AC voltmetr pomocí Arduina

V tomto projektu budeme vyrábět zařízení na měření střídavého napětí pomocí Arduina, které bude měřit napětí zdroje střídavého proudu u nás doma. Chystáme se toto napětí vytisknout na sériový monitor Arduino IDE a ukázat na multimetru.

Výroba digitálního voltmetru je mnohem snadnější než výroba analogového, protože v případě analogového voltmetru musíte mít dobrou znalost fyzikálních parametrů, jako je točivý moment, ztráty třením atd., Zatímco v případě digitálního voltmetru můžete použít pouze matici LCD nebo LED nebo dokonce i váš notebook (jako v tomto případě), aby vám vytiskl hodnoty napětí. Zde jsou některé projekty digitálního voltmetru:

• Jednoduchý obvod digitálního voltmetru s deskou plošných spojů pomocí ICL7107
• Obvod voltmetru LM3914
• 0-25V digitální voltmetr pomocí mikrokontroléru AVR

Požadované komponenty:

1. Jeden transformátor 12-0-12
2. Dioda 1N4007
3. 1uf kondenzátor
4. Rezistory 10k; 4,7 tis.
5. Zenerova dioda (5 V)
6. Arduino UNO
7. Připojovací vodiče

Schéma zapojení voltmetru Arduino:

Schéma zapojení tohoto voltmetru Arduino je uvedeno výše.

Připojení:

1. Připojte vysokonapěťovou stranu (220 V) transformátoru k síťovému napájení a nízké napětí (12 V) k obvodu děliče napětí.
2. Připojte 10k rezistor do série s 4,7k rezistorem, ale ujistěte se, že na vstupu 4,7k rezistoru je napětí.
3. Připojte diodu podle obrázku.
4. Připojte kondenzátor a zenerovou diodu přes 4,7k
5. Připojte vodič z n-terminálu diody k analogovému pinu A0 Arduina.

** Poznámka: Připojte zemnicí kolík Arduina k bodu, jak je znázorněno na obrázku, nebo obvod nebude fungovat.

Potřebujete obvod děliče napětí?

Protože používáme transformátor 220/12 V, dostaneme 12 V na LV straně. Protože toto napětí není vhodné jako vstup pro Arduino, potřebujeme obvod děliče napětí, který může poskytnout vhodnou hodnotu napětí jako vstup do Arduina

Proč je připojena dioda a kondenzátor?

Vzhledem k tomu, že Arduino jako vstup nebere záporné hodnoty napětí, musíme nejprve odstranit záporný cyklus snižování střídavého proudu, aby Arduino přijímalo pouze kladnou hodnotu napětí. Proto je dioda připojena k usměrnění sestupného napětí. Podívejte se na náš půlvlnný usměrňovač a obvod plné vlny usměrňovače, abyste se dozvěděli více o nápravě.

Toto usměrněné napětí není plynulé, protože obsahuje velké vlnky, které nám nemohou poskytnout přesnou analogovou hodnotu. K vyhlazení střídavého signálu je tedy připojen kondenzátor.

Účel zenerovy diody?

Arduino se může poškodit, pokud je do něj přiváděno napětí větší než 5v. Proto je připojena 5V zenerova dioda, aby byla zajištěna bezpečnost Arduina, které se rozpadne v případě, že toto napětí překročí 5v.

Práce na voltmetru založeném na Arduinu:

1. Sestupné napětí se získá na straně nn transformátoru, který je vhodný pro použití v běžných výkonových rezistorech.

2. Pak dostaneme vhodnou hodnotu napětí na 4,7k rezistoru

Maximální napětí, které lze měřit, lze zjistit simulací tohoto obvodu na proteu (vysvětleno v sekci simulace).

3. Arduino bere toto napětí jako vstup z pinu A0 ve formě analogových hodnot mezi 0 až 1023. 0 je 0 V a 1023 5 V.

4. Arduino poté převede tuto analogovou hodnotu na odpovídající síťové střídavé napětí podle vzorce. (Vysvětleno v sekci kódu).

Simulace:

Přesný obvod je vytvořen v proteu a poté simulován. K nalezení maximálního napětí, které může tento obvod měřit, se používá zkušební metoda.

Při výrobě špičkového napětí alternátoru 440 (311 rms) bylo zjištěno, že napětí na kolíku A0 je 5 voltů, tj. Maximum. Proto tento obvod může měřit maximální napětí 311 rms.

Simulace se provádí pro různá napětí mezi 220 rms a 440v.

Vysvětlení kódu:

Kompletní kód ArduinoVoltmeter je uveden na konci tohoto projektu a je dobře vysvětlen v komentářích. Zde vysvětlujeme několik jeho částí.

m je vstupní analogová hodnota přijatá na pinu A0, tj.

m = pinMode (A0, VSTUP); // nastavit pin a0 jako vstupní pin

Chcete-li přiřadit proměnnou n tomuto vzorci n = (m * . 304177), nejprve se provede nějaký druh výpočtů pomocí dat získaných v sekci simulace:

Jak je vidět na simulační fotografii, analogová hodnota 5v nebo 1023 se získá na pinu A0, když je vstupní střídavé napětí 311 voltů. Proto:

Takže libovolná náhodná analogová hodnota odpovídá (311/1023) * m, kde m je získána analogová hodnota.

Proto jsme dospěli k tomuto vzorci:

n = (311/1023) * m voltů nebo n = (m *. 304177)

Nyní je tato hodnota napětí vytištěna na sériovém monitoru pomocí sériových příkazů, jak je vysvětleno níže. A také se zobrazuje na multimetru, jak je ukázáno ve videu níže.

Hodnoty vytištěné na obrazovce jsou:

Hodnota analogového vstupu uvedená v kódu:

Serial.print ("analogový vstup"); // toto udává název, který je „analogový vstup“ vytištěné analogové hodnoty Serial.print (m); // jednoduše vytiskne vstupní analogovou hodnotu

Požadované střídavé napětí uvedené v kódu:

Serial.print ("střídavé napětí"); // toto pojmenuje „střídavé napětí“ vytištěné analogové hodnoty Serial.print (n); // toto jednoduše vytiskne hodnotu střídavého napětí