Вольтметр змінної напруги на Ардуїно. Bluetooth вольтметр на основі arduino. Аналогові входи та підтягуючі резистори
Представлено корисну схему для любителів поекспериментувати з Ардуїно. Це простий цифровий вольтметр, яким можна надійно вимірювати постійну напругу в діапазоні 0 – 30В. Плату Ардуїно, як завжди, можна живити від 9В батареї.
Як вам відомо, аналогові входи Ардуїно можна використовувати для вимірювання постійної напруги в діапазоні 0 – 5В і цей діапазон можна збільшити,
використовуючи два резистори як дільник напруги. Дільник зменшить вимірювану напругу рівня аналогових входів Ардуино. А потім програма обчислить реальну величину напруги.
Аналоговий датчик на платі Ардуїно визначає наявність напруги на аналоговому вході та перетворює його на цифрову форму для подальшої обробки мікроконтролером. На малюнку напруга подається на аналоговий вхід (А0) через простий дільник напруги, що складається з резисторів R1 (100кОм) та R2 (10кОм).
За цих значень дільника на плату Ардуїно можна подавати напругу від 0 до
55В. На вході А0 маємо вимірювану напругу поділену на 11, тобто 55В / 11 = 5В. Інакше висловлюючись, при вимірі 55В на вході Ардуїно маємо максимально допустиме значення 5В. Насправді краще цьому вольтметрі написати діапазон “0 – 30В”, щоб залишався
Запас з безпеки!
Примітки
Якщо показання дисплея не збігаються зі показаннями промислового (лабораторного) вольтметра, то необхідно точним приладом виміряти величину опорів R1 та R2 і вставити ці значення замість R1=100000.0 та R2=10000.0 у коді програми. Потім слід виміряти лабораторним вольтметром реальну напругу між висновками 5В і Земля плати Ардуїно. Вийде значення менше, ніж 5В, наприклад, вийшло 4.95В. Це реальне значення слід вставити в кодовому рядку
vout = (value * 5.0)/1024.0 замість 5.0.
Крім того, намагайтеся застосовувати прецизійні резистори з допуском 1%.
Резистори R1 і R2 забезпечують деякий захист від підвищених вхідних напруг. Проте слід пам'ятати, що будь-які напруги вище 55В можуть вивести з ладу плату Ардуїно. Крім того, в цій конструкції не передбачені інші види захисту (від стрибків напруги, від переполюсування або підвищеної напруги).
Програма цифрового вольтметра
/*
DC Voltmeter
An Arduino DVM базується на voltage divider concept
T.K.Hareendran
*/
#include
LiquidCrystal lcd(7, 8, 9, 10, 11, 12);
int analogInput = 0;
float vout = 0.0;
float vin = 0.0;
float R1 = 100000.0; // Resistance of R1 (100K) -see text!
float R2 = 10000.0; // Resistance of R2 (10K) – see text!
int value = 0;
void setup()(
pinMode(analogInput, INPUT);
lcd.begin(16, 2);
lcd.print("DC VOLTMETER");
}
void loop()(
// read the value at analog input
value = analogRead(analogInput);
vout = (value * 5.0)/1024.0; // see text
vin = vout / (R2/(R1+R2));
if (vin<0.09) {
vin=0.0;//statement to quash undesired reading!
}
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(“INPUT V=”);
lcd.print(vin);
delay(500);
}
Принципова схема Ардуїно-вольтметра
Перелік компонентів
Плата Arduino Uno
100 ком резистор
10 ком резистор
100 Ом резистор
10кОм Підстроювальний резистор
LCD дисплей 16×2 (Hitachi HD44780)
У цій статті показано як зв'язати Arduino та ПК та передавати на ПК дані з АЦП. Програма для Windows написана за допомогою Visual C++ 2008 Express. Програма вольтметра дуже проста і має широке поле для покращення. Основною її метою було показати роботу з COM-портом та обмін даними між комп'ютером та Arduino.
Зв'язок між Arduino та ПК:
- Зняття показань з АЦП починається, коли комп'ютер надсилає Arduino команди 0xAC і 0x1y. у- Номер каналу АЦП (0-2);
- Зняття показань припиняється після отримання команд Arduino 0xAC і 0×00;
- Під час зняття показань Arduino раз на 50 мс посилає комп'ютеру команди 0xAB 0xaa 0xbb, де aa і bb максимальні та мінімальні результати вимірювання.
