Μέτρηση τάσης με χρήση Arduino: 5 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Η μέτρηση της τάσης είναι αρκετά εύκολη χρησιμοποιώντας οποιοδήποτε μικροελεγκτή σε σύγκριση με τη μέτρηση του ρεύματος. Η μέτρηση των τάσεων καθίσταται απαραίτητη εάν εργάζεστε με μπαταρίες ή θέλετε να δημιουργήσετε το δικό σας ρυθμιζόμενο τροφοδοτικό. Αν και αυτή η μέθοδος ισχύει για οποιοδήποτε uC αλλά σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθουμε πώς να μετράμε την τάση χρησιμοποιώντας το Arduino.

Υπάρχουν αισθητήρες τάσης που διατίθενται στην αγορά. Τα χρειάζεστε όμως πραγματικά; Ας ανακαλύψουμε!

Βήμα 1: Βασικά

Ένας μικροελεγκτής δεν μπορεί να καταλάβει άμεσα την αναλογική τάση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πρέπει να χρησιμοποιήσουμε ένα Analog to Digital Converter ή ADC εν συντομία. Το Atmega328 που είναι ο εγκέφαλος του Arduino Uno έχει 6 κανάλια (σημειωμένα ως A0 έως A5), 10-bit ADC. Αυτό σημαίνει ότι θα χαρτογραφήσει τάσεις εισόδου από 0 έως 5V σε ακέραιες τιμές από 0 έως (2^10-1), δηλαδή ίσο με 1023 που δίνει ανάλυση 4,9mV ανά μονάδα. 0 θα αντιστοιχεί σε 0V, 1 έως 4.9mv, 2 έως 9.8mV και ούτω καθεξής έως το 1023.

Βήμα 2: Μέτρηση 0-5V

Αρχικά, θα δούμε πώς να μετρήσουμε την τάση με μέγιστη τάση 5V. Αυτό είναι πολύ εύκολο καθώς δεν απαιτούνται ειδικές τροποποιήσεις. Για να προσομοιώσουμε τη μεταβαλλόμενη τάση, θα χρησιμοποιήσουμε ένα ποτενσιόμετρο του οποίου η μεσαία ακίδα συνδέεται με οποιοδήποτε από τα 6 κανάλια. Θα γράψουμε τώρα τον κώδικα για να διαβάσουμε τις τιμές από το ADC και να τις μετατρέψουμε ξανά σε χρήσιμες μετρήσεις τάσης.

Ανάγνωση του αναλογικού πείρου A0

value = analogRead (A0);

Τώρα, η μεταβλητή 'τιμή' περιέχει μια τιμή μεταξύ 0 και 1023 ανάλογα με την τάση.

τάση = τιμή * 5.0/1023;

Η ληφθείσα τιμή πολλαπλασιάζεται τώρα με την ανάλυση (5/1023 = 4,9mV ανά μονάδα) για να ληφθεί η πραγματική τάση.

Και τέλος, εμφανίστε τη μετρημένη τάση στη σειριακή οθόνη.

Serial.print ("Τάση =");

Serial.println (τάση);

Βήμα 3: Μέτρηση τάσης άνω των 5V

Αλλά το πρόβλημα προκύπτει όταν η τάση που πρέπει να μετρηθεί υπερβαίνει τα 5 βολτ. Αυτό μπορεί να λυθεί χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα διαίρεσης τάσης που αποτελείται από 2 αντιστάσεις συνδεδεμένες σε σειρά, όπως φαίνεται. Το ένα άκρο αυτής της σειράς συνδέεται με την προς μέτρηση τάση (Vm) και το άλλο άκρο με τη γείωση. Μια ένταση (V1) ανάλογη της μετρημένης τάσης θα εμφανιστεί στη διασταύρωση δύο αντιστάσεων. Αυτός ο σύνδεσμος μπορεί στη συνέχεια να συνδεθεί με τον αναλογικό πείρο του Arduino. Η τάση μπορεί να διαπιστωθεί χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο.

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

Η τάση V1 μετράται στη συνέχεια με το Arduino.

Βήμα 4: Δημιουργία του διαχωριστή τάσης

Τώρα για να κατασκευάσουμε αυτόν τον διαιρέτη τάσης, πρέπει πρώτα να μάθουμε τις τιμές των αντιστάσεων. Ακολουθήστε αυτά τα βήματα για να υπολογίσετε την τιμή των αντιστάσεων.

1. Προσδιορίστε τη μέγιστη τάση που πρέπει να μετρηθεί.
2. Αποφασίστε μια κατάλληλη και τυπική τιμή για το R1 σε εύρος κιλών.
3. Χρησιμοποιώντας τον τύπο, υπολογίστε το R2.
4. Εάν η τιμή του R2 δεν είναι (ή πλησιάζει) μια τυπική τιμή, αλλάξτε το R1 και επαναλάβετε τα παραπάνω βήματα.
5. Δεδομένου ότι το Arduino μπορεί να χειριστεί το πολύ 5V, V1 = 5V.

Για παράδειγμα, Αφήστε τη μέγιστη τάση (Vm) που θα μετρηθεί να είναι 12V και R1 = 47 kilo-ohms. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τον τύπο R2 είναι 33k.

Τώρα, δημιουργήστε ένα κύκλωμα διαίρεσης τάσης χρησιμοποιώντας αυτές τις αντιστάσεις.

Με αυτήν τη ρύθμιση, έχουμε τώρα ένα ανώτερο και κάτω όριο. Για Vm = 12V παίρνουμε V1 = 5V και για Vm = 0V παίρνουμε V1 = 0V. Δηλαδή, για 0 έως 12V στα Vm, θα υπάρχει μια αναλογική τάση από 0 έως 5V στο V1, η οποία μπορεί στη συνέχεια να τροφοδοτηθεί στο Arduino όπως πριν.

Βήμα 5: Ανάγνωση της τάσης

Με μια μικρή τροποποίηση του κώδικα, μπορούμε τώρα να μετρήσουμε 0 έως 12V.

Η αναλογική τιμή διαβάζεται όπως πριν. Στη συνέχεια, με τον ίδιο τύπο που αναφέρθηκε προηγουμένως, μετράται η τάση μεταξύ 0 και 12V.

value = analogRead (A0);

τάση = τιμή * (5.0/1023) * ((R1 + R2)/R2);

Οι κοινώς διαθέσιμες μονάδες αισθητήρα τάσης δεν είναι παρά ένα κύκλωμα διαίρεσης τάσης. Αυτές έχουν βαθμολογία για 0 έως 25V με αντιστάσεις 30 kiloohm και 7,5 kilo-ohm.

Έτσι, γιατί να αγοράσετε, όταν μπορείτε να κάνετε DIY!

Σας ευχαριστώ που μείνετε μέχρι το τέλος. Ελπίζω ότι αυτό το σεμινάριο θα σας βοήθησε.

Εγγραφείτε στο κανάλι μου στο YouTube για περισσότερα επερχόμενα έργα και σεμινάρια. Ευχαριστώ για άλλη μια φορά!