Como fazer um voltímetro digital DC usando o Arduino?

Um voltímetro é um dispositivo de medição de voltagem usado para medir a voltagem em certos pontos de um circuito elétrico. A tensão é a diferença de potencial criada entre dois pontos em um circuito elétrico. Existem dois tipos de voltímetros. Alguns voltímetros são projetados para medir a tensão de circuitos CC e outros voltímetros são projetados para medir a tensão em circuitos CA. Esses voltímetros são ainda caracterizados em duas categorias. Um é um voltímetro digital que mostra as medidas em uma tela digital e o outro é um voltímetro analógico que usa uma agulha para apontar na escala para nos mostrar a leitura exata.

Voltímetro digital

Neste projeto, vamos fazer um voltímetro usando o Arduino Uno. Explicaremos duas configurações de um voltímetro digital neste artigo. Na primeira configuração, o microcontrolador será capaz de medir tensões na faixa de 0 a 5V. Na segunda configuração, o microcontrolador será capaz de medir a tensão na faixa de 0 a 50V.



Como fazer um voltímetro digital?

Como sabemos, existem dois tipos de voltímetros, voltímetro analógico e voltímetro digital. Existem alguns outros tipos de voltímetros analógicos baseados na construção do dispositivo. Alguns desses tipos incluem voltímetro de bobina móvel de ímã permanente, voltímetro tipo retificador, voltímetro tipo ferro móvel, etc. O principal objetivo da introdução do voltímetro digital no mercado foi devido à maior probabilidade de erros em voltímetros analógicos. Ao contrário do voltímetro analógico, que usa uma agulha e uma escala, o voltímetro digital mostra as leituras diretamente em dígitos na tela. Isso remove a possibilidade de Erro Zero . A porcentagem de erro é reduzida de 5% para 1% quando mudamos de voltímetro analógico para voltímetro digital.



Agora, como sabemos o resumo deste projeto, vamos reunir mais algumas informações e começar a fazer um voltímetro digital usando o Arduino Uno.



Etapa 1: Coletando os componentes

A melhor abordagem para iniciar qualquer projeto é fazer uma lista de componentes e passar por um breve estudo desses componentes, porque ninguém vai querer ficar no meio de um projeto apenas por causa de um componente ausente. Uma lista de componentes que vamos usar neste projeto é fornecida abaixo:

  • Arduino uno
  • Potenciômetro de 10k-ohm
  • Jumper Wires
  • Resistor de 100k ohm
  • Resistor de 10k-ohm
  • Adaptador 12 V CA para CC (se o Arduino não for alimentado por computador)

Etapa 2: estudar os componentes

Arduino UNO é uma placa microcontrolada composta por um microchip ATMega 328P e desenvolvida pela Arduino.cc. Esta placa possui um conjunto de pinos de dados digitais e analógicos que podem fazer interface com outras placas de expansão ou circuitos. Esta placa possui 14 pinos digitais, 6 pinos analógicos e programáveis ​​com o IDE Arduino (Integrated Development Environment) através de um cabo USB tipo B. Requer 5V para ligar EM e um Código C para operar.

Arduino uno



LCDs são vistos em todos os dispositivos eletrônicos que precisam exibir algum texto ou dígito ou qualquer imagem para os usuários. Um LCD é um módulo de exibição, no qual o cristal líquido é usado para produzir uma imagem ou texto visível. UMA Visor LCD 16 × 2 é um módulo eletrônico muito simples que exibe 16 caracteres por linha e um total de duas linhas em sua tela por vez. Uma matriz de 5 × 7 pixels é usada para exibir um caractere nesses LCDs.

Visor LCD 16 × 2

PARA Tábua de pão é um dispositivo sem solda. Ele é usado para fazer e testar projetos e circuitos eletrônicos de protótipo temporário. A maioria dos componentes eletrônicos é simplesmente conectada a uma placa de ensaio apenas inserindo seus pinos na placa de ensaio. Uma tira de metal é colocada nos orifícios da placa de ensaio e os orifícios são conectados de uma maneira específica. As conexões dos furos são mostradas no diagrama abaixo:

Tábua de pão

Etapa 3: Diagrama de circuito

O primeiro circuito cuja faixa de medição é de 0 a 5 V é mostrado abaixo:

Voltímetro para 0-5V

O segundo circuito cuja faixa de medição é de 0 a 50 V é mostrado abaixo:

Voltímetro 0-50V

Etapa 4: Princípio de funcionamento

O funcionamento deste projeto de voltímetro DC digital baseado em Arduino é explicado aqui. No voltímetro digital, a tensão que é medida na forma analógica será convertida para seu valor digital correspondente usando um conversor analógico para digital.

No primeiro circuito cuja faixa de medição é de 0 a 5 V, a entrada será feita no pino 0 analógico. O pino analógico lerá qualquer valor de 0 a 1024. Em seguida, esse valor analógico será convertido em digital multiplicando-o pela tensão total, que é 5 V, e dividindo-o pela resolução total, que é 1024.

No segundo circuito, como a faixa deve ser aumentada de 5V para 50V, deve-se fazer uma configuração do divisor de tensão. O circuito divisor de tensão é feito usando um resistor de 10k-ohm e 100k-ohm. Esta configuração do divisor de tensão nos ajuda a trazer a tensão de entrada para a faixa de entrada analógica do Arduino Uno.

Todos os cálculos matemáticos são feitos na programação do Arduino Uno.

