Цифровой вольтметр на Arduino с подключением к ПК через последовательный порт. Bluetooth вольтметр на базе arduino Arduino считывание данных с цифрового вольтметра
Широкий интерес для любителей самодельных электронно-программируемых устройств представляют многофункциональные сборки Arduino, позволяющие воплощать в жизнь интересные задумки.
Основное преимущество готовых схем Arduino заключается в уникальном блочно-модульном принципе: каждая плата может быть добавлена дополнительными интерфейсами, бесконечно расширяя возможности для создания различных проектов.
Модули Arduino построены на универсальном микроконтроллере с собственным загрузчиком, что позволяет легко прошивать его необходимым программным кодом, без использования дополнительных устройств. Программирование осуществляется на стандартном языке С++.
Одним из простейших примеров использования Arduino может стать реализация на базе этой сборки вольтметра постоянного напряжения повышенной точности с диапазоном измерения от 0 до 30 В.
Аналоговые входы Arduino предназначены для постоянного напряжения не более пяти вольт, поэтому, использование их при превышающих это значение напряжениях возможно с делителем напряжения.
Схема подключения Areduino через делитель напряжения Делитель напряжения состоит из двух последовательно соединенных сопротивлений. Расчет его производится по формуле:
Внешний USB-разъем в автомагнитоле
Четырехканальный "Arduino- вольтметр" может измерять четыре независимых напряжения постоянного тока в диапазоне от 0 до 50В. Аналоговые каналы с A2 по A5 на Arduino Uno используются для измерения четырех различных напряжений. Измеренные значения напряжений отображаются на 16-символьном, двухстрочном ЖК-индикаторе.
Напряжения отображаются в виде значения с одной цифрой после запятой, напр., 5.3В, 12.8В и т.д.
На видео ниже показана работа вольтметра на базе Arduino, который измеряет напряжение четырех батарей с различным уровнем напряжения.
Принцип работы вольтметра
Каждый канал вольтметра на базе Arduino имеет пару резисторов, которые образуют делитель напряжения. Делитель напряжения уменьшает входное напряжение до уровня, который может быть измерен микроконтроллером Arduino. Запущенный код на Arduino вычисляет действительное значение напряжения и отображает результат на ЖК-дисплее.
Перед началом сборки схемы убедитесь в том, что ваш ЖК-дисплей имеет такое же количество выводов, что и дисплей, указанный на схеме. При неправильном подключении ЖК-дисплей может выйти из строя.
В данном учебном материале показано, как подключить ЖК-дисплей к плате Arduino Uno.
Напряжение измеряется между точками A, B, C или D и землей или 0В. Не забудьте отрегулировать уровень контрастности с помощью потенциометра, чтобы показания на ЖК-дисплее были видимыми.
Резистор R1 обеспечивает ограничение тока для опциональной задней подсветки и позволяет ей быть постоянно включенной.
Скетч вольтметра на базе Arduino
Переменные sum и voltage объединяются в массив, что позволяет сохранять значения показаний от четырех аналоговых каналов.
Калибровка
Процесс калибровки подробно описан в статье Измерение напряжения постоянного тока с использованием Arduino , но в нашем случае нужно вычислить коэффициент деления 4 делителей напряжения.
Значения калибровки могут быть легко изменены в верхней части кода:
// voltage divider calibration values #define DIV_1 11.1346 #define DIV_2 11.1969 #define DIV_3 11.0718 #define DIV_4 11.0718 // ADC reference voltage / calibration value #define V_REF 4.991
Калибровка опорного напряжения
Измерьте напряжение 5В и измените значения константы V_REF в соответствии с измеренным значением. Измерьте напряжение в схеме с подключенным ЖК-дисплеем и при запущенном скетче, поскольку напряжение может измениться при подключении ЖК-дисплея. Например, при подключенной схеме, значение напряжения с величины 5.015В при отключенном ЖК-дисплее может упасть до 4.991В при подключенном ЖК-дисплее на том же «железе».
