Wechselspannungsmesser mit Arduino

In diesem Projekt werden wir mit Arduino ein Wechselspannungsmessgerät herstellen, das die Spannung der Wechselstromversorgung bei uns zu Hause misst. Wir werden diese Spannung auf dem seriellen Monitor der Arduino IDE drucken und auf dem Multimeter anzeigen.

Die Herstellung eines digitalen Voltmeters ist viel einfacher als die Herstellung eines analogen Voltmeters, da Sie bei einem analogen Voltmeter gute Kenntnisse über physikalische Parameter wie Drehmoment, Reibungsverluste usw. haben müssen, während Sie bei einem digitalen Voltmeter nur eine LCD- oder LED-Matrix oder verwenden können sogar Ihren Laptop (wie in diesem Fall), um die Spannungswerte für Sie zu drucken. Hier sind einige digitale Voltmeter-Projekte:

• Einfache digitale Voltmeterschaltung mit Leiterplatte unter Verwendung von ICL7107
• Voltmeter-Schaltung LM3914
• 0-25V Digital Voltmeter mit AVR Mikrocontroller

Erforderliche Komponenten:

1. Ein 12-0-12 Transformator
2. 1N4007 Diode
3. 1uf Kondensator
4. Widerstände 10k; 4,7k.
5. Zenerdiode (5V)
6. Arduino UNO
7. Kabel anschließen

Arduino Voltmeter Schaltplan:

Der Schaltplan für dieses Arduino-Voltmeter ist oben dargestellt.

Verbindungen:

1. Verbinden Sie die Hochspannungsseite (220 V) des Transformators mit der Netzversorgung und die Niederspannung (12 V) mit dem Spannungsteiler.
2. Verbinden Sie den 10k-Widerstand in Reihe mit dem 4,7k-Widerstand, stellen Sie jedoch sicher, dass die Spannung als Eingang am 4,7k-Widerstand anliegt.
3. Schließen Sie die Diode wie gezeigt an.
4. Kondensator und Zenerdiode über 4,7 k anschließen
5. Verbinden Sie einen Draht vom n-Anschluss der Diode mit dem analogen Pin A0 von Arduino.

** Hinweis: Verbinden Sie den Erdungsstift von Arduino mit dem in der Abbildung gezeigten Punkt, da sonst die Schaltung nicht funktioniert.

Benötigen Sie eine Spannungsteilerschaltung?

Da wir einen 220/12-V-Transformator verwenden, erhalten wir 12 V auf der lv-Seite. Da diese Spannung nicht als Eingang für Arduino geeignet ist, benötigen wir eine Spannungsteilerschaltung, die einen geeigneten Spannungswert als Eingang für Arduino liefern kann

Warum sind Diode und Kondensator angeschlossen?

Da Arduino keine negativen Spannungswerte als Eingang nimmt, müssen wir zuerst den negativen Zyklus des Abwärts-Wechselstroms entfernen, damit Arduino nur einen positiven Spannungswert nimmt. Daher ist eine Diode angeschlossen, um die Abwärtsspannung gleichzustellen. Weitere Informationen zur Gleichrichtung finden Sie in unserer Halbwellengleichrichter- und Vollweggleichrichterschaltung.

Diese gleichgerichtete Spannung ist nicht glatt, da sie große Welligkeiten enthält, die keinen genauen Analogwert liefern können. Daher ist ein Kondensator angeschlossen, um das Wechselstromsignal zu glätten.

Zweck der Zenerdiode?

Arduino kann beschädigt werden, wenn ihm eine Spannung von mehr als 5 V zugeführt wird. Daher ist eine 5-V-Zenerdiode angeschlossen, um die Sicherheit von Arduino zu gewährleisten, die ausfällt, falls diese Spannung 5 V überschreitet.

Funktionsweise eines AC-Voltmeters auf Arduino-Basis:

1. Auf der linken Seite des Transformators wird eine Abwärtsspannung erhalten, die für die Verwendung über normale Nennwiderstände geeignet ist.

2. Dann erhalten wir einen geeigneten Spannungswert über dem 4,7k-Widerstand

Die maximale Spannung, die gemessen werden kann, wird durch Simulieren dieser Schaltung auf dem Proteus ermittelt (im Abschnitt Simulation erläutert).

3. Arduino nimmt diese Spannung als Eingang von Pin A0 in Form von Analogwerten zwischen 0 und 1023. 0 ist 0 Volt und 1023 ist 5 V.

4. Arduino wandelt diesen Analogwert dann durch eine Formel in die entsprechende Netzwechselspannung um. (Erklärt im Codeabschnitt).

Simulation:

Die genaue Schaltung wird im Proteus hergestellt und dann simuliert. Um die maximale Spannung zu finden, die diese Schaltung messen kann, wird die Treffer- und Versuchsmethode verwendet.

Bei Herstellung der Spitzenspannung des Generators 440 (311 rms) wurde festgestellt, dass die Spannung an Pin A0 5 Volt, dh maximal, betrug. Daher kann diese Schaltung eine maximale Spannung von 311 Effektivwerten messen.

Die Simulation wird für verschiedene Spannungen zwischen 220 Effektivwert und 440 V durchgeführt.

Code Erläuterung:

Der vollständige ArduinoVoltmeter-Code befindet sich am Ende dieses Projekts und wird in den Kommentaren ausführlich erläutert. Hier erklären wir einige Teile davon.

m ist der an Pin A0 empfangene analoge Eingangswert, dh

m = PinMode (A0, INPUT); // Pin a0 als Eingangspin setzen

Um dieser Formel n = (m * . 304177) die Variable n zuzuweisen, werden zunächst einige Berechnungen unter Verwendung der im Simulationsabschnitt erhaltenen Daten durchgeführt:

Wie auf dem Simulationsfoto zu sehen ist, wird an Pin A0 ein Analogwert von 5 V oder 1023 erhalten, wenn die Eingangswechselspannung 311 Volt beträgt. Daher:

Jeder zufällige Analogwert entspricht also (311/1023) * m, wobei m als Analogwert erhalten wird.

Daher kommen wir zu dieser Formel:

n = (311/1023) * m Volt oder n = (m *.304177)

Dieser Spannungswert wird nun mit seriellen Befehlen auf dem seriellen Monitor gedruckt, wie unten erläutert. Und auch auf dem Multimeter gezeigt, wie im Video unten gezeigt.

Auf dem Bildschirm gedruckte Werte sind:

Analogeingangswert wie im Code angegeben:

Serial.print ("Analogeingang"); // Dies gibt dem gedruckten Analogwert Serial.print (m) einen Namen, der „Analogeingang“ ist. // Dies gibt einfach den Analogwert des Eingangs aus

Erforderliche Wechselspannung wie im Code angegeben:

Serial.print ("Wechselspannung"); // dies gibt dem gedruckten Analogwert den Namen "Wechselspannung" Serial.print (n); // Dies gibt einfach den Wechselspannungswert aus