Измерение напряжения с помощью Arduino: 5 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Измерять напряжение с помощью любого микроконтроллера довольно просто, по сравнению с измерением тока. Измерение напряжения становится необходимым, если вы работаете с батареями или хотите изготовить собственный регулируемый источник питания. Хотя этот метод применим к любому микроконтроллеру, но в этом руководстве мы узнаем, как измерять напряжение с помощью Arduino.

На рынке доступны датчики напряжения. Но действительно ли они вам нужны? Давайте разберемся!

Шаг 1. Основы

Микроконтроллер не может напрямую понимать аналоговое напряжение. Вот почему мы должны использовать аналого-цифровой преобразователь или, короче, АЦП. Atmega328, который является мозгом Arduino Uno, имеет 6-канальный (обозначенный как A0 - A5) 10-битный АЦП. Это означает, что он будет отображать входные напряжения от 0 до 5 В в целочисленные значения от 0 до (2 ^ 10-1), т.е. равные 1023, что дает разрешение 4,9 мВ на единицу. 0 будет соответствовать 0 В, 1 - 4,9 мВ, 2 - 9,8 мВ и так далее до 1023.

Шаг 2: Измерение 0-5 В

Сначала мы увидим, как измерить напряжение с максимальным напряжением 5 В. Это очень просто, так как не требуется никаких специальных модификаций. Чтобы смоделировать изменяющееся напряжение, мы будем использовать потенциометр, средний вывод которого подключен к любому из 6 каналов. Теперь мы напишем код для чтения значений из АЦП и преобразования их обратно в полезные показания напряжения.

Чтение аналогового вывода A0

значение = analogRead (A0);

Теперь переменная value содержит значение от 0 до 1023 в зависимости от напряжения.

напряжение = значение * 5,0 / 1023;

Полученное значение теперь умножается на разрешение (5/1023 = 4,9 мВ на единицу), чтобы получить фактическое напряжение.

И, наконец, отобразите измеренное напряжение на последовательном мониторе.

Serial.print ("Voltage =");

Serial.println (напряжение);

Шаг 3: Измерение напряжения выше 5 В

Но проблема возникает, когда измеряемое напряжение превышает 5 вольт. Это может быть решено с помощью схемы делителя напряжения, которая состоит из 2 резисторов, соединенных последовательно, как показано на рисунке. Один конец этого последовательного соединения подключается к измеряемому напряжению (Vm), а другой конец - к земле. Напряжение (V1), пропорциональное измеренному напряжению, появится на стыке двух резисторов. Затем этот переход можно подключить к аналоговому выводу Arduino. Напряжение можно узнать по этой формуле.

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

Затем напряжение V1 измеряется Arduino.

Шаг 4: Создание делителя напряжения

Теперь, чтобы построить этот делитель напряжения, нам сначала нужно узнать номиналы резисторов. Выполните следующие действия, чтобы рассчитать номинал резисторов.

1. Определите максимальное измеряемое напряжение.
2. Выберите подходящее стандартное значение для R1 в килоомном диапазоне.
3. Используя формулу, вычислите R2.
4. Если значение R2 не является стандартным (или близко к нему), измените R1 и повторите вышеуказанные шаги.
5. Поскольку Arduino может обрабатывать максимум 5 В, V1 = 5 В.

Например, пусть максимальное измеряемое напряжение (В · м) составляет 12 В и R1 = 47 кОм. Тогда по формуле R2 получается равным 33k.

Теперь соберите схему делителя напряжения, используя эти резисторы.

С этой настройкой у нас теперь есть верхний и нижний предел. Для Vm = 12 В мы получаем V1 = 5V, а для Vm = 0V получаем V1 = 0V. То есть для 0–12 В на Vm будет пропорциональное напряжение от 0 до 5 В на V1, которое затем может быть подано на Arduino, как и раньше.

Шаг 5: считывание напряжения

С небольшими изменениями в коде теперь мы можем измерять от 0 до 12 В.

Аналоговое значение читается, как и раньше. Затем по той же формуле, упомянутой ранее, измеряется напряжение от 0 до 12 В.

значение = analogRead (A0);

напряжение = значение * (5,0 / 1023) * ((R1 + R2) / R2);

Обычно доступные модули датчиков напряжения представляют собой не что иное, как схему делителя напряжения. Они рассчитаны на напряжение от 0 до 25 В с резисторами 30 кОм и 7,5 кОм.

Итак, зачем покупать, если можно сделать своими руками!

Спасибо, что дожили до конца. Я надеюсь, что этот урок вам помог.

Подпишитесь на мой канал YouTube, чтобы увидеть больше новых проектов и руководств. Еще раз спасибо!