كيفية صنع الفولتميتر الرقمي للتيار المستمر باستخدام Arduino؟

تعلم

الفولتميتر هو جهاز لقياس الجهد يستخدم لقياس الجهد في نقاط معينة في الدائرة الكهربائية. الجهد هو فرق الجهد الناتج بين نقطتين في الدائرة الكهربائية. هناك نوعان من الفولتميتر. تم تصميم بعض مقاييس الفولتميتر لقياس جهد دارات التيار المستمر وتهدف مقاييس الفولتميتر الأخرى إلى قياس الجهد في دوائر التيار المتردد. يتم تصنيف هذه الفولتميتر إلى فئتين. أحدهما هو الفولتميتر الرقمي الذي يظهر القياسات على شاشة رقمية والآخر هو مقياس الفولتميتر التناظري الذي يستخدم إبرة للإشارة على المقياس لتظهر لنا القراءة الدقيقة.



الفولتميتر الرقمي

في هذا المشروع ، سنقوم بعمل مقياس الفولتميتر باستخدام Arduino Uno. سنشرح تكوينين من الفولتميتر الرقمي في هذه المقالة. في التكوين الأول ، سيكون المتحكم الدقيق قادرًا على قياس الجهد في حدود 0-5 فولت. في التكوين الثاني ، سيكون المتحكم الدقيق قادرًا على قياس الجهد في النطاق من 0 إلى 50 فولت.



كيفية صنع الفولتميتر الرقمي؟

كما نعلم أن هناك نوعين من الفولتميتر ، الفولتميتر التناظري ، والفولتميتر الرقمي. هناك بعض الأنواع الأخرى من الفولتميتر التناظري التي تعتمد على بناء الجهاز. تتضمن بعض هذه الأنواع الفولتميتر الدائم لفائف متحركة بالمغناطيس ، مقياس الفولتميتر من النوع المقوم ، مقياس الفولتميتر من نوع الحديد المتحرك ، إلخ. كان الغرض الرئيسي من إدخال الفولتميتر الرقمي في السوق يرجع إلى الاحتمال الأكبر للأخطاء في الفولتميتر التناظري. على عكس الفولتميتر التناظري ، الذي يستخدم إبرة ومقياس ، يعرض الفولتميتر الرقمي القراءات مباشرة بالأرقام على الشاشة. هذا يزيل إمكانية صفر خطأ . يتم تقليل نسبة الخطأ من 5٪ إلى 1٪ عندما نتحول من الفولتميتر التناظري إلى الفولتميتر الرقمي.



الآن بما أننا نعرف ملخص هذا المشروع ، دعنا نجمع المزيد من المعلومات ونبدأ في صنع مقياس الفولتميتر الرقمي باستخدام Arduino Uno.



الخطوة 1: تجميع المكونات

أفضل طريقة لبدء أي مشروع هي إعداد قائمة بالمكونات وإجراء دراسة موجزة لهذه المكونات لأن لا أحد يرغب في البقاء في منتصف المشروع لمجرد وجود مكون مفقود. فيما يلي قائمة بالمكونات التي سنستخدمها في هذا المشروع:

  • اردوينو أونو
  • 10 كيلو أوم الجهد
  • أسلاك توصيل
  • 100 كيلو أوم المقاوم
  • 10 كيلو أوم المقاوم
  • محول 12V AC إلى DC (إذا لم يكن Arduino مدعومًا بالكمبيوتر)

الخطوة الثانية: دراسة المكونات

اردوينو UNO عبارة عن لوحة تحكم دقيقة تتكون من رقاقة ATMega 328P تم تطويرها بواسطة Arduino.cc. تحتوي هذه اللوحة على مجموعة من دبابيس البيانات الرقمية والتناظرية التي يمكن ربطها بلوحات أو دوائر توسعة أخرى. تحتوي هذه اللوحة على 14 دبوسًا رقميًا و 6 دبابيس تناظرية وقابلة للبرمجة باستخدام Arduino IDE (بيئة التطوير المتكاملة) عبر كابل USB من النوع B. يتطلب 5V إلى السلطة على و أ كود C ليشغل.

مركز المساعدة pof يساعد في إزالة الملف الشخصي

اردوينو أونو



تُرى شاشات LCD في كل جهاز إلكتروني يجب أن يعرض بعض النصوص أو الأرقام أو أي صورة للمستخدمين. شاشة LCD هي وحدة عرض ، يتم فيها استخدام الكريستال السائل لإنتاج صورة أو نص مرئي. أ شاشة عرض LCD مقاس 16 × 2 هي وحدة إلكترونية بسيطة للغاية تعرض 16 حرفًا في كل سطر وما مجموعه سطرين على شاشتها في وقت واحد. تُستخدم مصفوفة 5 × 7 بكسل لعرض حرف في شاشات LCD هذه.

