¿Cómo hacer un voltímetro digital DC usando 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 los circuitos de CC y otros voltímetros están destinados a medir el voltaje en los circuitos de CA. Estos voltímetros se caracterizan además en dos categorías. Uno es el voltímetro digital que muestra las mediciones en una pantalla digital y el otro es un voltímetro analógico que utiliza una aguja para apuntar en la escala para mostrarnos la lectura exacta.

Voltímetro digital

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 será capaz de medir el voltaje en el rango de 0 – 5V. En la segunda configuración, el microcontrolador será capaz de medir el voltaje en el rango de 0 – 50V.

¿Cómo hacer un voltímetro digital?

Como sabemos que hay dos tipos de voltímetros, el voltímetro analógico y el voltímetro digital. Hay 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 de hierro móvil, etc. El principal objetivo de la introducción del 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, reunamos más información y comencemos a hacer un voltímetro digital usando Arduino Uno.

Paso 1: Recolección de los componentes

El mejor enfoque para iniciar cualquier proyecto es hacer una lista de componentes y hacer un breve estudio de estos componentes porque nadie querrá quedarse en medio de un proyecto sólo por la falta de un componente. A continuación se presenta una lista de componentes que vamos a utilizar en este proyecto:

• Arduino Uno
• 16×2 Pantalla LCD
• 10k-ohm Potenciómetro
• Cables de arranque
• 100k-ohm Resistencia
• 10k-ohm Resistencia
• Tablero de anuncios
• 12V Adaptador de corriente alterna a corriente continua (Si Arduino no está alimentado por el ordenador)

Paso 2: Estudio de los componentes

Arduino UNO es una placa microcontroladora 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 se pueden interconectar 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) de Arduino a través de un cable USB tipo B. Requiere 5V para encenderse ON y un Código C para funcionar.

Arduino Uno

Los LCD se ven en todos los aparatos electrónicos que tienen que mostrar algún texto o dígito o cualquier imagen a los usuarios. Un LCD es un módulo de visualización, en el que se utiliza cristal líquido para producir una imagen o un texto visible. Una 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 LCD.

16×2 Pantalla LCD

Un Breadboard es un dispositivo sin soldadura. Se utiliza para hacer y probar prototipos temporales de circuitos y diseños electrónicos. La mayoría de los componentes electrónicos se conectan simplemente a una protoboard con sólo insertar sus clavijas en la protoboard. Se coloca una tira de metal en los agujeros de la protoboard y los agujeros se conectan de una manera específica. Las conexiones de los agujeros se muestran en el siguiente diagrama:

Tablero de anuncios

Paso 3: Diagrama de circuito

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

Voltímetro para 0-5V

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

Voltímetro 0-50V

Paso 4: Principio de funcionamiento

El funcionamiento de este proyecto de voltímetro digital DC basado en Arduino se explica aquí. En el voltímetro digital, el voltaje que se mide en la forma analógica será convertido a su correspondiente valor digital usando un convertidor de analógico a digital.

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

En el segundo circuito, como el rango debe ser aumentado de 5V a 50V, se debe hacer una configuración de divisor de voltaje. El circuito divisor de voltaje se hace usando una resistencia de 10k-ohm y una de 100k-ohm. Esta configuración de 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 hacen 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. Conecta el pin Vss y Vdd del módulo LCD al suelo y 5V de la placa Arduino respectivamente. El pin Vee es el pin que se utiliza para ajustar las restricciones de la pantalla. Se conecta al potenciómetro cuyo pin está conectado a 5V y el otro a tierra.
2. Conecta el pin RS y E del módulo LCD al pin2 y pin3 de la placa Arduino respectivamente. El pin RW del LCD está conectado a la tierra.
3. Como usaremos el módulo LCD en el modo de datos de 4 bits, se usan 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 la entrada porque el voltaje máximo a medir es de 5V. En el segundo circuito, como el rango de medición es de 0-50V, se hace una configuración de divisor de voltaje usando una resistencia de 10k-ohm y una de 100k-ohm. Hay que tener en cuenta que todas las tomas de tierra son comunes.

Paso 6: Empezar con Arduino

Si no está familiarizado con el IDE de Arduino antes, no se preocupe porque a continuación, puede ver los pasos claros de la quema de código en la placa de microcontrolador utilizando el IDE de Arduino. Puede descargar la última versión de Arduino IDE desde aquí y seguir los pasos mencionados 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”. Encuentre el nombre del puerto al que está conectada su placa Arduino. En mi caso es “COM14” pero puede ser diferente en su PC.Encontrar el puerto
2. Tendremos que incluir una biblioteca para usar el módulo LCD. La biblioteca se adjunta a continuación en el enlace de descarga junto con el código. Ir a Sketch> Include Library> Add .ZIP Library.Biblioteca de inclusión
3. Ahora abre el IDE de Arduino. Desde Herramientas, establece la placa Arduino en Arduino / Genuino UNO.Tabla de configuración
4. En el mismo menú de herramientas, establezca el número de puerto que vio en el panel de control.Setting Port
5. Descargue el código adjunto y cópielo en su IDE. Para subir el código, haz clic en el botón de subir.Subir

Puede descargar el código haciendo clic aquí.

Paso 7: Código

El código es bastante simple y bien comentado. Pero aún así, algo se explica a continuación.

1. Al principio, la biblioteca se utiliza para que podamos interconectar el módulo LCD con la placa Arduino Uno y programarlo en consecuencia. Luego se inicializan los pines de la placa Arduino que se usarán para conectarse con el módulo LCD. Luego se inicializan diferentes variables para almacenar valores en el tiempo de ejecución que serán usados más tarde 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. void setup() es una función que se ejecuta una sola vez cuando se inicia el dispositivo o se pulsa el botón de activación. Aquí hemos inicializado la pantalla LCD para que se inicie. Cuando la pantalla LCD se inicie, aparecerá el texto “Arduino Based Digital Voltmeter” (Voltímetro digital basado en Arduino). La velocidad en baudios también se ajusta en esta función. La tasa de baudios es la velocidad en bits por segundo con la que el 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. void loop() es una función que se ejecuta continuamente en un bucle. Aquí el valor analógico se lee en el lado de la entrada. Luego este valor analógico se convierte a la 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 sus aplicaciones de un voltímetro digital incluyen:

1. El circuito realizado arriba puede ser usado para medir diferentes rangos de voltajes con alta precisión en cualquier circuito eléctrico.
2. Si hacemos pequeños cambios en el circuito, el microcontrolador podrá medir el voltaje en los circuitos de CA también.