▷ Come realizzare un voltmetro digitale DC usando Arduino?

Un voltmetro è un dispositivo di misurazione della tensione utilizzato per misurare la tensione in determinati punti in un circuito elettrico. La tensione è la differenza di potenziale che si crea tra due punti in un circuito elettrico. Esistono due tipi di voltmetri. Alcuni voltmetri sono progettati per misurare la tensione dei circuiti CC e altri voltmetri sono progettati per misurare la tensione nei circuiti CA.. Questi voltmetri sono ulteriormente caratterizzati in due categorie. Uno è il voltmetro digitale che mostra le misurazioni su uno schermo digitale e l'altro è un voltmetro analogico che utilizza un ago per puntare sulla scala per mostrarci la lettura esatta.

Voltmetro digitale

In questo progetto, facciamo un voltmetro usando Arduino Uno. Spiegheremo due impostazioni di un voltmetro digitale in questo articolo. Nella prima configurazione, il microcontrollore sarà in grado di misurare la tensione nell'intervallo di 0 – 5V. Nella seconda configurazione, il microcontrollore sarà in grado di misurare la tensione nell'intervallo di 0 – 50V.

Come realizzare un voltmetro digitale?

Come sappiamo, ci sono due tipi di voltmetri, il voltmetro analogico e il voltmetro digitale. Esistono altri tipi di voltmetri analogici basati sulla costruzione del dispositivo. Alcuni di questi tipi includono il voltmetro a bobina mobile a magnete permanente, voltmetro tipo raddrizzatore, voltmetro a ferro mobile, eccetera. L'obiettivo principale dell'introduzione del voltmetro digitale nel mercato era dovuto alla maggiore probabilità di errori nei voltmetri analogici. A differenza del voltmetro analogico, usando un ago e una scala, il voltmetro digitale visualizza le letture direttamente in cifre sul display. Questo elimina la possibilità di errore zero. La percentuale di errore si riduce da 5% all'1% quando siamo passati dal voltmetro analogico al voltmetro digitale.

Ora che conosciamo il riassunto di questo progetto, raccogliamo più informazioni e iniziamo a realizzare un voltmetro digitale utilizzando Arduino Uno.

passo 1: compilazione dei componenti

L'approccio migliore per avviare qualsiasi progetto è fare un elenco di componenti e fare un breve sondaggio di questi componenti perché nessuno vorrà essere lasciato nel mezzo di un progetto solo perché manca un componente.. Ecco un elenco di componenti che utilizzeremo in questo progetto:

passo 2: studiare i componenti

Arduino UNO è una scheda microcontrollore costituita da un microchip ATMega 328P ed è sviluppata da Arduino.cc. Questa scheda ha una serie di pin dati digitali e analogici che possono essere interconnessi con altre schede o circuiti di espansione. Questa scheda ha 14 pin digitali, 6 pin analogici ed è programmabile con Arduino IDE (Ambiente di sviluppo integrato) tramite cavo USB di tipo B. Richiede 5V per accendersi e un codice C per funzionare.

Arduino uno

Gli schermi LCD sono visibili in tutti i dispositivi elettronici che devono visualizzare testo o cifre o qualsiasi immagine per gli utenti. Uno schermo LCD è un modulo di visualizzazione in cui vengono utilizzati cristalli liquidi per produrre un'immagine o un testo visualizzabile. Uno schermo LCD di 16 × 2 è un modulo elettronico molto semplice che mostra 16 caratteri per riga e un totale di due righe alla volta sullo schermo. Una matrice di pixel di 5 × 7 per visualizzare un carattere su questi display LCD.

