Вольтметр переменного тока с использованием Arduino

В этом проекте мы собираемся создать устройство для измерения напряжения переменного тока с использованием Arduino, которое будет измерять напряжение источника переменного тока в нашем доме. Мы собираемся распечатать это напряжение на последовательном мониторе Arduino IDE, а также отобразить на мультиметре.

Сделать цифровой вольтметр намного проще, чем аналоговый, потому что в случае аналогового вольтметра вы должны хорошо знать физические параметры, такие как крутящий момент, потери на трение и т. Д., Тогда как в случае цифрового вольтметра вы можете просто использовать ЖК-дисплей или светодиодную матрицу или даже ваш ноутбук (как в этом случае), чтобы распечатать значения напряжения для вас. Вот несколько проектов цифровых вольтметров:

• Простая схема цифрового вольтметра с печатной платой с использованием ICL7107
• LM3914 Цепь вольтметра
• Цифровой вольтметр 0-25 В с микроконтроллером AVR

Обязательные компоненты:

1. Один трансформатор 12-0-12
2. 1N4007 диод
3. Конденсатор 1 мкФ
4. Резисторы 10к; 4,7 км.
5. Стабилитрон (5 В)
6. Arduino UNO
7. Соединительные провода

Схема вольтметра Arduino:

Принципиальная схема этого вольтметра Arduino показана выше.

Подключения:

1. Подключите сторону высокого напряжения (220 В) трансформатора к сети, а низкое напряжение (12 В) к цепи делителя напряжения.
2. Подключите резистор 10 кОм последовательно с резистором 4,7 кОм, но убедитесь, что входное напряжение подается на резистор 4,7 кОм.
3. Подключите диод, как показано.
4. Подключите конденсатор и стабилитрон через 4,7 кОм.
5. Подключите провод от n-клеммы диода к аналоговому выводу A0 Arduino.

** Примечание: подключите заземляющий контакт Arduino к точке, как показано на рисунке, иначе схема не будет работать.

Нужна схема делителя напряжения?

Поскольку мы используем трансформатор 220/12 В, мы получаем 12 В на стороне низкого напряжения. Поскольку это напряжение не подходит в качестве входа для Arduino, нам нужна схема делителя напряжения, которая может выдавать подходящее значение напряжения в качестве входа для Arduino.

Почему диод и конденсатор подключены?

Поскольку Arduino не принимает отрицательные значения напряжения в качестве входных данных, нам сначала нужно удалить отрицательный цикл понижения переменного тока, чтобы Arduino принимала только положительное значение напряжения. Следовательно, для выпрямления понижающего напряжения подключен диод. Ознакомьтесь с нашими схемами полуволнового выпрямителя и двухполупериодного выпрямителя, чтобы узнать больше о выпрямлении.

Это выпрямленное напряжение не является плавным, поскольку оно содержит большие пульсации, которые не могут дать нам точного аналогового значения. Следовательно, конденсатор подключается для сглаживания сигнала переменного тока.

Назначение стабилитрона?

Arduino может получить повреждения, если на него будет подано напряжение более 5 В. Следовательно, для обеспечения безопасности Arduino подключается стабилитрон на 5 В, который выйдет из строя в случае, если это напряжение превысит 5 В.

Работа вольтметра переменного тока на базе Arduino:

1. Понижающее напряжение получается на стороне LV трансформатора, который подходит для использования с резисторами с нормальной номинальной мощностью.

2. Затем мы получаем подходящее значение напряжения на резисторе 4,7 кОм.

Максимальное напряжение, которое можно измерить, определяется путем моделирования этой схемы на Proteus (объяснено в разделе моделирования).

3. Arduino принимает это напряжение как входной сигнал с вывода A0 в виде аналоговых значений от 0 до 1023. 0 - 0 вольт, а 1023 - 5 В.

4. Затем Arduino преобразует это аналоговое значение в соответствующее сетевое напряжение переменного тока по формуле. (Объясняется в разделе кода).

Моделирование:

Точная схема создается в Proteus, а затем моделируется. Чтобы определить максимальное напряжение, которое может измерить эта схема, используется метод «удар-проба».

При достижении пикового напряжения генератора 440 (311 среднеквадратичное значение) напряжение на выводе A0 оказалось равным 5 вольт, т.е. Следовательно, эта схема может измерять максимальное значение 311 действующего напряжения.

Моделирование выполняется для различных напряжений от 220 до 440 В.

Пояснение к коду:

Полный код ArduinoVoltmeter приведен в конце этого проекта и хорошо объяснен в комментариях. Здесь мы объясняем некоторые его части.

m - входное аналоговое значение, полученное на выводе A0, т.е.

m = pinMode (A0, ВХОД); // устанавливаем вывод a0 как входной вывод

Чтобы присвоить переменной n этой формуле n = (m * . 304177), сначала выполняются какие-то вычисления с использованием данных, полученных в разделе моделирования:

Как видно на фотографии моделирования, аналоговое значение 5 В или 1023 получается на выводе A0, когда входное напряжение переменного тока составляет 311 вольт. Отсюда:

Таким образом, любое случайное аналоговое значение соответствует (311/1023) * m, где m - это аналоговое значение.

Отсюда мы приходим к этой формуле:

n = (311/1023) * м вольт или n = (m *.304177)

Теперь это значение напряжения выводится на монитор последовательного порта с помощью последовательных команд, как описано ниже. А также показано на мультиметре, как показано на видео ниже.

На экране отображаются следующие значения:

Значение аналогового входа, как указано в коде:

Serial.print («аналоговый вход»); // это дает имя, которое является «аналоговым входом» напечатанному аналоговому значению Serial.print (m); // это просто печатает входное аналоговое значение

Требуемое напряжение переменного тока, указанное в коде:

Serial.print («напряжение переменного тока»); // это дает название «напряжение переменного тока» напечатанному аналоговому значению Serial.print (n); // просто выводит значение переменного напряжения