Калибровка делителя напряжения
Измените значения делителя напряжения для каждого делителя напряжения от DIV_1 до DIV_4 в верхней части скетча. DIV_1 - DIV_4 соответствуют аналоговым выводам A2 - A5.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Плата Arduino | Arduino Uno | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 47 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R2, R4, R6, R8 | Резистор | 1 МОм | 4 | В блокнот | ||
| R3, R5, R7, R9 | Резистор | 100 кОм | 4 | В блокнот | ||
| RV1 | Подстроечный резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | ||
| LCD | LCD-дисплей | 16x2 HD44780 | 1 |
В этой статье приводится интересная схема для любителей экспериментов и Arduino . В ней представлен простой цифровой вольтметр, который может безопасно измерять постоянное напряжение в диапазоне от 0 до 30 В. Сама плата Arduino может питаться от стандартного источника 9 В.
Как известно, с помощью аналогового входа Arduino можно измерить напряжение от 0 до 5 В (при стандартном опорном напряжении 5 В). Но этот диапазон можно расширить, воспользовавшись делителем напряжения.
Делитель понижает измеряемое напряжение до приемлемого для аналогового входа уровня. Затем специально написанный код высчитывает фактическое напряжение.
Аналоговый датчик в составе Arduino определяет напряжение на аналоговом входе и преобразует его в цифровой формат, воспринимаемый микроконтроллером. К аналоговому входу A0 мы подключаем делитель напряжения, образованный сопротивлениями R1 (100K) и R2 (10K). С такими значениями сопротивлений на Arduino можно подавать до 55 В, поскольку коэффициент деления в данном случае получается 11, поэтому 55В/11=5В. Для того, чтобы быть уверенным в безопасности измерений для платы, лучше проводить измерение напряжения в диапазоне от 0 до 30 В.
Если показания дисплея не соответствуют показанием поверенного вольтметра, следует использовать прецизионный цифровой мультиметр для нахождения точных значений R1 и R2. При этом в коде нужно будет заменить R1=100000.0 и R2=10000.0 своими значениями. Затем стоит проверить питание, измерив на плате напряжение между 5V и GND. Напряжение может быть 4.95 В. Тогда в коде vout = (value * 5.0) / 1024.0 нужно заменить 5.0 на 4.95. Желательно использовать прецизионные резисторы с погрешностью не более 1%. Помните, что напряжение выше 55 В может вывести плату Arduino из строя!
#include
Используемые элементы:
Плата Arduino Uno
Резистор 100 КОм
Резистор 10 КОм
Резистор 100 Ом
Потенциометр 10 КОм
LCD-дисплей 16×2
В этой статье показано как связать Arduino и ПК и передавать на ПК данные с АЦП. Программа для Windows написана с использованием Visual C++ 2008 Express. Программа вольтметра очень проста и имеет обширное поле для улучшений. Основной её целью было показать работу с COM-портом и обмен данными между компьютером и Arduino.
Связь между Arduino и ПК:
- Снятие показаний с АЦП начинается, когда компьютер посылает Arduino команды 0xAC и 0x1y. у – номер канала АЦП (0-2);
- Снятие показаний прекращается после получения Arduino команд 0xAC и 0×00;
- Во время снятия показаний Arduino раз в 50 мс посылает компьютеру команды 0xAB 0xaa 0xbb, где aa и bb максимальные и минимальные результаты измерения.
Программа для Arduino
Подробнее о последовательной связи Вы можете прочесть на arduino.cc. Программа достаточно проста, большую её часть занимает работа с параллельным портом. После окончания снятия данных с АЦП мы получаем 10 битное значение напряжения (0×0000 – 0×0400) в виде 16-битных переменных (INT). Последовательный порт (RS-232) позволяет передавать данные в пакетах по 8 бит. Необходимо разделить 16-битные переменные на 2 части по 8 бит.
Serial.print(voltage>>8,BYTE);
Serial.print(voltage%256,BYTE);
Мы смещаем байты переменной на 8 бит вправо и потом делим на 256 и результат отправляем на компьютер.
Полный исходник ПО для Arduino вы можете скачать
Visual C++
Я предполагаю, что у Вас уже есть базовые знания в области программирования на C + + для Windows, если нет, то используйте Google. Интернет полон уроков для начинающих.
Первое, что нужно сделать, это добавить последовательный порт из панели инструментов в нижнюю форму. Это позволит изменить некоторые важные параметры последовательного порта: имя порта, скорость передачи данных, битность. Это полезно для добавления элементов управления в окно приложения, для изменения этих настроек в любое время, без перекомпиляции программы. Я использовал только возможность выбора порта.
