การวัดแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ Arduino: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

การวัดแรงดันไฟฟ้าทำได้ง่ายมากโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์เมื่อเทียบกับการวัดกระแส การวัดแรงดันไฟฟ้ากลายเป็นสิ่งจำเป็นหากคุณกำลังทำงานกับแบตเตอรี่หรือคุณต้องการสร้างแหล่งจ่ายไฟที่ปรับได้ของคุณเอง แม้ว่าวิธีนี้จะใช้ได้กับ uC ใดๆ แต่ในบทช่วยสอนนี้ เราจะเรียนรู้วิธีวัดแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ Arduino

มีเซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้าอยู่ในท้องตลาด แต่คุณต้องการพวกเขาจริงๆหรือ? ลองหา!

ขั้นตอนที่ 1: พื้นฐาน

ไมโครคอนโทรลเลอร์ไม่เข้าใจแรงดันแอนะล็อกโดยตรง นั่นคือเหตุผลที่เราต้องใช้ Analog to Digital Converter หรือ ADC ในระยะสั้น Atmega328 ซึ่งเป็นสมองของ Arduino Uno มี 6 ช่อง (ทำเครื่องหมายเป็น A0 ถึง A5), ADC 10 บิต ซึ่งหมายความว่าจะจับคู่แรงดันไฟฟ้าขาเข้าจาก 0 ถึง 5V เป็นค่าจำนวนเต็มตั้งแต่ 0 ถึง (2^10-1) เช่นเท่ากับ 1023 ซึ่งให้ความละเอียด 4.9mV ต่อหน่วย 0 จะสอดคล้องกับ 0V, 1 ถึง 4.9mv, 2 ถึง 9.8mV และอื่นๆ จนถึง 1023

ขั้นตอนที่ 2: วัด 0-5V

ขั้นแรกเราจะมาดูวิธีการวัดแรงดันไฟด้วยแรงดันไฟสูงสุดที่ 5V วิธีนี้ง่ายมากเพราะไม่จำเป็นต้องมีการดัดแปลงพิเศษใดๆ ในการจำลองแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน เราจะใช้โพเทนชิออมิเตอร์ที่มีพินกลางเชื่อมต่อกับช่องสัญญาณใดช่องหนึ่งจากทั้งหมด 6 ช่อง ตอนนี้เราจะเขียนโค้ดเพื่ออ่านค่าจาก ADC และแปลงกลับเป็นค่าแรงดันไฟฟ้าที่มีประโยชน์

กำลังอ่านพินอนาล็อก A0

ค่า = analogRead (A0);

ตอนนี้ 'ค่า' ของตัวแปรมีค่าระหว่าง 0 ถึง 1023 ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้า = ค่า * 5.0/1023;

ค่าที่ได้รับจะถูกคูณด้วยความละเอียด (5/1023 = 4.9mV ต่อหน่วย) เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าจริง

และสุดท้าย แสดงแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้บนจอภาพแบบอนุกรม

Serial.print ("แรงดันไฟฟ้า = ");

Serial.println (แรงดันไฟฟ้า);

ขั้นตอนที่ 3: การวัดแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า 5V

แต่ปัญหาเกิดขึ้นเมื่อแรงดันไฟที่จะวัดเกิน 5 โวลต์ ซึ่งสามารถแก้ไขได้โดยใช้วงจรแบ่งแรงดันซึ่งประกอบด้วยตัวต้านทาน 2 ตัวต่ออนุกรมกันดังรูป ปลายด้านหนึ่งของการเชื่อมต่อชุดนี้เชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้าที่จะวัด (Vm) และปลายอีกด้านหนึ่งกับกราวด์ แรงดันไฟ (V1) ที่ได้สัดส่วนกับแรงดันที่วัดได้จะปรากฏขึ้นที่ทางแยกของตัวต้านทานสองตัว ชุมทางนี้สามารถเชื่อมต่อกับพินอะนาล็อกของ Arduino ได้ สามารถหาแรงดันไฟฟ้าได้โดยใช้สูตรนี้

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

แรงดันไฟฟ้า V1 จะถูกวัดโดย Arduino

ขั้นตอนที่ 4: สร้างตัวแบ่งแรงดัน

ในการสร้างตัวแบ่งแรงดัน เราต้องค้นหาค่าของตัวต้านทานก่อน ทำตามขั้นตอนเหล่านี้เพื่อคำนวณค่าของตัวต้านทาน

1. กำหนดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่จะวัด
2. กำหนดค่ามาตรฐานที่เหมาะสมและเหมาะสมสำหรับ R1 ในช่วงกิโลโอห์ม
3. ใช้สูตรคำนวณ R2
4. หากค่าของ R2 ไม่ใช่ (หรือใกล้เคียง) ค่ามาตรฐาน ให้เปลี่ยน R1 และทำซ้ำขั้นตอนข้างต้น
5. เนื่องจาก Arduino สามารถรองรับได้สูงสุด 5V, V1 = 5V

ตัวอย่างเช่น ให้แรงดันไฟสูงสุด (Vm) ที่จะวัดเป็น 12V และ R1 = 47 กิโลโอห์ม จากนั้นใช้สูตร R2 ออกมาจะเท่ากับ 33k

ตอนนี้สร้างวงจรแบ่งแรงดันโดยใช้ตัวต้านทานเหล่านี้

ด้วยการตั้งค่านี้ ตอนนี้เรามีขีดจำกัดบนและล่าง สำหรับ Vm = 12V เราจะได้ V1 = 5V และสำหรับ Vm = 0V เราจะได้ V1 = 0V นั่นคือสำหรับ 0 ถึง 12V ที่ Vm จะมีแรงดันตามสัดส่วนตั้งแต่ 0 ถึง 5V ที่ V1 ซึ่งสามารถป้อนเข้าสู่ Arduino ได้เช่นเดิม

ขั้นตอนที่ 5: การอ่านแรงดันไฟฟ้า

ด้วยการดัดแปลงเล็กน้อยในโค้ด ตอนนี้เราสามารถวัด 0 ถึง 12V ได้แล้ว

อ่านค่าอนาล็อกเหมือนเดิม จากนั้นใช้สูตรเดียวกันกับที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ แรงดันไฟฟ้าระหว่าง 0 ถึง 12V จะถูกวัด

ค่า = analogRead (A0);

แรงดันไฟฟ้า = ค่า * (5.0/1023) * ((R1 + R2)/R2);

โมดูลเซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้าที่มีอยู่ทั่วไปไม่ได้เป็นเพียงแค่วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า เหล่านี้ได้รับการจัดอันดับสำหรับ 0 ถึง 25V พร้อมตัวต้านทาน 30 กิโลโอห์มและ 7.5 กิโลโอห์ม

ทำไมต้องซื้อ ในเมื่อคุณสามารถ DIY ได้!

ขอบคุณที่ติดตามจนจบ ฉันหวังว่าบทช่วยสอนนี้จะช่วยคุณได้

สมัครสมาชิกช่อง YouTube ของฉันสำหรับโครงการและบทช่วยสอนที่จะเกิดขึ้น ขอบคุณอีกครั้ง!