¿Cómo hacer un voltímetro de CC digital con Arduino?

Un voltímetro es un dispositivo de medición de voltaje que se utiliza para medir el voltaje en ciertos puntos de un circuito eléctrico. El voltaje es la diferencia de potencial que se crea entre dos puntos de un circuito eléctrico. Hay dos tipos de voltímetros. Algunos voltímetros están diseñados para medir el voltaje de circuitos de CC y otros voltímetros están destinados a medir el voltaje en circuitos de CA. Estos voltímetros se caracterizan además en dos categorías. Uno es un voltímetro digital que muestra las medidas en una pantalla digital y el otro es un voltímetro analógico que utiliza una aguja para apuntar en la escala y mostrarnos la lectura exacta.

En este proyecto, vamos a hacer un voltímetro usando Arduino Uno. Explicaremos dos configuraciones de un voltímetro digital en este artículo. En la primera configuración, el microcontrolador podrá medir voltaje en el rango de 0 – 5V. En la segunda configuración, el microcontrolador podrá medir el voltaje en el rango de 0 a 50 V.

¿Cómo hacer un voltímetro digital?

Como sabemos, existen dos tipos de voltímetros, voltímetro analógico y voltímetro digital. Existen otros tipos de voltímetros analógicos que se basan en la construcción del dispositivo. Algunos de estos tipos incluyen el voltímetro de bobina móvil de imán permanente, el voltímetro de tipo rectificador, el voltímetro de tipo hierro móvil, etc. El objetivo principal de introducir el voltímetro digital en el mercado se debió a la mayor probabilidad de errores en los voltímetros analógicos. A diferencia del voltímetro analógico, que utiliza una aguja y una escala, el voltímetro digital muestra las lecturas directamente en dígitos en la pantalla. Esto elimina la posibilidad de Error cero. El porcentaje de error se reduce del 5% al ​​1% cuando hemos pasado del voltímetro analógico al voltímetro digital.

Ahora que conocemos el resumen de este proyecto, recopilemos más información y comencemos a hacer un voltímetro digital usando Arduino Uno.

Paso 1: Recolectar los componentes

El mejor enfoque para comenzar cualquier proyecto es hacer una lista de componentes y realizar un breve estudio de estos componentes porque nadie querrá quedarse en medio de un proyecto solo porque falta un componente. A continuación se proporciona una lista de componentes que vamos a utilizar en este proyecto:

Paso 2: estudiar los componentes

Arduino UNO es una placa de microcontrolador que consta de un microchip ATMega 328P y está desarrollada por Arduino.cc. Esta placa tiene un conjunto de pines de datos digitales y analógicos que pueden conectarse con otras placas o circuitos de expansión. Esta placa tiene 14 pines digitales, 6 pines analógicos y es programable con el IDE (Entorno de desarrollo integrado) Arduino mediante un cable USB tipo B. Requiere 5V para alimentarse EN y un Código C para operar.

Las pantallas LCD se ven en todos los dispositivos electrónicos que deben mostrar algún texto, dígito o imagen a los usuarios. Una pantalla LCD es un módulo de visualización en el que se utiliza cristal líquido para producir una imagen o texto visible. A Pantalla LCD de 16×2 Es un módulo electrónico muy simple que muestra 16 caracteres por línea y un total de dos líneas en su pantalla a la vez. Se utiliza una matriz de 5 × 7 píxeles para mostrar un carácter en estas pantallas LCD.

A Tablero de circuitos Es un dispositivo sin soldadura. Se utiliza para fabricar y probar prototipos temporales de circuitos y diseños electrónicos. La mayoría de los componentes electrónicos se conectan simplemente a una placa de pruebas simplemente insertando sus pines en la placa. Se coloca una tira de metal en los orificios de la placa y los orificios se conectan de una manera específica. Las conexiones de los agujeros se muestran en el siguiente diagrama:

Paso 3: Diagrama del circuito

A continuación se muestra el primer circuito cuyo rango de medición es de 0 a 5V:

El segundo circuito cuyo rango de medición es de 0 a 50V se muestra a continuación:

Paso 4: Principio de funcionamiento

Aquí se explica el funcionamiento de este proyecto de voltímetro de CC digital basado en Arduino. En el voltímetro digital, el voltaje que se mide en forma analógica se convertirá a su valor digital correspondiente utilizando un convertidor analógico a digital.

En el primer circuito cuyo rango de medición es de 0 a 5V, la entrada se tomará en el pin0 analógico. El pin analógico leerá cualquier valor de 0 a 1024. Luego, este valor analógico se convertirá a digital multiplicándolo por el voltaje total, que es 5 V, y dividiéndolo por la resolución total, que es 1024.

En el segundo circuito, como se va a aumentar el rango de 5V a 50V, se debe realizar una configuración del divisor de voltaje. El circuito divisor de voltaje se realiza utilizando una resistencia de 10 kohm y una de 100 kohm. Esta configuración del divisor de voltaje nos ayuda a llevar el voltaje de entrada al rango de la entrada analógica de Arduino Uno.

Todos los cálculos matemáticos se realizan en la programación de Arduino Uno.

