Đo điện áp bằng Arduino: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Việc đo điện áp khá dễ dàng bằng cách sử dụng bất kỳ bộ vi điều khiển nào so với việc đo dòng điện. Việc đo điện áp trở nên cần thiết nếu bạn đang làm việc với pin hoặc bạn muốn tự tạo nguồn điện có thể điều chỉnh được. Mặc dù phương pháp này áp dụng cho bất kỳ uC nào nhưng trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ học cách đo điện áp bằng Arduino.

Có cảm biến điện áp có sẵn trên thị trường. Nhưng bạn có thực sự cần chúng? Hãy cùng tìm hiểu!

Bước 1: Khái niệm cơ bản

Một bộ vi điều khiển không thể hiểu điện áp tương tự một cách trực tiếp. Đó là lý do tại sao chúng ta phải sử dụng Bộ chuyển đổi Analog sang Digital hay nói ngắn gọn là ADC. Atmega328 là bộ não của Arduino Uno có 6 kênh (được đánh dấu là A0 đến A5), 10-bit ADC. Điều này có nghĩa là nó sẽ ánh xạ điện áp đầu vào từ 0 đến 5V thành các giá trị nguyên từ 0 đến (2 ^ 10-1) tức là bằng 1023, cho độ phân giải 4,9mV trên mỗi đơn vị. 0 sẽ tương ứng với 0V, 1 đến 4,9mv, 2 đến 9,8mV, v.v. cho đến năm 1023.

Bước 2: Đo 0-5V

Đầu tiên, chúng ta sẽ xem cách đo điện áp với hiệu điện thế tối đa là 5V. Điều này rất dễ dàng vì không cần sửa đổi đặc biệt. Để mô phỏng sự thay đổi điện áp, chúng tôi sẽ sử dụng một chiết áp có chân giữa được kết nối với bất kỳ một trong 6 kênh. Bây giờ chúng ta sẽ viết mã để đọc các giá trị từ ADC và chuyển đổi chúng trở lại thành các bài đọc điện áp hữu ích.

Đọc chân analog A0

giá trị = analogRead (A0);

Bây giờ, biến 'giá trị' chứa giá trị từ 0 đến 1023 tùy thuộc vào điện áp.

điện áp = giá trị * 5.0 / 1023;

Giá trị thu được bây giờ được nhân với độ phân giải (5/1023 = 4,9mV trên mỗi đơn vị) để có điện áp thực tế.

Và cuối cùng, hiển thị điện áp đo được trên màn hình Nối tiếp.

Serial.print ("Điện áp =");

Serial.println (điện áp);

Bước 3: Đo điện áp trên 5V

Nhưng vấn đề nảy sinh khi điện áp cần đo vượt quá 5 vôn. Điều này có thể được giải quyết bằng cách sử dụng một mạch phân áp gồm 2 điện trở mắc nối tiếp như hình vẽ. Một đầu của kết nối nối tiếp này được nối với điện áp cần đo (Vm) và đầu kia với đất. Một hiệu điện thế (V1) tỉ lệ với hiệu điện thế đo được sẽ xuất hiện tại điểm nối của hai điện trở. Sau đó, đường giao nhau này có thể được kết nối với chân analog của Arduino. Điện áp có thể được tìm ra bằng cách sử dụng công thức này.

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

Điện áp V1 sau đó được đo bằng Arduino.

Bước 4: Xây dựng dải phân cách điện áp

Bây giờ để xây dựng bộ chia điện áp này, trước tiên chúng ta cần tìm hiểu các giá trị của điện trở. Làm theo các bước sau để tính giá trị của điện trở.

1. Xác định hiệu điện thế lớn nhất cần đo.
2. Quyết định giá trị tiêu chuẩn và phù hợp cho R1 trong phạm vi kilo-ohm.
3. Sử dụng công thức, hãy tính R2.
4. Nếu giá trị của R2 không phải (hoặc gần với) giá trị tiêu chuẩn, hãy thay đổi R1 và lặp lại các bước trên.
5. Vì Arduino có thể xử lý tối đa 5V, V1 = 5V.

Ví dụ: Để điện áp tối đa (Vm) được đo là 12V và R1 = 47 kilo-ohms. Sau đó, sử dụng công thức R2 thu được bằng 33k.

Bây giờ, Xây dựng một mạch phân áp bằng cách sử dụng các điện trở này.

Với thiết lập này, bây giờ chúng ta có giới hạn trên và giới hạn dưới. Đối với Vm = 12V ta được V1 = 5V và đối với Vm = 0V ta được V1 = 0V. Có nghĩa là, đối với 0 đến 12V tại Vm, sẽ có một điện áp tỷ lệ từ 0 đến 5V tại V1, sau đó có thể được đưa vào Arduino như trước.

Bước 5: Đọc điện áp

Với một chút sửa đổi trong mã, bây giờ chúng ta có thể đo từ 0 đến 12V.

Giá trị tương tự được đọc như trước. Sau đó, sử dụng công thức tương tự đã đề cập trước đó, điện áp giữa 0 và 12V được đo.

giá trị = analogRead (A0);

điện áp = giá trị * (5.0 / 1023) * ((R1 + R2) / R2);

Các Mô-đun Cảm biến Điện áp thông dụng không có gì khác ngoài một mạch phân áp. Chúng được đánh giá từ 0 đến 25V với điện trở 30 kiloohm và 7,5 kilo-ohm.

Vì vậy, Tại sao phải MUA, khi bạn có thể TỰ LÀM!

Cảm ơn bạn đã gắn bó cho đến cuối cùng. Tôi hy vọng rằng hướng dẫn này sẽ giúp bạn.

Đăng ký kênh YouTube của tôi để biết thêm các dự án và hướng dẫn sắp tới. Một lần nữa xin cảm ơn!