¿Cómo hacer un voltímetro de CC digital con Arduino?

Un voltímetro es un dispositivo de medición de voltaje que se utiliza para medir el voltaje en ciertos puntos de un circuito eléctrico. El voltaje es la diferencia de potencial que se crea entre dos puntos en un circuito eléctrico. Hay dos tipos de voltímetros. Algunos voltímetros están diseñados para medir el voltaje de circuitos de CC y otros voltímetros están diseñados para medir el voltaje en circuitos de CA. Estos voltímetros se caracterizan además en dos categorías. Uno es un voltímetro digital que muestra las medidas en una pantalla digital y el otro es un voltímetro analógico que usa una aguja para señalar la escala para mostrarnos la lectura exacta.

Voltímetro digital

En este proyecto, vamos a hacer un voltímetro usando Arduino Uno. Explicaremos dos configuraciones de un voltímetro digital en este artículo. En la primera configuración, el microcontrolador podrá medir voltaje en el rango de 0 - 5V. En la segunda configuración, el microcontrolador podrá medir el voltaje en el rango de 0 - 50V.

¿Cómo hacer un voltímetro digital?

Como sabemos, hay dos tipos de voltímetros, voltímetro analógico y voltímetro digital. Hay otros tipos de voltímetros analógicos que se basan en la construcción del dispositivo. Algunos de estos tipos incluyen voltímetro de bobina móvil de imán permanente, voltímetro tipo rectificador, voltímetro tipo hierro móvil, etc. El objetivo principal de introducir el voltímetro digital en el mercado se debió a la mayor probabilidad de errores en voltímetros analógicos. A diferencia del voltímetro analógico, que utiliza una aguja y una escala, el voltímetro digital muestra las lecturas directamente en dígitos en la pantalla. Esto elimina la posibilidad de Error cero . El porcentaje de error se reduce del 5% al ​​1% cuando pasamos de un voltímetro analógico a un voltímetro digital.

Ahora que conocemos el resumen de este proyecto, recopilemos más información y comencemos a hacer un voltímetro digital usando Arduino Uno.

Paso 1: recopilación de los componentes

El mejor enfoque para iniciar cualquier proyecto es hacer una lista de componentes y hacer un breve estudio de estos componentes porque nadie querrá quedarse en medio de un proyecto solo porque falta un componente. A continuación se muestra una lista de componentes que vamos a utilizar en este proyecto:

• Arduino Uno
• Potenciómetro de 10k ohmios
• Cables de puente
• Resistencia de 100k ohmios
• Resistencia de 10k ohmios
• Adaptador de 12V CA a CC (si Arduino no es alimentado por computadora)

Paso 2: estudiar los componentes

Arduino UNO es una placa de microcontrolador que se compone de un microchip ATMega 328P y está desarrollada por Arduino.cc. Esta placa tiene un conjunto de pines de datos digitales y analógicos que se pueden interconectar con otras placas o circuitos de expansión. Esta placa tiene 14 pines digitales, 6 pines analógicos y se puede programar con Arduino IDE (entorno de desarrollo integrado) a través de un cable USB tipo B. Requiere 5V para alimentar EN y un Código C para operar.

Arduino Uno

Las pantallas LCD se ven en todos los dispositivos electrónicos que tienen que mostrar algún texto o dígito o cualquier imagen a los usuarios. Una pantalla LCD es un módulo de visualización en el que se utiliza cristal líquido para producir una imagen o texto visible. UN Pantalla LCD 16 × 2 es un módulo electrónico muy simple que muestra 16 caracteres por línea y un total de dos líneas en su pantalla a la vez. Se utiliza una matriz de píxeles de 5 × 7 para mostrar un carácter en estos LCD.

Pantalla LCD 16 × 2

A Tablero de circuitos es un dispositivo sin soldadura. Se utiliza para hacer y probar prototipos temporales de circuitos y diseños electrónicos. La mayoría de los componentes electrónicos se conectan simplemente a una placa de pruebas simplemente insertando sus pines en la placa de pruebas. Se coloca una tira de metal por los orificios de la protoboard y los orificios se conectan de una manera específica. Las conexiones de los agujeros se muestran en el siguiente diagrama:

Tablero de circuitos

Paso 3: diagrama de circuito

El primer circuito cuyo rango de medida es de 0 a 5 V se muestra a continuación:

Voltímetro para 0-5 V

El segundo circuito cuyo rango de medición es de 0 a 50 V se muestra a continuación:

Voltímetro 0-50V

Paso 4: Principio de funcionamiento

El funcionamiento de este proyecto de voltímetro de CC digital basado en Arduino se explica aquí. En el voltímetro digital, el voltaje que se mide en forma analógica se convertirá a su valor digital correspondiente utilizando un convertidor analógico a digital.

En el primer circuito cuyo rango de medición es de 0 a 5V, la entrada se tomará en el pin 0 analógico. El pin analógico leerá cualquier valor de 0 a 1024. Luego, este valor analógico se convertirá a digital multiplicándolo por el voltaje total, que es 5V y dividiéndolo por la resolución total, que es 1024.

En el segundo circuito, como el rango se aumentará de 5 V a 50 V, se debe realizar una configuración de divisor de voltaje. El circuito divisor de voltaje se hace utilizando una resistencia de 10 kohmios y una de 100 kohmios. Esta configuración del divisor de voltaje nos ayuda a llevar el voltaje de entrada al rango de la entrada analógica de Arduino Uno.