Програма для Arduino
Докладніше про послідовний зв'язок Ви можете прочитати на arduino.cc. Програма досить проста, більшу її частину займає робота з паралельним портом. Після закінчення зняття даних з АЦП ми отримуємо 10-бітове значення напруги (0×0000 – 0×0400) у вигляді 16-бітових змінних (INT). Послідовний порт (RS-232) дозволяє передавати дані у пакетах по 8 біт. Необхідно розділити 16-бітові змінні на 2 частини 8 біт.
Serial.print(voltage>>8,BYTE);
Serial.print(voltage%256,BYTE);
Ми зміщуємо байти змінної на 8 біт праворуч і потім ділимо на 256 і результат відправляємо на комп'ютер.
Повний вихідник ПЗ для Arduino ви можете завантажити
Visual C++
Я припускаю, що у Вас вже є базові знання в галузі програмування на C++ для Windows, якщо ні, то використовуйте Google. Інтернет повний уроків для початківців.
Перше, що потрібно зробити, це додати послідовний порт із панелі інструментів у нижню форму. Це дозволить змінити деякі важливі параметри послідовного порту: ім'я порту, швидкість передачі, бітність. Це корисно для додавання елементів керування у вікно програми, зміни цих налаштувань у будь-який час, без перекомпіляції програми. Я використав лише можливість вибору порту.
Після пошуку доступних послідовних портів перший порт вибирається за промовчанням. Як це зроблено:
array< String ^>^ serialPorts = nullptr;
serialPorts = serialPort1->GetPortNames();
this->comboBox1->Items->AddRange(serialPorts);
this->comboBox1->SelectedIndex=0;
Послідовний порт на ПК може бути використаний тільки однією програмою одночасно, так що порт повинен бути відкритий перед використанням і не закриватися. Прості команди для цього:
serialPort1->Open();
serialPort1->Close();
Для правильного читання даних із послідовного порту необхідно використовувати події (у нашому випадку переривання). Виберіть тип події:
Список, що розкривається при подвійному натисканні "DataReceived".
Код події генерується автоматично:
Якщо перший байт прибув по послідовному порту 0xAB, це означає, що інші байти несуть дані про напрузі.
private: System::Void serialPort1_DataReceived(System::Object^ sender, System::IO::Ports::SerialDataReceivedEventArgs^ e) (
unsigned char data0, data1;
if (serialPort1->ReadByte()==0xAB) (
data0=serialPort1->ReadByte();
data1=serialPort1->ReadByte();
voltage=Math::Round((float(data0*256+data1)/1024*5.00),2);
data_count++;
serialPort1->ReadByte();
Запис та читання даних послідовного порту
Для мене невеликою проблемою було надіслати шістнадцяткові RAW-дані через послідовний порт. Була використана команда Write(); Проте з трьома аргументами: масив, номер стартового байта, у байтів для записи.
private: System::Void button2_Click_1(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) (
unsigned char channel=0;
channel=this->listBox1->SelectedIndex;
array^start =(0xAC,(0x10+channel));
array^stop =(0xAC,0x00);
serialPort1->Write(start,0,2);
this->button2->Text="Stop";
) else (
serialPort1->Write(stop,0,2);
this->button2->Text="Start";
На цьому все!
Оригінал статті англійською мовою (переклад: Олександр Касьяновдля сайту cxem.net)
Описано як зібрати саморобний подвійний вольтметр на основі платформи Arduino UNO із використанням РК-дисплея 1602A. У деяких випадках необхідно вимірювати одночасно дві постійні напруги і порівнювати їх. Це може знадобитися, наприклад, при ремонті або налагодженні стабілізатора постійної напруги, щоб вимірювати напругу на його вході та виході або в інших випадках.
Принципова схема
Використовуючи універсальний мікроконтролерний модуль ARDUINO UNO та дворядковий РК-дисплей типу 1602А (на основі контролера HD44780) можна легко зробити такий прилад. В одному рядку він показуватиме напругу U1, в іншому - напругу U2.
Мал. 1. Принципова схема подвійного вольтметра з дисплеєм 1602 на Arduino UNO.