Paso 5: ensamblar los componentes

La conexión del módulo LCD a la placa Arduino Uno es la misma en ambos circuitos. La única diferencia es que en el primer circuito el rango de entrada es bajo, por lo que se envía directamente al pin analógico del Arduino. En el segundo circuito, se utiliza una configuración de divisor de voltaje en el lado de entrada de la placa del microcontrolador.

1. Conecte los pines Vss y Vdd del módulo LCD a tierra y 5V de la placa Arduino respectivamente. El pin Vee es el pin que se utiliza para ajustar las limitaciones de la pantalla. Está conectado al potenciómetro cuyo pin está conectado a 5V y el otro está conectado a tierra.
2. Conecte los pines RS y E del módulo LCD al pin2 y pin3 de la placa Arduino respectivamente. El pin RW de la pantalla LCD está conectado a tierra.
3. Como usaremos el módulo LCD en modo de datos de 4 bits, se utilizan sus cuatro pines D4 a D7. Los pines D4-D7 del módulo LCD están conectados al pin4-pin7 de la placa del microcontrolador.
4. En el primer circuito, no hay circuitos adicionales en el lado de entrada porque el voltaje máximo a medir es 5V. En el segundo circuito, como el rango de medición es de 0 a 50 V, se realiza una configuración de divisor de voltaje utilizando una resistencia de 10 kohm y otra de 100 kohm. Cabe señalar que todos los motivos son comunes.

Paso 6: Comenzando con Arduino

Si no está familiarizado con Arduino IDE antes, no se preocupe porque a continuación puede ver pasos claros para grabar código en la placa del microcontrolador usando Arduino IDE. Puede descargar la última versión de Arduino IDE desde aquí y siga los pasos que se mencionan a continuación:

1. Cuando la placa Arduino esté conectada a su PC, abra el “Panel de control” y haga clic en “Hardware y sonido”. Luego haga clic en “Dispositivos e impresoras”. Busque el nombre del puerto al que está conectada su placa Arduino. En mi caso es “COM14” pero puede ser diferente en tu PC.
   

   

2. Tendremos que incluir una biblioteca para utilizar el Módulo LCD. La biblioteca se adjunta a continuación en el enlace de descarga junto con el código. Ir a Boceto > Incluir biblioteca > Agregar biblioteca .ZIP.
   

   

3. Ahora abra el IDE de Arduino. Desde Herramientas, configure la placa Arduino en Arduino / Genuino UNO.
   

   

4. Desde el mismo menú Herramientas, configure el número de puerto que vio en el panel de control.
   

   

5. Descargue el código adjunto a continuación y cópielo en su IDE. Para cargar el código, haga clic en el botón cargar.
   

   

Puedes descargar el código por haciendo clic aquí.

Paso 7: Código

El código es bastante simple y está bien comentado. Pero aún así, algunas se explican a continuación.

1. Al principio, la biblioteca se utiliza para que podamos conectar el módulo LCD con la placa Arduino Uno y programarlo en consecuencia. Luego se inicializan los pines de la placa Arduino que se utilizarán para conectarse con el módulo LCD. Luego se inicializan diferentes variables para almacenar valores en el tiempo de ejecución que se utilizarán más adelante en los cálculos.

#include "LiquidCrystal.h"           // include library to interface LCD module with Arduino board
LiquidCrystal lcd(2, 3, 4, 5, 6, 7); // pins of LCD module to be used
float voltage = 0.0;
float temp=0.0;                      // variable to store digital vaue of the input
int analog_value;                    // variable to store analog value at the input

2. configuración nula() es una función que se ejecuta solo una vez cuando se inicia el dispositivo o se presiona el botón de habilitar. Aquí hemos inicializado la pantalla LCD para comenzar. Cuando la pantalla LCD se inicie, aparecerá el texto “Voltímetro digital basado en Arduino”. La velocidad en baudios también se establece en esta función. La velocidad en baudios es la velocidad en bits por segundo a la que Arduino se comunica con los dispositivos externos.

void setup()
{
lcd.begin(16, 2);               // start communication with LCD
lcd.setCursor (0,0);            // start the cursor from the beginning
lcd.print(" Arduino based ");   // Print text in first line
lcd.setCursor(0,1);             // Move the cursoor to the next line
lcd.print("Digital Voltmeter"); // print text in second line
delay(2000);                    // wait for two secnds
}

3. bucle vacío() es una función que se ejecuta continuamente en un bucle. Aquí el valor analógico se lee en el lado de entrada. Luego este valor analógico se convierte a forma digital. Se aplica una condición y las mediciones finales se muestran en la pantalla LCD.

void loop() 
{ 
analog_value = analogRead(A0);        // Reading the analog value
temp = (analog_value * 5.0) / 1024.0; // onverting the analog value in digital

voltage = temp/(0.0909);
if (voltage < 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
}

Aplicaciones

Algunas de las aplicaciones de un voltímetro digital incluyen:

1. El circuito realizado anteriormente se puede utilizar para medir diferentes rangos de voltajes con alta precisión en cualquier circuito eléctrico.
2. Si realizamos ligeros cambios en el circuito, el Microcontrolador podrá medir el voltaje también en circuitos de CA.