Schermo a cristalli liquidi 16 × 2

Una breadboard è un dispositivo senza saldatura. Utilizzato per realizzare e testare prototipi temporanei di circuiti e progetti elettronici. La maggior parte dei componenti elettronici è semplicemente collegata a una breadboard semplicemente inserendo i suoi pin nella breadboard.. Una striscia di metallo viene inserita nei fori della breadboard e i fori vengono collegati in un modo specifico. Le connessioni dei fori sono mostrate nello schema seguente:

albo

passo 3: schema elettrico

Il primo circuito il cui campo di misura è 0 un 5 V è mostrato sotto:

Voltmetro per 0-5 V

Il secondo circuito, il cui campo di misura è 0 un 50 V, mostrato sotto:

Voltmetro 0-50V

passo 4: Principio operativo

Il funzionamento di questo progetto di voltmetro CC digitale basato su Arduino è spiegato qui. Sul voltmetro digitale, la tensione misurata in forma analogica verrà convertita nel suo valore digitale corrispondente utilizzando un convertitore da analogico a digitale.

Nel primo circuito il cui campo di misura è 0 un 5 V, l'input sarà preso sul pin 0 analogico. La presa analogica leggerà qualsiasi valore compreso tra 0 e 1024. Dopo, questo valore analogico verrà convertito in digitale moltiplicandolo per la tensione totale, che è 5V e dividendolo per la risoluzione totale, Che cos'è 1024.

Nel secondo circuito, poiché l'intervallo deve essere aumentato da 5 V a 50 V, è necessario eseguire un'impostazione del partitore di tensione. Il circuito partitore di tensione è realizzato utilizzando un resistore di 10 kohm e una resistenza di 100 kohmios. Questa impostazione del divisore di tensione ci aiuta a portare la tensione di ingresso nell'intervallo dell'ingresso analogico di Arduino Uno.

Tutti i calcoli matematici vengono eseguiti nella programmazione di Arduino Uno.

passo 5: assemblare i componenti

La connessione del modulo LCD alla scheda Arduino Uno è la stessa in entrambi i circuiti. L'unica differenza è che nel primo circuito, l'intervallo di ingresso è basso, quindi viene inviato direttamente al pin analogico di Arduino. Nel secondo circuito, una configurazione del divisore di tensione viene utilizzata sul lato di ingresso della scheda del microcontrollore.

1. Collegare i pin Vss e Vdd del modulo LCD rispettivamente a terra e 5V della scheda Arduino. Il pin Vee è il pin utilizzato per regolare i vincoli dello schermo. È collegato al potenziometro il cui pin è collegato a 5V e l'altro a massa.

2. Collegare i pin RS ed E del modulo LCD rispettivamente al pin2 e al pin3 della scheda Arduino. Il pin RW dello schermo LCD è collegato a massa.

3. Poiché utilizzeremo il modulo LCD in modalità dati 4 bit, vengono utilizzati i suoi quattro pin da D4 a D7. I pin D4-D7 del modulo LCD sono collegati al pin 4-pin7 della scheda del microcontrollore.

4. Nel primo circuito, non ci sono circuiti aggiuntivi sul lato ingresso perché la tensione massima da misurare è 5V. Nel secondo circuito, poiché il campo di misura è 0-50 V, Una configurazione del partitore di tensione è realizzata utilizzando un resistore di 10 kohm e una resistenza di 100 kohmios. Si noti che tutti i collegamenti a terra sono comuni.

passo 6: inizia con arduino

Se non hai familiarità con l'IDE Arduino prima, non preoccuparti perché di seguito puoi vedere i passaggi chiari per scrivere il codice sulla scheda del microcontrollore usando l'IDE di Arduino. Puoi scaricare l'ultima versione di Arduino IDE da qui e seguire i passaggi indicati di seguito:

1. Quando la scheda Arduino è collegata al PC, apri il “Pannello di controllo” e clicca “Hardware e suoni”. Quindi fare clic su “Strumenti e stampanti”. Trova il nome della porta a cui è collegata la tua scheda Arduino. Nel mio caso lo è “COM14” ma potrebbe essere diverso sul tuo PC.Trova il porto