Але, перш за все, хочу нагадати, що ARDUINO UNO це відносно недорогий готовий модуль - невелика друкована плата, на якій розташований мікроконтролер ATMEGA328, а так само вся його «обв'язка», необхідна для його роботи, включаючи USB-програматор і джерело живлення.
Тим, хто незнайомий з ARDUINO UNO, раджу спочатку ознайомитись зі статтями Л.1 та Л.2. Схема подвійного вольтметра показано на рис. 1. Він призначений для вимірювання двох напруг від 0 до 100V (практично до 90V).
Як видно із схеми, до цифрових портів D2-D7 плати ARDUINO UNO підключено модуль рідкокристалічного індикатора Н1 типу 1602А. Живиться РК-індикатор від стабілізатора 5V напруги, наявного на платі стабілізатора напруги 5V.
Вимірювані напруги надходять на два аналогові входи А1 і А2. Усього аналогових входів шість, - А0-А5, можна було вибрати будь-які два з них. В даному випадку, обрані А1 та А2. Напруга на аналогових портах може бути тільки позитивною і тільки в межах від нуля до напруги живлення мікроконтролера, тобто, номінально, до 5V.
Вихід аналогового порту перетворюється АЦП мікроконтролера на цифрову форму. Для отримання результату в одиницях вольт потрібно його помножити на 5 (на опорну напругу, тобто, на напругу живлення мікроконтролера) і розділити на 1024.
Для того щоб можна було вимірювати напругу більше 5V, вірніше, більше напруги живлення мікроконтролера, тому що реальна напруга на виході 5-вольтового стабілізатора на платі ARDUINO UNO може відрізнятися від 5V, і зазвичай трохи нижче, потрібно на вході застосувати звичайні дільники резистивні. Тут це дільники напруги на резисторах R1, R3 та R2, R4.
При цьому для приведення показань приладу до реального значення вхідної напруги потрібно в програмі задати поділ результату вимірювання на коефіцієнт розподілу резистивного дільника. А коефіцієнт поділу, позначимо його "К", можна обчислити за такою формулою:
К = R3 / (R1 + R3) або К = R4 / (R2 + R4),
відповідно до різних входів подвійного вольтметра.
Дуже цікаво, що резистори в дільниках зовсім не обов'язково повинні бути високоточними. Можна взяти звичайні резистори, потім виміряти їхній фактичний опір точним омметром, і вже у формулу підставити ці виміряні значення. Вийде значення "К" для конкретного дільника, яке і потрібно буде підставляти у формулу.
Програма для вольтметра
Програма мовою C++ наведено малюнку 2.
Мал. 2. Початковий код програми.
Для управління РК-індикатором було вирішено використовувати порти з D2 по D7 плати ARDUINO UNO. В принципі, можна й інші порти, але я ось так вирішив використовувати саме ці.
Для того, щоб індикатор взаємодіяв з ARDUINO UNO, потрібно в програму завантажити підпрограму для його керування. Такі підпрограми називаються "бібліотеками", і в програмному комплекті для ARDUINO UNO є багато різних "бібліотек". Для роботи з РК-індикатором на основі HD44780 потрібна бібліотека LiquidCrystal. Тому програма (таблиця 1) починається із завантаження цієї бібліотеки:
Цей рядок дає команду завантажити в ARDUINO UNO цю бібліотеку. Потім потрібно призначити порти ARDUINO UNO, які будуть працювати з РК-індикатором. Я вибрав порти з D2 до D7. Ви можете вибрати інші. Ці порти призначені рядком:
LiquidCrystal led(2, 3, 4, 5, 6, 7);
Після цього, програма переходить саме до роботи вольтметра. Для вимірювання напруги було вирішено використовувати аналогові входи А1 і А2. Ці входи задані у рядках:
int analogInput=1;
int analogInput1=2;
Для читання даних з аналогових портів використовується функція analogRead. Читання даних з аналогових портів відбувається у рядках:
vout = analogRead (analogInput);
voutl=analogRead(analoglnput1);
Потім проводиться обчислення фактичної напруги з урахуванням коефіцієнта поділу дільника вхідної напруги:
volt=vout*5.0/1024.0/0.048;
volt1=vout1*5.0/1024.0/0.048;