Etapa 5: montagem dos componentes

A conexão do módulo LCD à placa Arduino Uno é a mesma em ambos os circuitos. A única diferença é que no primeiro circuito, a faixa de entrada é baixa, então ela é enviada diretamente para o pino analógico do Arduino. No segundo circuito, uma configuração de divisor de tensão é usada no lado de entrada da placa do microcontrolador.

  1. Conecte os pinos Vss e Vdd do módulo LCD ao aterramento e 5V da placa Arduino, respectivamente. O pino V é o pino usado para ajustar as restrições da tela. Ele é conectado ao potenciômetro cujo um pino está conectado a 5V e o outro está conectado ao aterramento.
  2. Conecte os pinos RS e E do módulo LCD ao pino 2 e pino 3 da placa Arduino, respectivamente. O pino RW do LCD é conectado ao solo.
  3. Como usaremos o módulo LCD no modo de dados de 4 bits, seus quatro pinos D4 a D7 serão usados. Os pinos D4-D7 do módulo LCD são conectados ao pino 4-pino 7 da placa do microcontrolador.
  4. No primeiro circuito, não há circuitos adicionais no lado de entrada porque a tensão máxima a ser medida é 5V. No segundo circuito, como a faixa de medição é de 0-50 V, uma configuração do divisor de tensão é feita usando um resistor de 10k ohm e 100k ohm. Deve-se notar que todos os motivos são comuns.

Etapa 6: Introdução ao Arduino

Se você não está familiarizado com o IDE do Arduino antes, não se preocupe porque abaixo, você pode ver etapas claras de gravação de código na placa do microcontrolador usando o IDE do Arduino. Você pode baixar a versão mais recente do Arduino IDE em aqui e siga as etapas mencionadas abaixo:

  1. Quando a placa Arduino estiver conectada ao seu PC, abra o “Painel de Controle” e clique em “Hardware e Sons”. Em seguida, clique em “Dispositivos e Impressoras”. Encontre o nome da porta à qual sua placa Arduino está conectada. No meu caso é “COM14” mas pode ser diferente no seu PC.

    Encontrar o porto

  2. Teremos que incluir uma biblioteca para usar o Módulo LCD. A biblioteca está anexada abaixo no link de download junto com o código. Vamos para Esboço> Incluir biblioteca> Adicionar biblioteca .ZIP.

    Incluir Biblioteca

  3. Agora abra o IDE do Arduino. Em Ferramentas, defina a placa Arduino para Arduino / Genuino UNO.

    Tabuleiro de Configuração

  4. No mesmo menu de ferramentas, defina o número da porta que você viu no painel de controle.

    Porta de configuração

  5. Baixe o código anexado abaixo e copie-o para o seu IDE. Para fazer upload do código, clique no botão upload.

    Envio

Você pode baixar o código por clicando aqui.

Etapa 7: Código

O código é bastante simples e bem comentado. Mas ainda, alguns são explicados abaixo.

1. No início, a biblioteca é usada para que possamos fazer a interface do módulo LCD com a placa Arduino Uno e programá-la de acordo. Depois, são inicializados os pinos da placa Arduino que serão usados ​​para conectar com o módulo LCD. Em seguida, diferentes variáveis ​​são inicializadas para armazenar valores no tempo de execução que serão usados ​​posteriormente nos cálculos.

#include 'LiquidCrystal.h' // inclui biblioteca para fazer a interface do módulo LCD com a placa Arduino LiquidCrystal lcd (2, 3, 4, 5, 6, 7); // pinos do módulo LCD a serem usados ​​float voltage = 0.0; temperatura flutuante = 0,0; // variável para armazenar o valor digital da entrada int analog_value; // variável para armazenar o valor analógico na entrada

2 configuração vazia () é uma função executada apenas uma vez quando o dispositivo é iniciado ou o botão de ativação é pressionado. Aqui, inicializamos o LCD para começar. Quando o LCD iniciar, o texto “Arduino Based Digital Voltmeter” será exibido. A taxa de transmissão também é definida nesta função. A taxa de transmissão é a velocidade em bits por segundo pela qual o Arduino se comunica com os dispositivos externos.

configuração vazia () {lcd.begin (16, 2); // inicia a comunicação com o LCD lcd.setCursor (0,0); // inicia o cursor do início lcd.print ('baseado em Arduino'); // Imprime o texto na primeira linha lcd.setCursor (0,1); // Mova o curso ou para a próxima linha lcd.print ('Digital Voltmeter'); // imprime o texto na segunda linha delay (2000); // aguarde dois segundos}

3 - void loop () é uma função que é executada continuamente em um loop. Aqui, o valor analógico está sendo lido no lado da entrada. Em seguida, esse valor analógico é convertido para a forma digital. Uma condição é aplicada e as medidas finais são exibidas na tela LCD

loop vazio () {analog_value = analogRead (A0); // Lendo o valor analógico temp = (analog_value * 5.0) / 1024.0; // convertendo o valor analógico em tensão digital = temp / (0,0909); if (voltagem< 0.1) { voltage=0.0; } lcd.clear(); // Clear any text on the LCD lcd.setCursor(0, 0); // Mve the cursor to the initial position lcd.print('Voltage= '); // Print Voltgae= lcd.print(voltage); // Print the final digital value of voltage lcd.setCursor(13,1); // move the cursor lcd.print('V'); // print the unit of voltage delay(30); // wait for 0.3 seconds }

Formulários

Algumas de suas aplicações de um voltímetro digital incluem:

  1. O circuito feito acima pode ser usado para medir diferentes faixas de tensões com alta precisão em qualquer circuito elétrico.
  2. Se fizermos pequenas alterações no circuito, o microcontrolador será capaz de medir a tensão em circuitos CA também.