شاشة عرض LCD مقاس 16 × 2

إلى اللوح هو جهاز غير ملحوم. يتم استخدامه لعمل واختبار النماذج الأولية للدوائر الإلكترونية والتصميمات. ترتبط معظم المكونات الإلكترونية ببساطة بلوح التجارب فقط عن طريق إدخال دبابيسها في اللوح. يتم وضع شريط من المعدن أسفل فتحات اللوح ويتم توصيل الثقوب بطريقة معينة. موصلات الثقوب موضحة في الرسم البياني أدناه:

اللوح

الخطوة 3: مخطط الدائرة

الدائرة الأولى التي يتراوح نطاق قياسها من 0 إلى 5 فولت موضحة أدناه:

الفولتميتر 0-5V

الدائرة الثانية التي يتراوح نطاق قياسها من 0 إلى 50 فولت موضحة أدناه:

الفولتميتر 0-50 فولت

الخطوة 4: مبدأ العمل

يتم شرح عمل هذا المشروع لمقياس الفولتميتر الرقمي للتيار المستمر القائم على Arduino هنا. في الفولتميتر الرقمي ، سيتم تحويل الجهد الذي يتم قياسه في الشكل التناظري إلى قيمته الرقمية المقابلة باستخدام محول تناظري إلى رقمي.

في الدائرة الأولى التي يتراوح نطاق قياسها من 0 إلى 5 فولت ، سيتم أخذ الإدخال على pin0 التناظري. سيقرأ الدبوس التناظري أي قيمة من 0 إلى 1024. ثم يتم تحويل هذه القيمة التناظرية إلى رقمية بضربها في إجمالي الجهد ، وهو 5 فولت وتقسيمها على الدقة الكلية ، وهي 1024.

في الدائرة الثانية ، حيث يجب زيادة النطاق من 5 فولت إلى 50 فولت ، يجب عمل تكوين مقسم الجهد. دائرة مقسم الجهد مصنوعة باستخدام مقاوم 10 كيلو أوم ومقاوم 100 كيلو أوم. يساعدنا تكوين مقسم الجهد هذا على جلب جهد الدخل إلى نطاق الإدخال التناظري لـ Arduino Uno.

تتم جميع الحسابات الرياضية في برمجة Arduino Uno.

الخطوة 5: تجميع المكونات

اتصال وحدة LCD بلوحة Arduino Uno هو نفسه في كلتا الدائرتين. الاختلاف الوحيد هو أنه في الدائرة الأولى ، يكون نطاق الإدخال منخفضًا ، لذلك يتم إرساله مباشرة إلى الدبوس التمثيلي في Arduino. في الدائرة الثانية ، يتم استخدام تكوين مقسم الجهد على جانب الإدخال للوحة التحكم الدقيق.

  1. قم بتوصيل دبوس Vss و Vdd لوحدة LCD بالأرضي و 5 فولت بلوحة Arduino على التوالي. دبوس Vee هو الدبوس المستخدم لضبط قيود العرض. وهو متصل بمقياس الجهد الذي يتصل دبوس واحد بجهد 5 فولت والآخر متصل بالأرض.
  2. قم بتوصيل دبوس RS و E لوحدة LCD بالدبوس 2 و pin3 من لوحة Arduino على التوالي. موصل RW لشاشة LCD متصل بالأرض.
  3. كما سنستخدم وحدة LCD في وضع بيانات 4 بت ، لذلك يتم استخدام دبابيسها الأربعة D4 إلى D7. يتم توصيل دبابيس D4-D7 لوحدة LCD بالوحدة pin4-pin7 للوحة المتحكم الدقيق.
  4. في الدائرة الأولى ، لا توجد دوائر إضافية على جانب الإدخال لأن الحد الأقصى للجهد المراد قياسه هو 5 فولت. في الدائرة الثانية ، نظرًا لأن نطاق القياس يتراوح من 0 إلى 50 فولت ، يتم تكوين مقسم الجهد باستخدام المقاوم 10 كيلو أوم ومقاوم 100 كيلو أوم. وتجدر الإشارة إلى أن جميع الأسباب مشتركة.