У цих рядках число 5.0 – це напруга на виході стабілізатора плати ARDUINO UNO. В ідеалі має бути 5V, але для точної роботи вольтметра цю напругу потрібно заздалегідь виміряти. Підключіть джерело живлення та виміряйте достатньо точним вольтметром напругу +5V на роз'ємі POWER плати. Що буде, то і вводите в ці рядки замість 5.0, наприклад, якщо буде 4.85V, рядки виглядатимуть так:
volt=vout*4.85/1024.0/0.048;
volt1=vout1*4.85/1024.0/0.048;
На наступному етапі потрібно буде виміряти фактичні опори резисторів R1-R4 і визначити коефіцієнти (вказані 0.048) для цих рядків за формулами:
К1 = R3 / (R1 + R3) і К2 = R4 / (R2 + R4)
Допустимо, К1 = 0.046, а К2 = 0.051, так і пишемо:
volt=vout*4.85/1024.0/0.046;
volt1=vout1*4.85/1024.0/0.051;
Таким чином, в текст програми потрібно внести зміни відповідно до фактичної напруги на виході 5-вольтового стабілізатора плати ARDUINO UNO і згідно з фактичними коефіцієнтами поділу резистивних дільників. Після цього прилад працюватиме точно і ніякого налагодження чи калібрування не вимагатиме.
Змінивши коефіцієнти поділу резистивних дільників (і, відповідно, коефіцієнти «К») можна зробити інші межі виміру, і не обов'язково однакові для обох входів.
Каравкін В. РК-2017-01.
Література:
- Каравкін В. - Ялинкова мигалка на ARDUINO як засіб від остраху мікроконтролерів. РК-11-2016.
- Каравкін В. – Частотомір на ARDUINO. РК-12-2016.
Привіт, Хабре! Сьогодні хочу продовжити тему «схрещування» arduino та android. У попередній публікації я розповів про bluetooth машинку, а сьогодні йтиметься про DIY bluetooth вольтметр. Ще такий девайс можна назвати смарт-вольтметр, «розумний» вольтметр або просто розумний вольтметр, без лапок. Остання назва є неправильним з погляду граматики російської, проте часто зустрічається у ЗМІ. Голосування на цю тему буде наприкінці статті, а почати пропоную з демонстрації роботи пристрою, щоб зрозуміти про що йтиметься у статті.
Disclaimer: стаття розрахована на середньостатистичного любителя arduino, який зазвичай не знайомий із програмуванням під android, тому як і в минулій статті, додаток для смартфона ми робитимемо, використовуючи середовище візуальної розробки android-додатків App Inventor 2.
Щоб зробити DIY bluetooth вольтметр нам потрібно написати дві відносно незалежних один від одного програми: скетч для ардуїно та додаток для андроїд. Мабуть почнемо зі скетчу.
Для початку слід знати, що існує три основні варіанти вимірювання напруги за допомогою ардуїно, незалежно від того, куди потрібно виводити інформацію: в com-порт, на підключений до ардуїно екранчик, або на смартфон.
Перший випадок: Вимірювання напруги до 5 вольт. Тут достатньо одного-двох рядків коду, а напруга подається безпосередньо на пін А0:
int value = analogRead(0); // читаємо показання з А0
voltage = (value/1023.0) * 5; // Правильно тільки якщо Vcc = 5.0 вольт
Другий випадок: для вимірювання напруги понад 5 вольт використовується дільник напруги. Схема дуже проста, код теж.
Скетч
int analogInput = A0;
float val = 0.0;
float voltage = 0.0;
float R1 = 100000.0; //Battery Vin-> 100K -> A0
float R2 = 10000.0; // Battery Gnd -> Arduino Gnd і Arduino Gnd -> 10K -> A0
int value = 0;
Void setup() (
Serial.begin(9600);
pinMode(analogInput, INPUT);
}
Void loop() (
value = analogRead(analogInput);
val = (value * 4.7)/1024.0;
voltage = val / (R2/(R1+R2));
Serial.println(voltage);
delay(500);
}
Arduino Uno
Bluetooth модуль
Третій випадок. Коли потрібно отримати більш точні про напругу як опорну напругу потрібно використовувати не напругу живлення, яка може трохи змінюватися при живленні від акб, наприклад, а напруга внутрішнього стабілізатора ардуїно 1.1 вольт. Тут схема така ж, але код трохи довший. Докладно цей варіант розбирати не буду, тому що він і так добре описаний у тематичних статтях, а мені цілком достатньо другого способу, оскільки живлення у мене стабільне, від usb-порту ноутбука.
