Spannungsmessung mit Arduino - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Die Spannungsmessung ist mit jedem Mikrocontroller im Vergleich zur Strommessung recht einfach. Das Messen von Spannungen wird notwendig, wenn Sie mit Batterien arbeiten oder Ihr eigenes regelbares Netzteil herstellen möchten. Obwohl diese Methode für jeden uC gilt, lernen wir in diesem Tutorial, wie man die Spannung mit Arduino misst.

Auf dem Markt sind Spannungssensoren erhältlich. Aber braucht man sie wirklich? Lass es uns herausfinden!

Schritt 1: Grundlagen

Ein Mikrocontroller kann die analoge Spannung nicht direkt verstehen. Deshalb müssen wir einen Analog-Digital-Wandler oder kurz ADC verwenden. Atmega328, das Gehirn des Arduino Uno, hat 6 Kanäle (gekennzeichnet als A0 bis A5), 10-Bit-ADC. Dies bedeutet, dass Eingangsspannungen von 0 bis 5 V in ganzzahlige Werte von 0 bis (2^10-1) abgebildet werden, d. h. gleich 1023, was eine Auflösung von 4,9 mV pro Einheit ergibt. 0 entspricht 0V, 1 bis 4,9mV, 2 bis 9,8mV und so weiter bis 1023.

Schritt 2: Messen von 0-5V

Zuerst werden wir sehen, wie die Spannung mit einer maximalen Spannung von 5 V gemessen wird. Dies ist sehr einfach, da keine speziellen Modifikationen erforderlich sind. Um die variierende Spannung zu simulieren, verwenden wir ein Potentiometer, dessen mittlerer Pin mit einem der 6 Kanäle verbunden ist. Wir werden nun den Code schreiben, um die Werte vom ADC zu lesen und sie wieder in nützliche Spannungswerte umzuwandeln.

Lesen des analogen Pins A0

Wert = analogRead(A0);

Die Variable 'value' enthält nun je nach Spannung einen Wert zwischen 0 und 1023.

Spannung = Wert * 5,0/1023;

Der erhaltene Wert wird nun mit der Auflösung (5/1023 = 4,9 mV pro Einheit) multipliziert, um die tatsächliche Spannung zu erhalten.

Und schließlich die gemessene Spannung auf dem seriellen Monitor anzeigen.

Serial.print ("Spannung = ");

Serial.println (Spannung);

Schritt 3: Messen der Spannung über 5V

Das Problem tritt jedoch auf, wenn die zu messende Spannung 5 Volt überschreitet. Dies kann mit einer Spannungsteilerschaltung gelöst werden, die wie gezeigt aus 2 in Reihe geschalteten Widerständen besteht. Ein Ende dieser Reihenschaltung ist mit der zu messenden Spannung (Vm) und das andere Ende mit Masse verbunden. An der Verbindungsstelle zweier Widerstände erscheint eine der gemessenen Spannung proportionale Spannung (V1). Diese Verbindung kann dann mit dem analogen Pin des Arduino verbunden werden. Die Spannung kann mit dieser Formel ermittelt werden.

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

Die Spannung V1 wird dann vom Arduino gemessen.

Schritt 4: Aufbau des Spannungsteilers

Um nun diesen Spannungsteiler zu bauen, müssen wir zuerst die Werte der Widerstände herausfinden. Befolgen Sie diese Schritte, um den Wert der Widerstände zu berechnen.

1. Bestimmen Sie die maximale Spannung, die gemessen werden soll.
2. Bestimmen Sie einen geeigneten Standardwert für R1 im Kilo-Ohm-Bereich.
3. Berechnen Sie R2 mit der Formel.
4. Wenn der Wert von R2 kein Standardwert ist (oder nahe daran liegt), ändern Sie R1 und wiederholen Sie die obigen Schritte.
5. Da Arduino maximal 5V verarbeiten kann, ist V1 = 5V.

Angenommen, die maximale zu messende Spannung (Vm) beträgt 12 V und R1 = 47 Kiloohm. Dann ergibt die Verwendung der Formel R2 gleich 33k.

Bauen Sie nun eine Spannungsteilerschaltung mit diesen Widerständen auf.

Mit diesem Setup haben wir jetzt eine Ober- und Untergrenze. Für Vm = 12V erhalten wir V1 = 5V und für Vm = 0V erhalten wir V1 = 0V. Das heißt, für 0 bis 12 V an Vm liegt eine proportionale Spannung von 0 bis 5 V an V1 an, die dann wie zuvor in den Arduino eingespeist werden kann.

Schritt 5: Lesen der Spannung

Mit einer leichten Änderung im Code können wir jetzt 0 bis 12V messen.

Analogwert wird wie zuvor gelesen. Dann wird unter Verwendung der gleichen zuvor erwähnten Formel die Spannung zwischen 0 und 12 V gemessen.

Wert = analogRead(A0);

Spannung = Wert * (5,0/1023) * ((R1 + R2)/R2);

Die gängigen Voltage Sensor Modules sind nichts anderes als eine Spannungsteilerschaltung. Diese sind für 0 bis 25 V mit 30 Kiloohm und 7,5 Kiloohm Widerständen ausgelegt.

Warum also kaufen, wenn Sie selbst basteln können!

Danke, dass du bis zum Ende durchgehalten hast. Ich hoffe, dass dieses Tutorial Ihnen geholfen hätte.

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