Todos los cálculos matemáticos se realizan en la programación de Arduino Uno.

Paso 5: Montaje de los componentes

La conexión del módulo LCD a la placa Arduino Uno es la misma en ambos circuitos. La única diferencia es que en el primer circuito, el rango de entrada es bajo, por lo que se envía directamente al pin analógico del Arduino. En el segundo circuito, se utiliza una configuración de divisor de voltaje en el lado de entrada de la placa del microcontrolador.

1. Conecte el pin Vss y Vdd del módulo LCD al suelo y 5V de la placa Arduino respectivamente. El pin Vee es el pin que se utiliza para ajustar las restricciones de la pantalla. Está conectado al potenciómetro cuyo pin está conectado a 5V y el otro está conectado a tierra.
2. Conecte el pin RS y E del módulo LCD al pin2 y pin3 de la placa Arduino respectivamente. El pin RW de la pantalla LCD está conectado a tierra.
3. Como usaremos el módulo LCD en modo de datos de 4 bits, se usan sus cuatro pines D4 a D7. Los pines D4-D7 del módulo LCD están conectados al pin4-pin7 de la placa del microcontrolador.
4. En el primer circuito, no hay circuitos adicionales en el lado de entrada porque el voltaje máximo a medir es 5V. En el segundo circuito, como el rango de medición es de 0 a 50 V, se realiza una configuración de divisor de voltaje utilizando una resistencia de 10 kohmios y una de 100 kohmios. Cabe señalar que todos los motivos son comunes.

Paso 6: Empezando con Arduino

Si no está familiarizado con Arduino IDE antes, no se preocupe porque a continuación, puede ver pasos claros para grabar código en la placa del microcontrolador usando Arduino IDE. Puede descargar la última versión de Arduino IDE desde aquí y siga los pasos que se mencionan a continuación:

1. Cuando la placa Arduino esté conectada a su PC, abra 'Panel de control' y haga clic en 'Hardware y sonido'. Luego haga clic en 'Dispositivos e impresoras'. Busque el nombre del puerto al que está conectada su placa Arduino. En mi caso es “COM14” pero puede ser diferente en tu PC.

   Encontrar puerto

2. Tendremos que incluir una biblioteca para usar el Módulo LCD. La biblioteca se adjunta a continuación en el enlace de descarga junto con el código. Ir Sketch> Incluir biblioteca> Agregar biblioteca .ZIP.

   Incluir biblioteca

3. Ahora abra el IDE de Arduino. Desde Herramientas, configure la placa Arduino en Arduino / Genuino UNO.

   Tablero de ajuste

4. Desde el mismo menú de Herramientas, configure el número de puerto que vio en el panel de control.

   Puerto de configuración

5. Descargue el código adjunto a continuación y cópielo en su IDE. Para cargar el código, haga clic en el botón de carga.

   Subir

Puede descargar el código por haciendo clic aquí.

Paso 7: Código

El código es bastante simple y está bien comentado. Pero aún así, algunos se explican a continuación.

1. Al principio, la biblioteca se utiliza para que podamos conectar el módulo LCD con la placa Arduino Uno y programarlo en consecuencia. Se inicializan los pines de la placa Arduino que se utilizarán para conectarse con el módulo LCD. Luego, se inicializan diferentes variables para almacenar valores en el tiempo de ejecución que se utilizarán más adelante en los cálculos.

#include 'LiquidCrystal.h' // incluye biblioteca para conectar el módulo LCD con la placa Arduino LiquidCrystal lcd (2, 3, 4, 5, 6, 7); // pines del módulo LCD que se utilizarán voltaje de flotación = 0.0; temperatura de flotación = 0,0; // variable para almacenar el valor digital de la entrada int analog_value; // variable para almacenar valor analógico en la entrada

2. configuración vacía () es una función que se ejecuta solo una vez cuando se inicia el dispositivo o se presiona el botón de habilitación. Aquí hemos inicializado la pantalla LCD para comenzar. Cuando la pantalla LCD se encienda, aparecerá el texto 'Voltímetro digital basado en Arduino'. La velocidad en baudios también se configura en esta función. La tasa de baudios es la velocidad en bits por segundo a la que Arduino se comunica con los dispositivos externos.

configuración vacía () {lcd.begin (16, 2); // iniciar la comunicación con LCD lcd.setCursor (0,0); // inicia el cursor desde el principio lcd.print ('basado en Arduino'); // Imprimir texto en la primera línea lcd.setCursor (0,1); // Mueve el cursor o a la siguiente línea lcd.print ('Voltímetro digital'); // imprimir texto en segunda línea delay (2000); // espera dos segundos}

3. bucle vacío () es una función que se ejecuta continuamente en un bucle. Aquí, el valor analógico se lee en el lado de entrada. Luego, este valor analógico se convierte a formato digital. Se aplica una condición y las mediciones finales se muestran en la pantalla LCD.

bucle vacío () {valor_análogo = lectura_análoga (A0); // Lectura del valor analógico temp = (analog_value * 5.0) / 1024.0; // Conversión del valor analógico en voltaje digital = temp / (0.0909); si (voltaje< 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 }

Aplicaciones

Algunas de sus aplicaciones de un voltímetro digital incluyen:

1. El circuito realizado anteriormente se puede utilizar para medir diferentes rangos de voltajes con alta precisión en cualquier circuito eléctrico.
2. Si hacemos ligeros cambios en el circuito, el microcontrolador también podrá medir el voltaje en circuitos de CA.