دارة الفولتميتر المتردد غير المحولة باستخدام Arduino

في هذه المقالة نتعلم كيفية صنع الفولتميتر AC بدون محول باستخدام Arduino.

تحضير الفولتميتر التناظري ليست مهمة سهلة لبناء واحدة ، يجب أن يكون لديك معرفة جيدة بالكميات المادية مثل عزم الدوران ، والسرعة التي يمكن أن تكون صعبة للغاية عندما يتعلق الأمر بتطبيقاتها العملية.

بواسطةعنكيت نيجي

لكن أ الفولتميتر الرقمي بالمقارنة مع يمكن إجراء الفولتميتر التناظري بسرعة وهذا أيضًا مع القليل من الجهد. الآن يمكن صنع الفولتميتر الرقمي لليوم باستخدام متحكم دقيق أو لوحة تطوير مثل اردوينو باستخدام كود من 4 إلى 5 أسطر.

لماذا تختلف دائرة الفولتميتر AC؟

إذا ذهبت إلى Google وبحثت عن 'AC voltmeter باستخدام arduino' ، فستجد العديد من الدوائر في جميع أنحاء الإنترنت. ولكن في كل تلك الدوائر تقريبًا ستجد محولًا قيد الاستخدام.

تعمل الدائرة في هذا المشروع على حل هذه المشكلة تمامًا عن طريق استبدال المحول من دائرة مقسم الجهد العالي. يمكن عمل هذه الدائرة بسهولة على لوح توصيل صغير في غضون دقائق.

لعمل هذا المشروع تحتاج المكونات التالية:

1. اردوينو

2. 100 كيلو أوم المقاوم (2 واط)

3. 1 كيلو أوم المقاوم (2 واط)

4. 1N4007 الصمام الثنائي

5. واحد زينر ديود 5 فولت

6. 1 مكثف فائق التوهج

7. توصيل الأسلاك

مخطط الرسم البياني:

قم بإجراء الاتصالات كما هو موضح في مخطط الدائرة.

أ) قم بعمل مقسم للجهد باستخدام مقاومات مع الأخذ في الاعتبار أنه يجب توصيل المقاوم 1 كيلو أوم بالأرض.

ب) قم بتوصيل طرف p- للديود مباشرة بعد المقاوم 1 كيلو أوم كما هو موضح في الشكل. و n- محطة إلى 1 uf مكثف.

ج) لا تنس توصيل الصمام الثنائي زينر بالتوازي مع المكثف (الموضح أدناه)

د) قم بتوصيل سلك من الطرف الموجب للمكثف بالدبوس التناظري A0 من اردوينو.

E) ** قم بتوصيل دبوس الأرض من اردوينو بالدائرة العامة للأرض وإلا فلن تعمل.

الهدف من اردوينو:

حسنًا ، يمكنك استخدام أي متحكم دقيق ، لكنني استخدمت اردوينو نظرًا لسهولة IDE. تتمثل وظيفة arduino أو أي متحكم هنا بشكل أساسي في أخذ الجهد عبر المقاوم 1 كيلو أوم كمدخل تناظري وتحويل هذه القيمة إلى التيار المتردد. قيمة الجهد باستخدام صيغة (موضحة في قسم العمل). يطبع Arduino أيضًا قيمة التيار الكهربائي على الشاشة التسلسلية أو شاشة الكمبيوتر المحمول.

دائرة مقسم الجهد:

كما ذكرنا سابقًا في قسم المكونات ، يجب أن تكون المقاومات (التي تشكل دائرة مقسم الجهد) ذات قدرة عالية لأننا سنقوم بتوصيلها مباشرة بمصدر التيار المتردد.

ومن ثم فإن دائرة مقسم الجهد هذه تحل محل المحول. نظرًا لأن اردوينو يمكن أن يأخذ 5 فولت كحد أقصى كمدخل تناظري ، يتم استخدام دائرة مقسم الجهد لتقسيم الجهد العالي إلى جهد منخفض (أقل من 5 فولت) ، لنفترض أن جهد مصدر التيار الكهربائي هو 350 فولت (r.m.s)

والذي يعطي الجهد الأقصى أو الذروة = 300 * 1.414 = 494.2 فولت

لذا فإن ذروة الجهد عبر المقاوم 1 كيلو أوم = (494.2 فولت / 101 كيلو) * 1 كيلو = 4.9 فولت (الحد الأقصى)

ملحوظة: * ولكن حتى بالنسبة لـ 350 r.m.s ، فإن هذا 4.9 فولت ليس r.m.s وهذا يعني في الواقع أن الجهد على الدبوس التناظري لاردوينو سيكون أقل من 4.9 فولت.

ومن هنا ، من خلال هذه الحسابات ، يُلاحظ أن هذه الدائرة يمكنها قياس جهد التيار المتردد بأمان حوالي 385 جذرًا.

لماذا ديود؟

نظرًا لأن Arduino لا يمكن أن يأخذ الجهد السالب كمدخلات ، فمن المهم جدًا إزالة الجزء السالب من الإدخال a.c sin wave عبر المقاوم 1 k ohm. وللقيام بذلك يتم تصحيحه باستخدام الصمام الثنائي. يمكنك أيضًا استخدام مقوم الجسر للحصول على نتائج أفضل.