الخطوة 6: بدء استخدام Arduino

إذا لم تكن معتادًا على Arduino IDE من قبل ، فلا تقلق لأنه أدناه ، يمكنك رؤية خطوات واضحة لنسخ الكود على لوحة وحدة التحكم الدقيقة باستخدام Arduino IDE. يمكنك تنزيل أحدث إصدار من Arduino IDE من هنا واتبع الخطوات المذكورة أدناه:

الخلاف تغيير الصورة
  1. عندما تكون لوحة Arduino متصلة بجهاز الكمبيوتر الخاص بك ، افتح 'لوحة التحكم' وانقر على 'الأجهزة والصوت'. ثم انقر فوق 'الأجهزة والطابعات'. ابحث عن اسم المنفذ الذي تتصل به لوحة Arduino. في حالتي هو “COM14” ولكنه قد يكون مختلفًا على جهاز الكمبيوتر الخاص بك.

    البحث عن ميناء

  2. سيتعين علينا تضمين مكتبة لاستخدام وحدة LCD. المكتبة مرفقة أدناه في رابط التنزيل مع الرمز. اذهب إلى رسم> تضمين مكتبة> إضافة مكتبة .ZIP.

    تضمين المكتبة

  3. الآن افتح Arduino IDE. من الأدوات ، اضبط لوحة Arduino على اردوينو / جينوينو أونو.

    لوحة الإعداد

  4. من نفس قائمة الأداة ، اضبط رقم المنفذ الذي رأيته في لوحة التحكم.

    منفذ الإعداد

  5. قم بتنزيل الكود المرفق أدناه وانسخه إلى IDE الخاص بك. لتحميل الكود ، اضغط على زر التحميل.

    رفع

يمكنك تنزيل الكود عن طريق النقر هنا.

الخطوة 7: الكود

الكود بسيط للغاية ويتم التعليق عليه جيدًا. ولكن لا يزال ، يتم شرح بعضها أدناه.

1. في البداية ، يتم استخدام المكتبة حتى نتمكن من ربط وحدة LCD بلوحة Arduino Uno وبرمجتها وفقًا لذلك. من دبابيس لوحة Arduino مهيأة والتي سيتم استخدامها للاتصال بوحدة LCD. ثم يتم تهيئة المتغيرات المختلفة لتخزين القيم في وقت التشغيل والتي سيتم استخدامها لاحقًا في الحسابات.

# تتضمن 'LiquidCrystal.h' // مكتبة إلى وحدة LCD للواجهة مع لوحة Arduino LiquidCrystal LCD (2 ، 3 ، 4 ، 5 ، 6 ، 7) ؛ // دبابيس وحدة LCD لاستخدامها الجهد العائم = 0.0 ؛ درجة حرارة تعويم = 0.0 ؛ // متغير لتخزين القيمة الرقمية للمدخلات int analog_value ؛ // متغير لتخزين القيمة التناظرية عند الإدخال

2. الإعداد باطل() هي وظيفة تعمل مرة واحدة فقط عند بدء تشغيل الجهاز أو الضغط على زر التمكين. هنا قمنا بتهيئة شاشة LCD للبدء. عند بدء تشغيل شاشة LCD ، سيتم عرض النص 'Arduino Based Digital Voltmeter'. يتم تعيين معدل الباود أيضًا في هذه الوظيفة. معدل الباود هو السرعة بالبت في الثانية التي يتواصل بها Arduino مع الأجهزة الخارجية.

نفيديا الخلفية 
إعداد باطل () {lcd.begin (16، 2) ؛ // بدء الاتصال بـ LCD.setCursor (0،0) ؛ // ابدأ المؤشر من البداية lcd.print ('مستند إلى Arduino') ؛ // طباعة النص في السطر الأول lcd.setCursor (0،1) ؛ // انقل cursoor إلى السطر التالي lcd.print ('الفولتميتر الرقمي') ؛ // طباعة النص في تأخير السطر الثاني (2000) ؛ // انتظر ثانيتين}

3. حلقة فارغة() هي وظيفة تعمل بشكل مستمر في حلقة. هنا تتم قراءة القيمة التناظرية على جانب الإدخال. ثم يتم تحويل هذه القيمة التناظرية إلى شكل رقمي. يتم تطبيق الشرط ويتم عرض القياسات النهائية على شاشة LCD

حلقة باطلة () {analog_value = analogRead (A0) ؛ // قراءة القيمة التناظرية temp = (analog_value * 5.0) / 1024.0 ؛ // تحويل القيمة التناظرية في الجهد الرقمي = temp / (0.0909) ؛ إذا (الجهد< 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 }

التطبيقات

تتضمن بعض تطبيقاته الخاصة بجهاز قياس الفولتميتر الرقمي ما يلي:

  1. يمكن استخدام الدائرة المذكورة أعلاه لقياس نطاقات مختلفة من الفولتية بدقة عالية في أي دائرة كهربائية.
  2. إذا قمنا بإجراء تغييرات طفيفة في الدائرة ، فسيكون المتحكم الدقيق قادرًا على قياس الجهد في دوائر التيار المتردد أيضًا.