Messung der Spannung mit dem Arduino

Der Arduino ist ein vielseitiger Mikrocontroller, der die Spannung unter Verwendung seines integrierten Analog-Digital-Wandlers (ADC) messen kann. Diese Fähigkeit ist für Anwendungen wie die Überwachung der Batteriepegel, das Erfassen von Eingangssignalen und das Messen von Sensorausgängen von wesentlicher Bedeutung. Dieses Tutorial führt Sie durch den Prozess der Messung der Spannung mit einem Arduino.

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Was Sie brauchen werden

1. Arduino Board (z. B. Uno, Mega, Nano)
2. Spannungsteiler (Wenn die Spannung über 5 V messen)
3. Breadboard- und Jumper -Drähte
4. Spannungsquelle zum Messen (z. B. Batterie, Sensor oder einstellbarer Stromversorgung)
5. Ein Computer mit der Arduino -IDE installiert

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Schritt 1: Spannungsmessung auf Arduino verstehen

Die ADC von Arduino wandelt in den meisten Boards analoge Spannungen (0V bis 5 V) in einen digitalen 10-Bit-Wert um. Dies bedeutet, dass der ADC einen Wert zwischen 0 und 1023 liefert, wobei 0 0V und 1023 entspricht 5 V (oder der Referenzspannung).

Schlüsselformel

Berechnung der Eingangsspannung:

Voltage = (ADC_Value / 1023.0) * Reference_Voltage

Notiz: Für die meisten Arduino -Boards beträgt die Standardreferenzspannung 5 V. Wenn Sie die 3.3V -Variante verwenden, passen Sie die Formel entsprechend an.

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Schritt 2: Direktspannungsmessung

Für Spannungen bis zu 5 V können Sie die Spannungsquelle direkt an einen analogen Stift anschließen.

Verdrahtung

Komponente	Arduino Pin
Spannungsquelle (+)	A0
Spannungsquelle (-)	GND

Beispielcode

#define analogPin A0

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int adcValue = analogRead(analogPin); // Read ADC value
  float voltage = (adcValue / 1023.0) * 5.0; // Convert to voltage

  Serial.print("Voltage: ");
  Serial.print(voltage, 2); // Print voltage with 2 decimal places
  Serial.println(" V");

  delay(1000); // Update every second
}

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Schritt 3: Messen höherer Spannungen mit einem Spannungsteiler

Verwenden Sie a Spannungsteiler Um die Eingangsspannung zu skalieren.

Spannungsunterteilsformel

Der Spannungsteiler skaliert die Eingangsspannung unter Verwendung von zwei Widerständen:

Vout = Vin * (R2 / (R1 + R2))

Zum Beispiel um bis zu 12 V zu messen:

• R1 = 10 km Ohm
• R2 = 10 km Ohm
• Skalierungsfaktor = 0,5 (vout = vin / 2)

Verdrahtung

Komponente	Verbindung
Spannungsquelle (+)	Spannungsteiler R1 -Eingang
Spannungsteiler R1/R2 Junction	Arduino A0
Spannungsquelle (-)	GND

Beispielcode

#define analogPin A0
const float R1 = 10000.0; // Resistor R1 value in ohms
const float R2 = 10000.0; // Resistor R2 value in ohms

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int adcValue = analogRead(analogPin); // Read ADC value
  float voltage = (adcValue / 1023.0) * 5.0; // Voltage at A0

  // Scale up to actual input voltage
  float inputVoltage = voltage * ((R1 + R2) / R2);

  Serial.print("Input Voltage: ");
  Serial.print(inputVoltage, 2); // Print with 2 decimal places
  Serial.println(" V");

  delay(1000); // Update every second
}

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Schritt 4: Verwenden einer externen Referenzspannung

Für genauere Messungen können Sie eine externe Referenzspannung verwenden, indem Sie sie mit dem AREF -Pin verbinden.

Schritte zum Festlegen der externen Referenz

1. Schließen Sie eine stabile Referenzspannung (z. B. 3,3 V) an den AREF -Pin an.
2. Legen Sie im Code die Referenzspannung fest:

analogReference(EXTERNAL);

3. Passen Sie die Berechnungen im Code für die neue Referenzspannung an.

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Schritt 5: Best Practices für genaue Messungen

1. Lärm vermeiden: Verwenden Sie kurze Kabel und die richtige Erdung, um das elektrische Rauschen zu reduzieren.
2. Kalibrieren Sie Ihr Setup: Überprüfen Sie die Messwerte mit einem Multimeter, um die Genauigkeit zu gewährleisten.
3. Schützen Sie den Arduino: Verwenden Sie Widerstände oder Dioden, um den analogen Eingangsstift vor Überspannung zu schützen.
4. Filter -laute Signale: Fügen Sie einen Kondensator über den Eingang hinzu, um Spannungsschwankungen zu glätten.

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Anwendungen der Spannungsmessung

1. Überwachung der Batteriepegel
2. Erfassen von analogen Signalen vor Sensoren
3. Messung der Stromversorgungsspannungen
4. DIY -Multimeter -Projekte

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Fehlerbehebung

1. Falsche Lesungen:

   • Überprüfen Sie die Verkabelung und sorgen Sie für den Spannungsteiler korrekter Widerstandswerte.
   • Überprüfen Sie die Referenzspannung in Berechnungen.

2. Schwankende Werte:

   • Fügen Sie einen Kondensator (10 µF oder 100 µF) über den Eingang hinzu.

3. Überspannungsschutz:

   • Stellen Sie sicher, dass die Eingangsspannung die berechneten Grenzwerte des Spannungsteilers nicht überschreitet.

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Abschluss

Die Messung der Spannung mit einem Arduino ist für viele Elektronikprojekte unkompliziert und sehr nützlich. Unabhängig davon, ob Sie Batteriepegel oder Schnittstellen mit Sensoren überwachen, eröffnet das Verständnis der Spannungsmessung eine Vielzahl von Möglichkeiten. Experimentieren Sie mit verschiedenen Setups und integrieren Sie die Spannungsmessung in Ihre Projekte!