لماذا المكثف؟
حتى بعد التصحيح توجد تموجات في الموجة ولإزالة هذه التموجات ، يتم استخدام مكثف. يقوم المكثف بتنعيم الجهد قبل إطعامه إلى اردوينو.

لماذا ZENER DIODE

يمكن أن يتسبب الجهد الأكبر من 5 فولت في إتلاف اردوينو. ومن ثم يتم استخدام صمام ثنائي زينر 5 فولت لحمايته. إذا زاد جهد التيار المتردد عن 380 فولت ، أي أكبر من 5 فولت على الدبوس التناظري ، فسيحدث انهيار الصمام الثنائي زينر. وبالتالي تقصير المكثف على الأرض. هذا يضمن سلامة اردوينو.

الشفرة:

انسخ هذا الرمز في اردوينو الخاص بك:

int x// initialise variable x
float y//initialise variable y
void setup()
{
pinMode(A0,INPUT) // set pin a0 as input pin
Serial.begin(9600)// begin serial communication between arduino and pc
}
void loop()
{
x=analogRead(A0)// read analog values from pin A0 across capacitor
y=(x*.380156)// converts analog value(x) into input ac supply value using this formula ( explained in woeking section)
Serial.print(' analaog input ' ) // specify name to the corresponding value to be printed
Serial.print(x) // print input analog value on serial monitor
Serial.print(' ac voltage ') // specify name to the corresponding value to be printed
Serial.print(y) // prints the ac value on Serial monitor
Serial.println()
}

فهم الكود:

1. X متغير:

X هي القيمة التناظرية للإدخال المستلمة (الجهد) من دبوس A0 كما هو محدد في الكود ، أي ،

x = pinMode (A0، INPUT) // اضبط الدبوس a0 كدبوس إدخال

2. متغير و:

للوصول إلى هذه الصيغة y = (x * .380156) ، يتعين علينا أولاً إجراء نوع من العمليات الحسابية:

توفر هذه الدائرة هنا دائمًا جهدًا أقل من القيمة الفعلية على دبوس A0 من اردوينو بسبب المكثف والصمام الثنائي. مما يعني أن الجهد على الدبوس التناظري يكون دائمًا أقل من الجهد عبر المقاوم 1 كيلو أوم.

ومن ثم يتعين علينا معرفة قيمة جهد التيار المتردد للإدخال التي نحصل عليها 5 فولت أو 1023 القيمة التناظرية على الطرف A0. من خلال طريقة الضرب والتجربة ، تبلغ هذه القيمة حوالي 550 فولت (الذروة) كما هو موضح في المحاكاة.

في جذر متوسط ​​التربيع 550 فولت ذروة = 550 / 1.414 = 388.96 فولت جذر متوسط ​​التربيع. ومن ثم نحصل على قيمة r.m.s هذه 5 فولت على الدبوس A0. لذلك يمكن لهذه الدائرة قياس 389 فولت كحد أقصى.

الآن للقيمة التناظرية 1023 على الطرف A0 - 389 فولت تيار متردد = ص

وهو ما يعطي ، لأي قيمة تناظرية (س) ص = (389/1023) * س تيار متردد فولت

أو y = .38015 * x تيار متردد فولت

يمكنك أن تلاحظ بوضوح في الشكل أن قيمة التيار المتردد المطبوعة على الشاشة التسلسلية هي أيضًا 389 فولت

طباعة القيم المطلوبة على الشاشة:

نطلب قيمتين ليتم طباعتهما على الشاشة التسلسلية كما هو موضح في صورة المحاكاة:

1. تم استلام قيمة الإدخال التناظري بواسطة الدبوس التناظري A0 كما هو محدد في الكود:

Serial.print ('إدخال تناظري') // حدد اسمًا للقيمة المطابقة المراد طباعتها

Serial.print (x) // قيمة إدخال الطباعة التناظرية على الشاشة التسلسلية

2. القيمة الفعلية لجهد التيار المتردد من الشبكة كما هو محدد في الكود:

Serial.print ('ac voltage') // حدد اسمًا للقيمة المقابلة المراد طباعتها

Serial.print (y) // يطبع قيمة التيار المتردد على الشاشة التسلسلية

عمل هذا التيار المتردد عديم المحولات باستخدام ArDUINO

1. تقوم دائرة مقسم الجهد بتحويل أو تنحي جهد التيار المتردد الرئيسي إلى قيمة الجهد المنخفض المقابلة.

2. يتم أخذ هذا الجهد بعد التصحيح بواسطة دبوس تناظري من اردوينو وباستخدام الصيغة

y = 0.38015 * xa.c فولت يتم تحويلها إلى جهد فعلي لقيمة التيار المتردد.

3. يتم بعد ذلك طباعة هذه القيمة المحولة على الشاشة التسلسلية لـ arduino IDE.

محاكاة:

لمعرفة مدى قرب القيمة المطبوعة على الشاشة من قيمة التيار المتردد الفعلية ، يتم تشغيل المحاكاة لقيم مختلفة لجهد التيار المتردد:

أ) 220 فولت أو 311 السعة

ب) 235 فولت أو 332.9 سعة

ج) 300 فولت أو 424.2

وبالتالي من النتائج التالية لوحظ أنه بالنسبة لتزويد 220 a.c ، يظهر arduino 217 فولت. ومع زيادة قيمة التيار المتردد هذه ، تصبح نتائج المحاكاة أكثر دقة أقرب إلى قيمة الإدخال a.c.