ساخت ولتمتر ، آمپرمتر و وات متر با آردوینو

ولتمتر شاید جزء یکی اولیه ترین و مهم ترین ابزارهای کار یک مهندس الکترونیک است. در همه کاربردها از ساده ترین کاربرد ها تا پیشرفته ترین کاربردها ولتمتر میتواند به عنوان ابزاری سودمند به ما در جهت تست و عیب یابی مدارات کمک کند.

در این مطلب میخواهیم نحوه ساختن وات متر با آردوینو را آموزش بدیم. یکی از مزیت های ساخت ولتمتر علاوه بر صرفه اقتصادی این است که میتوانید امکانات مختلفی به وات متر که می‌سازید اضافه کنید. مثلا می‌توانید نمودار تغییرات ولتاژ یا جریان را در خروجی سریال مشاهده نمایید یا اطلاعات مربوط به ولتاژها و جریان ها را بر روی یک کارت حافظه ذخیره نمایید و کاربردهای مشابه دیگر. البته بدیهی است که ولتمتر ساخته شده یک ولتمتر ساده بوده و از نظر مقادیر قابل اندازه گیری قابل مقایسه با ولتمترهای تجاری موجود در بازار نیست.

شماتیک مدار :

در شکل زیر شماتیک کامل مدار ولتمتر ، آمپرمتر و وات متر با آردوینو را مشاهده می‌کنید :

شماتیک مربوط به اندازه گیری و بخش پایینی شماتیک بخش محاسبات توسط برد آردوینو و نمایش توسط LCD کاکتری را شامل می شود. این مدار برای محدوده ولتاژ 0-24V و جریان 0-0.1A طراحی شده است. البته با دانستن نحوه عملکرد مدار میتوانید این محدوده را افزایش دهید.

نحوه عملکرد مدار :

کارکرد اصلی مدار این است که ولتاژ و جریان دو سر بار را از طریق مدارات واسطی که توسط تقویت کننده عملیاتی و مقاومت های تقسیم ولتاژ اندازه گیری می کند و با ضرب آنها توان را نیز محاسبه می کند.

مقاومت های R1 و R2 شبکه تقسیم ولتاژ را تشکیل می دهند که برای کاهش ولتاژ به منظور اندازه گیری توسط برد آردوینو مورد استفاده قرار می گیرند.

تقویت کننده عملیاتی در این مدار به عنوان مبدل ولتاژ به جریان و به صورت تقویت کننده ناوارونگر با بهره 21 استفاده شده است. البته سیگنال خروجی تقویت کننده عملیاتی از نوع ولتاژ است اما مقدار آن با ولتاژ ورودی تقویت کننده عملیاتی متفاوت است و مقدار آن به شکلی تغییر داده شده است تا بتوانیم با انجام یک محاسبات ساده در برنامه مقدار جریان بار را محاسبه کنیم.

توسط رگولاتور ولتاژ 7805  ولتاژ تغذیه برد آردوینو و تقویت کننده عملیاتی فراهم می شود.

توسط برد آردوینو محاسبات لازم از طریق برنامه ای که روی آن آپلود می شود انجام شده و در نهایت نتایج شامل مقدار ولتاژ، جریان و توان مصرفی بار بر روی نمایشگر LCD کاراکتری نمایش داده می شود.

نکته : مقادیر استفاده شده در برنامه وابسته به مقدار المان های مدار است. اگر المان های مدار مانند مقاومت های تقسیم ولتاژ را تغییر می دهید باید عددهای استفاده شده در برنامه را نیز تغییر دهید.

کد مدار :

کد زیر را بر روی برد آردوینو آپلود نمایید :

#include <LiquidCrystal.h>  //Default Arduino LCD Librarey is included 

int Read_Voltage  = A3;
int Read_Current  = A4;
const int rs = 3, en = 4, d4 = 8, d5 = 9, d6 = 10, d7 = 11; //Mention the pin number for LCD connection
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

void setup() {
  lcd.begin(16, 2); //Initialise 16*2 LCD

  lcd.print(" Arduino Wattmeter"); //Intro Message line 1
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("  With Arduino  "); //Intro Message line 2

  delay(2000);
  lcd.clear();

}

void loop() {
 
 float Voltage_Value = analogRead(Read_Voltage);
 float Current_Value = analogRead(Read_Current);

 Voltage_Value = Voltage_Value * (5.0/1023.0) * 6.46;
 Current_Value = Current_Value * (5.0/1023.0) * 0.239;

 lcd.setCursor(0, 0);
 lcd.print("V="); lcd.print(Voltage_Value); 
 lcd.print("  "); 
 lcd.print("I=");lcd.print(Current_Value); 

 float Power_Value = Voltage_Value * Current_Value;

 lcd.setCursor(0, 1);
 lcd.print("Power="); lcd.print(Power_Value); 

 
delay(200);
}

تست مدار :

با استفاده از قطعات معرفی شده در ابتدای آموزش مدار خود را با استفاده از بورد سوراخ دار به شکل زیر میسازیم :

تغذیه را به جک تغذیه وصل کنید. با پتانسیومتر شدت روشنایی LCD را تنظیم نمایید. بار خود را که در اینجا از لامپ استفاده کرده ایم به ترمینال وصل نمایید. اگر همه چیز درست باشد مقادیر ولتاژ و جریان و توان مطابق شکل بالا بر روی LCD نمایش داده می شود.

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.