2. Dovremo includere una libreria per utilizzare il modulo LCD. La libreria è allegata di seguito nel link per il download insieme al codice. Vai a Schizzo> Includi libreria> Aggiungi libreria .ZIP.Libreria di inclusione

3. Ora apri l'IDE Arduino. Da Strumenti, imposta la scheda arduino su arduino / Autentico UNO.Tabella di configurazione

4. Nello stesso menu degli strumenti, imposta il numero di porta che hai visto nel pannello di controllo.Porta di configurazione

5. Scarica il codice allegato e copialo sul tuo IDE. Per caricare il codice, fare clic sul pulsante di caricamento.Aumento

Puoi scaricare il codice cliccando qui.

passo 7: Codice

Il codice è abbastanza semplice e ben commentato. Ma ancora, qualcosa è spiegato sotto.

1. All'inizio, la libreria viene utilizzata in modo da poter collegare il modulo LCD con la scheda Arduino Uno e programmarla di conseguenza. Dopo, vengono inizializzati i pin della scheda Arduino che verranno utilizzati per la connessione al modulo LCD. Dopo, diverse variabili vengono inizializzate per memorizzare valori in fase di esecuzione da utilizzare successivamente nei calcoli.

#includere "LiquidCrystal.h"           // includere la libreria per interfacciare il modulo LCD con la scheda Arduino
LCD a cristalli liquidi(2, 3, 4, 5, 6, 7); // Pin del modulo LCD da utilizzare
tensione di mantenimento = 0.0;
temperatura. galleggiante = 0.0; // variabile per memorizzare il valore digitale dell'ingresso
int valore_analogico; // variabile per memorizzare il valore analogico in ingresso

2. configurazione nulla () è una funzione una tantum quando si avvia il dispositivo o si preme il pulsante di attivazione. Qui abbiamo inizializzato lo schermo LCD per l'avvio. Quando lo schermo LCD è acceso, apparirà il testo “Voltmetro digitale basato su Arduino”. Anche la velocità di trasmissione è impostata in questa funzione. Il baud rate è la velocità in bit al secondo con cui Arduino comunica con dispositivi esterni.

evitare l'installazione()
{
lcd.begin(16, 2); // avviare la comunicazione con LCD
lcd.setCursor (0,0); // avvia il cursore dall'inizio
lcd.print(" Basato su Arduino "); // Stampa il testo sulla prima riga
lcd.setCursor(0,1); // Sposta il cursore sulla riga successiva
lcd.print("Voltmetro digitale"); // testo di stampa della seconda riga
ritardo (2000); // aspetta due secondi
}

3. ciclo vuoto () è una funzione che viene eseguita continuamente in un ciclo. Qui il valore analogico viene letto sul lato di ingresso. Questo valore analogico viene quindi convertito in formato digitale. Viene applicata una condizione e le misurazioni finali vengono visualizzate sul display LCD..

evitare il ciclo()
{
analog_value = analogRead(A0); // Lettura del valore analogico
temperatura = (valore_analogico * 5.0) / 1024.0; // convertire il valore analogico in digitale
tensione = temperatura /(0.0909);
e (voltaggio < 0.1)
{
tensione = 0.0;
}
lcd.chiaro(); // Cancella qualsiasi testo sul display LCD
lcd.setCursor(0, 0); // Sposta il cursore nella posizione iniziale
lcd.print("Tensione= "); // Stampa Voltgae=
lcd.print(voltaggio); // Stampa il valore digitale finale della tensione
lcd.setCursor(13,1); // sposta il cursore
lcd.print("V"); // stampare l'unità di tensione
ritardo(30); // in attesa 0,3 secondi
}

Applicazioni

Alcune delle sue applicazioni per un voltmetro digitale includono:

1. Il circuito sopra realizzato può essere utilizzato per misurare diverse gamme di tensioni con elevata precisione in qualsiasi circuito elettrico.

2. Se apportiamo piccole modifiche al circuito, il microcontrollore sarà anche in grado di misurare la tensione nei circuiti AC.