После поиска доступных последовательных портов первый порт выбирается по умолчанию. Как это сделано:
array< String ^>^ serialPorts = nullptr;
serialPorts = serialPort1->GetPortNames();
this->comboBox1->Items->AddRange(serialPorts);
this->comboBox1->SelectedIndex=0;
Последовательный порт на ПК может быть использован только одним приложением одновременно, так что порт должен быть открыт перед использованием и не закрываться. Простые команды для этого:
serialPort1->Open();
serialPort1->Close();
Для правильного чтения данных из последовательного порта необходимо использовать события (в нашем случае прерывание). Выберите тип события:
Раскрывающийся список при двойном нажатии "DataReceived".
Код события генерируется автоматически:
Если первый байт прибывший по последовательному порту 0xAB, если это означает, что остальные байты несут данные о напряжении.
private: System::Void serialPort1_DataReceived(System::Object^ sender, System::IO::Ports::SerialDataReceivedEventArgs^ e) {
unsigned char data0, data1;
if (serialPort1->ReadByte()==0xAB) {
data0=serialPort1->ReadByte();
data1=serialPort1->ReadByte();
voltage=Math::Round((float(data0*256+data1)/1024*5.00),2);
data_count++;
serialPort1->ReadByte();
Запись и чтение данных последовательного порта
Для меня небольшой проблемой было послать шестнадцатиричные RAW-данные через последовательный порт. Была использованна команда Write(); но с тремя аргументами: массив, номер стартового байта, кол-во байтов для записи.
private: System::Void button2_Click_1(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) {
unsigned char channel=0;
channel=this->listBox1->SelectedIndex;
array^start ={0xAC,(0x10+channel)};
array^stop ={0xAC,0x00};
serialPort1->Write(start,0,2);
this->button2->Text="Stop";
} else {
serialPort1->Write(stop,0,2);
this->button2->Text="Start";
На этом все!
Оригинал статьи на английском языке (перевод: Александр Касьянов для сайта cxem.net)
Описано как собрать самодельный двойной вольтметр на основе платформы Arduino UNO с использованием ЖК-дисплея 1602A. В некоторых случаях необходимо измерять одновременно два постоянныхнапряжения и сравнивать их. Это может потребоваться, например, при ремонте или налаживании стабилизатора постоянного напряжения, чтобы измерять напряжение на его входе и выходе, либо в других случаях.
Принципиальная схема
Используя универсальный микроконтроллерный модуль ARDUINO UNO и двухстрочный ЖК-дисплей типа 1602А (на основе контроллера HD44780) можно легко сделать такой прибор. В одной строке он будет показывать напряжение U1, в другой - напряжение U2.
Рис. 1. Принципиальная схема двойного вольтметра с дисплеем 1602A на Arduino UNO.
Но, прежде всего, хочу напомнить, что ARDUINO UNO это относительно недорогой готовый модуль, - небольшая печатная плата, на которой расположен микроконтроллер ATMEGA328, а так же вся его «обвязка», необходимая для его работы, включая USB-программатор и источник питания.
Тем, кто незнаком с ARDUINO UNO, советую сначала ознакомиться со статьями Л.1 и Л.2. Схема двойного вольтметра показана на рис. 1. Он предназначен для измерения двух напряжений от 0 до 100V (практически, до 90V).
Как видно из схемы, к цифровым портам D2-D7 платы ARDUINO UNO подключен модуль жидкокристаллического индикатора Н1 типа 1602А. Питается ЖК-индикатор от стабилизатора напряжения 5V, имеющегося на плате стабилизатора напряжения 5V.
Измеряемые напряжения поступают на два аналоговых входа А1 и А2. Всего аналоговых входов шесть, - А0-А5, можно было выбрать любые два из них. В данном случае, выбраны А1 и А2. Напряжение на аналоговых портах может быть только положительным и только в пределах от нуля до напряжения питания микроконтроллера, то есть, номинально, до 5V.
Выход аналогового порта преобразуется АЦП микроконтроллера в цифровую форму. Для получения результата в единицах вольт, нужно его умножить на 5 (на опорное напряжение, то есть, на напряжение питания микроконтроллера) и разделить на 1024.
