Mierzenie napięcia z Arduino

Arduino jest wszechstronnym mikrokontrolem zdolnym do pomiaru napięcia przy użyciu wbudowanego konwertera analogowo-cyfrowego (ADC). Ta zdolność jest niezbędna do aplikacji, takich jak monitorowanie poziomów akumulatora, wykrywanie sygnałów wejściowych i pomiar wyjściowych czujników. Ten samouczek poprowadzi Cię przez proces pomiaru napięcia z Arduino.

---

Czego będziesz potrzebować

1. Board Arduino (np. Uno, Mega, Nano)
2. Dzielnik napięcia (Jeśli mierząc napięcie wyższe niż 5 V)
3. Druty chleba i skoczków
4. Źródło napięcia do pomiaru (np. Bateria, czujnik lub regulowane zasilanie)
5. Komputer z zainstalowanym Arduino IDE

---

Krok 1: Zrozumienie pomiaru napięcia na Arduino

ADC Arduino przekształca napięcia analogowe (od 0 do 5 V na większości płyt) w 10-bitową wartość cyfrową. Oznacza to, że ADC zapewnia wartość od 0 do 1023, gdzie 0 odpowiada 0 V i 1023 odpowiada 5 V (lub napięciu odniesienia).

Kluczowa formuła

Aby obliczyć napięcie wejściowe:

Voltage = (ADC_Value / 1023.0) * Reference_Voltage

Notatka: W przypadku większości płyt Arduino domyślne napięcie odniesienia wynosi 5 V. Jeśli używasz wariantu 3.3V, odpowiednio dostosuj wzór.

---

Krok 2: Bezpośredni pomiar napięcia

W przypadku napięć do 5 V możesz podłączyć źródło napięcia bezpośrednio do analogowego pinu.

Okablowanie

Część	PIN Arduino
Źródło napięcia (+)	A0
Źródło napięcia (-)	GND

Przykładowy kod

#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
}

---

Krok 3: Pomiar wyższych napięć za pomocą dzielnika napięcia

Do pomiaru napięć wyższych niż 5 V, użyj dzielnik napięcia Aby zmniejszyć napięcie wejściowe.

Formuła podziału napięcia

Dzielnik napięcia skaluje napięcie wejściowe za pomocą dwóch rezystorów:

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

Na przykład, aby zmierzyć do 12 V:

• R1 = 10K omów
• R2 = 10K omów
• Współczynnik skalowania = 0,5 (vout = vin / 2)

Okablowanie

Część	Połączenie
Źródło napięcia (+)	Wejście Divider napięcia R1
Podzielnik napięcia R1/R2 Złącze	Arduino A0
Źródło napięcia (-)	GND

Przykładowy kod

#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
}

---

Krok 4: Za pomocą zewnętrznego napięcia odniesienia

Aby uzyskać dokładniejsze pomiary, możesz użyć zewnętrznego napięcia odniesienia, podłączając go do pinu AREF.

Kroki, aby ustawić zewnętrzne odniesienie

1. Podłącz stabilne napięcie odniesienia (np. 3,3 V) do pinu AREF.
2. W kodzie ustaw napięcie odniesienia:

analogReference(EXTERNAL);

3. Dostosuj obliczenia w kodzie dla nowego napięcia odniesienia.

---

Krok 5: Najlepsze praktyki dokładnych pomiarów

1. Unikaj hałasu: Użyj krótkich przewodów i odpowiedniego uziemienia, aby zmniejszyć szum elektryczny.
2. Kalibruj swoją konfigurację: Sprawdź odczyty za pomocą multimetru, aby zapewnić dokładność.
3. Chroń Arduino: Użyj rezystorów lub diod, aby chronić analogowy szpilkę wejściową przed przepięciem.
4. Filtruj hałaśliwe sygnały: Dodaj kondensator na wejściu, aby wygładzić wahania napięcia.

---

Zastosowania pomiaru napięcia

1. Monitorowanie poziomów baterii
2. Wyczuwanie sygnałów analogowych z czujników
3. Pomiar napięć zasilania
4. DIY Projekty multimetrowe

---

Rozwiązywanie problemów

1. Nieprawidłowe odczyty:

   • Sprawdź okablowanie i upewnij się, że prawidłowe wartości rezystora dla dzielnika napięcia.
   • Sprawdź napięcie odniesienia w obliczeniach.

2. Wahania wartości:

   • Dodaj kondensator (10µF lub 100 µF) na wejściu.

3. Ochrona nad przepięciem:

   • Upewnij się, że napięcie wejściowe nie przekracza obliczonych limitów dzielnika napięcia.

---

Wniosek

Pomiar napięcia z Arduino jest prosty i bardzo przydatny w wielu projektach elektronicznych. Niezależnie od tego, czy monitorujesz poziomy akumulatora, czy łączysz się z czujnikami, zrozumienie pomiaru napięcia otwiera szeroki zakres możliwości. Eksperymentuj z różnymi konfiguracjami i zintegruj pomiar napięcia z projektami!