Отже, з виміром напруги ми розібралися, тепер перейдемо до другої половини проекту: створення андроїд-додатку. Додаток будемо робити прямо з браузера в середовищі візуальної розробки android-програм App Inventor 2. Заходимо на сайт appinventor.mit.edu/explore , авторизуємося за допомогою гугл-акаунта, натискаємо кнопку create, new project, і шляхом простого перетягування елементів створюємо приблизно дизайн:
Я зробив графіку дуже простий, якщо комусь захочеться цікавішої графіки, нагадаю, що для цього потрібно використовувати замість файлів .jpeg, файли формату.png з прозорим фоном.
Тепер переходимо у вкладку Blocks і створюємо там логіку роботи програми приблизно так:
Якщо все вийшло можна натискати кнопку Build і save .apk to my computer, а потім вже завантажуємо та встановлюємо програму на смартфон, хоча є й інші способи заливання програми. тут вже кому як зручніше. У результаті у мене вийшов такий додаток:
Розумію, що мало хто використовує середовище візуальної розробки android-програм App Inventor 2 у своїх проектах, тому може виникнути багато питань з приводу роботи в ній. Щоб зняти частину таких питань, я зробив докладне відео про те, як зробити таку програму «з нуля» (для перегляду потрібно перейти на ютуб):
P.S. Збірник з понад 100 навчальних матеріалів по ардуїно для початківців та профі
Принципова схема саморобного двополярного вольтметра на Arduino Uno та з дисплеєм 1602A. У статті «Подвійний вольтметр на ARDUINO UNO» (Л.1) автор запропонував опис вольтметра та програми для одночасного вимірювання та індикації двох постійних напруг. Що дуже зручно, якщо потрібно вимірювати одночасно дві постійні напруги і порівнювати їх.
Це може знадобитися, наприклад, при ремонті або налагодженні стабілізатора постійної напруги, щоб вимірювати напругу на його вході та виході або в інших випадках.
Однак, бувають схеми з двополярним харчуванням, коли напруга в якійсь точці схеми щодо загального «нуля» може бути як позитивною, так і негативною.
Принципова схема
Тут описується доопрацювання схеми та програми, щоб прилад міг вимірювати та індикувати як позитивну, так і негативну напругу.
Почну з того, що вимірювана напруга надходить на два аналогові входи А1 і А2. Усього аналогових входів шість, - А0-А5, можна було вибрати будь-які два з них. В даному випадку, обрані А1 та А2. Напруга на аналогових портах може бути тільки позитивною і тільки в межах від нуля до напруги живлення мікроконтролера, тобто, номінально, до 5V.
Вихід аналогового порту перетворюється АЦП мікроконтролера на цифрову форму. Для отримання результату в одиницях вольт потрібно його помножити на 5 (на опорну напругу, тобто, на напругу живлення мікроконтролера) і розділити на 1024.
Мал. 1. Принципова схема двополярного вольтметра на Arduino Uno та 1602A.
Для того щоб можна було вимірювати напругу більше 5V, вірніше, більше напруги живлення мікроконтролера, тому що реальна напруга на виході 5-вольтового стабілізатора на платі ARDUINO UNO може відрізнятися від 5V, і зазвичай трохи нижче, потрібно на вході застосувати звичайні дільники резистивні.
Тут це дільники напруги на резисторах R1, R3 та R2, R4. А як бути, якщо напругу потрібно виміряти менше нуля? У цьому випадку є тільки один вихід зі становища - це підняти рівень вхідного нуля. Ідеально, потрібно на половину напруги живлення, тобто до 2,5V. При цьому до напруги на вході додаватиметься дані 2,5V.
Потім, програмно ця напруга просто віднімати з вимірюваного. Але, це вимагатиме необхідності додаткового джерела цієї напруги. В принципі, це не складно зробити, але є і просте рішення.
