vegada quan s'inicia el dispositiu o es prem el botó d'activació. Aquí hem inicialitzat la pantalla LCD per començar. Quan s'iniciarà la pantalla LCD, es mostrarà el text 'Voltímetre digital basat en Arduino'. La funció Baud Rate també es defineix en aquesta funció. Baud Rate és la velocitat en bits per segon mitjançant la qual l’Arduino es comunica amb els dispositius externs.

void setup () {lcd.begin (16, 2); // iniciar la comunicació amb LCD lcd.setCursor (0,0); // iniciar el cursor des del principi lcd.print ('basat en Arduino'); // Imprimiu text a la primera línia lcd.setCursor (0,1); // Mou el cursor a la següent línia lcd.print ('Voltímetre digital'); // imprimir text amb retard de segona línia (2000); // espera dos segons}

3. bucle buit () és una funció que s'executa contínuament en un bucle. Aquí es llegeix el valor analògic al costat d'entrada. A continuació, aquest valor analògic es converteix en forma digital. S’aplica una condició i les mesures finals es mostren a la pantalla LCD

bucle buit () {valor_analògic = analògicLlegir (A0); // Lectura del valor analògic temp = (valor_analògic * 5,0) / 1024,0; // invertint el valor analògic en tensió digital = temp / (0,0909); si (tensió< 0.1) { voltage=0.0; } lcd.clear(); // Clear any text on the LCD lcd.setCursor(0, 0); // Mve the cursor to the initial position lcd.print('Voltage= '); // Print Voltgae= lcd.print(voltage); // Print the final digital value of voltage lcd.setCursor(13,1); // move the cursor lcd.print('V'); // print the unit of voltage delay(30); // wait for 0.3 seconds }

Aplicacions

Algunes de les seves aplicacions d’un voltímetre digital inclouen:

  1. El circuit anterior es pot utilitzar per mesurar diferents rangs de tensions amb alta precisió en qualsevol circuit elèctric.
  2. Si fem petits canvis al circuit, el microcontrolador també podrà mesurar la tensió en circuits de corrent altern.