Для того чтобы можно было измерять напряжение более 5V, вернее, более напряжения питания микроконтроллера, потому что реальное напряжение на выходе 5-вольтового стабилизатора на плате ARDUINO UNO может отличаться от 5V, и обычно немного ниже, нужно на входе применить обычные резистивные делители. Здесь это делители напряжения на резисторах R1, R3 и R2, R4.
При этом, для приведения показаний прибора к реальному значению входного напряжения, нужно в программе задать деление результата измерения на коэффициент деления резистивного делителя. А коэффициент деления, обозначим его «К», можно вычислить по такой формуле:
К = R3 / (R1+R3) или К = R4 / (R2+R4),
соответственно для разных входов двойного вольтметра.
Очень любопытно то, что резисторы в делителях совсем не обязательно должны быть высокоточными. Можно взять обычные резисторы, затем измерить их фактическое сопротивление точным омметром, и уже в формулу подставить эти измеренные значения. Получится значение «К» для конкретного делителя, которое и нужно будет подставлять в формулу.
Программа для вольтметра
Программа на языке C++ приведена на рисунке 2.
Рис. 2. Исходный код программы.
Для управления ЖК-индикатором решено было использовать порты с D2 по D7 платы ARDUINO UNO. В принципе, можно и другие порты, но я вот так, решил использовать именно эти.
Для того чтобы индикатор взаимодействовал с ARDUINO UNO нужно в программу загрузить подпрограмму для его управления. Такие подпрограммы называются «библиотеками», и в программном комплекте для ARDUINO UNO есть много разных «библиотек». Для работы с ЖК-индикатором на основе HD44780 нужна библиотека LiquidCrystal. Поэтому программа (таблица 1) начинается с загрузки этой библиотеки:
Эта строка дает команду загрузить в ARDUINO UNO данную библиотеку. Затем, нужно назначить порты ARDUINO UNO, которые будут работать с ЖК-индикатором. Я выбрал порты с D2 по D7. Можно выбрать другие. Эти порты назначены строкой:
LiquidCrystal led(2, 3, 4, 5, 6, 7);
После чего, программа переходит собственно к работе вольтметра. Для измерения напряжения решено было использовать аналоговые входы А1 и А2. Эти входы заданы в строках:
int analogInput=1;
int analogInput1=2;
Для чтения данных с аналоговых портов используется функция analogRead. Чтение данных с аналоговых портов происходит в строках:
vout=analogRead(analogInput);
voutl=analogRead(analoglnput1);
Затем, производится вычисление фактического напряжения с учетом коэффициента деления делителя входного напряжения:
volt=vout*5.0/1024.0/0.048 ;
volt1=vout1*5.0/1024.0/0.048;
В этих строках число 5.0 - это напряжение на выходе стабилизатора платы ARDUINO UNO. В идеале должно быть 5V, но для точной работы вольтметра это напряжение нужно предварительно измерить. Подключите источник питания и измерьте достаточно точным вольтметром напряжение +5V на разъеме POWER платы. Что будет, то и вводите в эти строки вместо 5.0, например, если будет 4.85V, строки будут выглядеть так:
volt=vout*4.85/1024.0/0.048;
volt1=vout1*4.85/1024.0/0.048;
На следующем этапе нужно будет измерить фактические сопротивления резисторов R1-R4 и определить коэффициенты К (указаны 0.048) для этих строк по формулам:
К1 = R3 / (R1+R3) и К2 = R4 / (R2+R4)
Допустим, К1 = 0.046, а К2 = 0.051, так и пишем:
volt=vout*4.85/1024.0/0.046 ;
volt1=vout1*4.85/1024.0/0.051;
Таким образом, в текст программы нужно внести изменения соответственно фактическому напряжению на выходе 5-воль-тового стабилизатора платы ARDUINO UNO и согласно фактическим коэффициентам деления резистивных делителей. После этого прибор будет работать точно и никакого налаживания или калибровки не потребует.
Изменив коэффициенты деления резистивных делителей (и, соответственно, коэффициенты «К») можно сделать другие пределы измерения, и совсем не обязательно одинаковые для обоих входов.
Каравкин В. РК-2017-01.
Литература:
- Каравкин В. - Ёлочная мигалка на ARDUINO как средство от боязни микроконтроллеров. РК-11-2016.
- Каравкин В. - Частотомер на ARDUINO. РК-12-2016.
Загрузка...