Крім стабілізатора напруги 5V на платі ARDUINO UNO є джерело та напруги 3, ЗV. Ось його можна використовувати як «віртуальний нуль» для входу.
Зміни у схемі видно малюнку 1. У порівнянні з першим варіантом вхідний «нуль» просто переставлений із загального нуля на джерело +З.ЗV. Тому, коли вхідна напруга позитивна, на вході вона більше 3,ЗV (але не більше 5V - це верхня межа вимірювання), а коли негативна - менше 3,ЗV (але не менше OV - це нижня межа вимірювання).
Збільшення меж вимірювання (за модулем) досягається резистивним дільником, а індикація фактичної вхідної напруги, що надходить на Х2 і ХЗ, шляхом програмного віднімання з напруги на входах мікроконтролера величини 3,ЗV.
Програму наведено в таблиці 1. Це видно в рядках:
volt=(vout*5.0/1024.0-3.3)/0.048;
voltl=(voutl*5.0/1024.0-3.3)/0.048;
Число 3.3 - це ця напруга «віртуального нуля» входу.
У цих рядках число 5.0 – це напруга на виході стабілізатора плати ARDUINO UNO. В ідеалі має бути 5V, але для точної роботи вольтметра цю напругу потрібно заздалегідь виміряти. Підключіть джерело живлення та виміряйте достатньо точним вольтметром напругу +5V на роз'ємі POWER плати.
Що буде, те і вводите в ці рядки замість 5.0, Те саме стосується і напруги +3.3V, - його потрібно виміряти на роз'ємі плати, тому що фактично воно може дещо відрізнятися від 3,3V. Наприклад, якщо "5V" буде насправді 4.85V, а "3,ЗV" буде насправді 3,32V рядки будуть виглядати так:
volt=(vout*4.85/1024.0-3.32)/0.048;
voltl=(voutl*4.85/1024.0-3.32)/0.048;
На наступному етапі потрібно буде виміряти фактичні опори резисторів R1-R4 і визначити коефіцієнти (вказані 0.048) для цих рядків за формулами:
К1 = R3 / (R1 + R3) і К2 = R4 / (R2 + R4)
Допустимо, К1 = 0.046, а К2 = 0.051, так і пишемо:
volt=(vout*4.85/1024.0-3.32)/0.046;
voltl=(voutl*4.85/1024.0-3.32)/0.051;
Таким чином, до тексту програми потрібно внести зміни відповідно до фактичної напруги на виході 5-вольтової та 3,3-вольтової стабілізаторів плати ARDUINO UNO, і відповідно до фактичних коефіцієнтів поділу резистивних дільників.
Після цього прилад працюватиме точно, і ніякого налагодження чи калібрування не вимагатиме. При вимірі негативної напруги на РК-індикаторі у відповідному рядку перед величиною напруги буде знак мінус. При вимірі позитивної напруги знака немає.
Змінивши коефіцієнти поділу резистивних дільників (і, відповідно, коефіцієнти «К») можна зробити інші межі виміру, і не обов'язково однакові для обох входів.
Хочу нагадати, що до цифрових портів D2-D7 плати ARDUINO UNO підключено модуль рідкокристалічного індикатора Н1 типу 1602А. Живиться РК-індикатор від стабілізатора 5V напруги, наявного на платі стабілізатора напруги 5V.
Для того, щоб індикатор взаємодіяв з ARDUINO UNO, потрібно в програму завантажити підпрограму для його керування. Такі підпрограми називаються "бібліотеками", і в програмному комплекті для ARDUINO UNO є багато різних "бібліотек". Для роботи з РК-індикатором на основі HD44780 потрібна бібліотека LiquidCrystal. Тому програма (таблиця 1) починається із завантаження цієї бібліотеки:
Цей рядок дає команду завантажити в ARDUINO UNO цю бібліотеку. Потім потрібно призначити порти ARDUINO UNO, які працюватимуть з РК-інді-катором. Я вибрав порти з D2 до D7. Ви можете вибрати інші. Ці порти призначені рядком:
LiquidCrystal led(2, 3, 4, 5, 6, 7);
Після цього, програма переходить саме до роботи вольтметра.
Каравкін В. РК-06-17.
Література: 1. Каравкін В. – Подвійний вольтметр на ARDUINO UNO. РК-01-17.
