Аналогов волтметър с Arduino

    Чували ли сте за свързване на най-обикновена аналогова измервателна система към цифров изход на развойна платка Arduino? И аз не бях ..., но се оказа, че с Arduino всичко е възможно!

    Попаднах съвсем случайно в интернет на тази изумително нетрадиционна идея, търсейки решения за цифрови волтметри, които исках да включа в моите бъдещи изследвания на възможностите на Arduino [1]. В първия момент се стъписах и се попитах – че на кой му трябва? А след това се замислих и именно нетрадиционния начин за изграждане на волтметър ми хареса. Всъщност, не толкова отчитането на постоянно напрежение с аналогова система е интересно, колкото преноса на аналогова стойност от аналоговия вход А0 към някой от цифровите PWM изходи на платката, както и мащабирането на показанията. А именно в това е ценността на идеята, която може да се използва в много други разработки.

    Разбира се, аз не направих copy/paste на оригинала. Пречупих това хрумване през нуждите на моите конструкции, а именно използването й за измерване на променливо напрежение, например на мрежовото захранване ~220V. Не че не може да стане с панелен цифров волтметър или аналогова система с обхват 300 волта за директно измерване, но защо да не бъдем в крак с традициите? Бързо се сдобих с постояннотокова измервателна система волтметър с максимално показание на скалата 3 волта. Досещате се, че тази скала ще мащабирам 100 пъти и всъщност ще приложа това показания към мрежовото напрежение, което означава, че ще измервам променливо напрежение до 300 волта. Точността на системата е 2.5%, но отделните отчети са през 10 волта, а визуално е възможно да се отчете разлика от 5 волта, което е напълно достатъчно за този примерен експеримент.

    За да изпълня този експеримент ми бяха необходими: малък мрежов трансформатор с какво да е изходно напрежение от няколко волта, което чрез резистивен делител ще намаля до необходимото, изправителна схема "Грец", филтърен кондензатор около 220-330 µF, Arduino платка, бредборд, кабели и аналоговата система, спомената по-горе. Като за начало за да се убедя, че идеята е работеща, свързах набързо на бредборда необходимите елементи според схемата от цитирания горе линк. Оказа се, че всъщност работи и то учудващо добре:

    Този пример може да се използва за различни цели, но удоволствието което ми достави беше с наблюдението на движението на стрелката на аналоговата измервателна система при въртене на ръчката на потенциометъра. Очаквах подскоци нагоре-надолу, но движението й беше изключително стабилно и плавно.

    Както е видно на нашия сайт, аз публикувах серия от мои експерименти със стабилизатори на променливо напрежение. Веднага ми дойде идеята, че бих могъл да използвам този начин на измерване на входното и изходното напрежение. (Не че не може и по друг начин!). Схемата, по която осъществих този примерен експеримент е следната:

    Тази схемичка се сглобява за пет минутки с няколко свързващи кабелчета, един резистор, един потенциометър и-и-и-и-и ... с желание. Посочил съм напреженията на преди и след изправителния Грец-блок, както и в точката на резистивния делител. ВНИМАНИЕ - ако не сте сигурни в трансформатора, който използвате, първо измерете стойността на напрежението в точката на делителя, която не трябва да превишава 5 волта. За да предпазите входа на платката Arduino силно препоръчвам да свържете ценеров диод с напрежение на стабилизация 4,7-5,1 волта.

    Следва зареждане на програмния код и включване на захранването на платката. Към този пример аз съм приложил файла с моя скеч, но съм дал и линк към оригинала, но трябва да съобразите цифровия изход. С малки разлики моят скеч наподобява оригиналния, като съм го пригодил към моите бъдещи проекти.

Настройката е изключително лесна и бърза за изпълнение. След зареждане на скеча, след броени секунди светодиодите на платката светват, индицирайки готовност. Надявам се, че сме проверили монтажа и връзките, измерваме напреженията. За да няма изненади или забивания на стрелката на системата в максимално крайно положение, още преди включването на захранването, завъртаме оста на тримера (потенциометъра) в крайно ляво положение, към маса. След това постепенно го увеличаваме до постигане на показание на стрелковата система около 2,2, което следва да съответства на 220 волта. Настройваме латера бавно, като с цифров мултимер следим напрежението на изхода му до достигане на показание ~220V, след което донастройваме с тримера показанието на аналоговата система до съвпадение с 2,2. С това настройката е приключила.

    Разбира се, после може да си поиграете, като с въртене на ръчката на латера изменяте напрежението и следите показанието на аналоговия волтметър, което с малки, почти незабележими разлики трябва да съответства на напрежението измервано с цифровия мултимер.

    На принципната схема по-горе и снимките, които прилагам по-долу се виждат всички използвани части и връзките между тях, поради което няма да правя опис (BOM). Да, защото целта беше да експериментирам тази нетрадиционна идея, пречупена през моите бъдещи планове за проекти с развойната платка Arduino Uno R3.

Архив: v_terziev_a_voltm.zip [zip,spl7,gif][31kb], arduino_av.zip [1kb][zip,ino]

Използвани материали: 

1. Arduino Voltmeter Circuit
 

Валери Терзиев
6 юли 2016 година