Voltímetro AC usando Arduino

Neste projeto, vamos fazer um Dispositivo de Medição de Tensão AC usando Arduino, que medirá a tensão da Fonte de Corrente Alternada em nossa casa. Vamos imprimir essa tensão no monitor serial do Arduino IDE e também mostrá-la no multímetro.

Fazer um voltímetro digital é muito mais fácil do que fazer um analógico porque no caso do voltímetro analógico você deve ter um bom conhecimento dos parâmetros físicos como torque, perdas por atrito, etc., enquanto no caso do voltímetro digital você pode usar apenas um LCD ou matriz de LED ou até mesmo seu laptop (como neste caso) para imprimir os valores de tensão para você. Aqui estão alguns projetos de voltímetro digital:

Circuito voltímetro digital simples com PCB usando ICL7107
Circuito Voltímetro LM3914
Voltímetro digital 0-25V usando microcontrolador AVR

Componentes necessários:

Um transformador 12-0-12
Diodo 1N4007
Capacitor 1uf
Resistores 10k; 4,7 k.
Diodo Zener (5v)
Arduino UNO
Fios de conexão

Diagrama de circuito do voltímetro Arduino:

O diagrama de circuito para este voltímetro Arduino é mostrado acima.

Conexões:

Conecte o lado de alta tensão (220 V) do transformador à fonte de alimentação e a baixa tensão (12 V) ao circuito divisor de tensão.
Conecte o resistor de 10k em série com o resistor de 4,7k, mas certifique-se de levar a tensão como entrada no resistor de 4,7k.
Conecte o diodo conforme mostrado.
Conecte o capacitor e o diodo zener em 4,7 k
Conecte um fio do terminal n do diodo ao pino analógico A0 do Arduino.

** Nota: Conecte o pino terra do Arduino ao ponto mostrado na figura ou o circuito não funcionará.

Precisa de um circuito divisor de tensão?

Como estamos usando o transformador 220/12 v, temos 12 v no lado lv. Uma vez que esta tensão não é adequada como entrada para o Arduino, precisamos de um circuito divisor de tensão que pode fornecer um valor de tensão adequado como entrada para o Arduino

Por que o diodo e o capacitor estão conectados?

Como o Arduino não aceita valores de tensão negativos como entrada, primeiro precisamos remover o ciclo negativo de redução de CA para que apenas o valor de tensão positivo seja obtido pelo Arduino. Conseqüentemente, o diodo é conectado para retificar a tensão de redução. Verifique nosso circuito retificador de meia onda e retificador de onda completa para aprender mais sobre retificação.

Essa tensão retificada não é suave, pois contém grandes ondulações que não podem nos fornecer nenhum valor analógico exato. Conseqüentemente, o capacitor é conectado para suavizar o sinal CA.

Objetivo do diodo zener?

O Arduino pode sofrer danos se uma tensão maior que 5 V for alimentada a ele. Conseqüentemente, um diodo zener 5v é conectado para garantir a segurança do Arduino, que quebra no caso de a tensão exceder 5v.

Trabalhando com Voltímetro AC baseado em Arduino:

1. A tensão de redução é obtida no lado lv do transformador, que é adequado para uso em resistores de classificação de potência normal.

2. Então, obtemos o valor de tensão adequado no resistor de 4,7k

A tensão máxima que pode ser medida é encontrada simulando este circuito no proteus (explicado na seção de simulação).

3. O Arduino recebe essa tensão como entrada do pino A0 na forma de valores analógicos entre 0 e 1023. 0 sendo 0 volt e 1023 sendo 5v.

4. O Arduino então converte esse valor analógico na tensão CA da rede elétrica correspondente por meio de uma fórmula. (Explicado na seção de código).

Simulação:

O circuito exato é feito em proteus e então simulado. Para encontrar a tensão máxima que este circuito pode medir, o método de acerto e teste é usado.

Ao fazer a tensão de pico do alternador 440 (311 rms), a tensão no pino A0 foi encontrada em 5 volts, ou seja, no máximo. Portanto, este circuito pode medir uma tensão máxima de 311 rms.

A simulação é realizada para várias tensões entre 220 rms a 440v.

Explicação do código:

O código completo do ArduinoVoltmeter é fornecido no final deste projeto e é bem explicado através dos comentários. Aqui estamos explicando algumas partes disso.

m é o valor analógico de entrada recebido no pino A0, ou seja, m = pinMode (A0, INPUT); // define o pino a0 como pino de entrada

Para atribuir a variável n a esta fórmula n = (m * . 304177), primeiro algum tipo de cálculo é executado usando os dados obtidos na seção de simulação:

Como visto na fotografia de simulação, o valor analógico de 5v ou 1023 é obtido no pino A0 quando a tensão CA de entrada é 311volts. Conseqüentemente:

Portanto, qualquer valor analógico aleatório corresponde a (311/1023) * m, onde m é o valor analógico obtido.

Portanto, chegamos a esta fórmula:

n = (311/1023) * m volts ou n = (m * 0,304177)

Agora, este valor de tensão é impresso no monitor serial usando comandos seriais conforme explicado a seguir. E também mostrado no multímetro, conforme demonstrado no Vídeo abaixo.

Os valores impressos na tela são:

Valor de entrada analógica conforme especificado no código:

Serial.print ("entrada analógica"); // isso dá o nome que é "entrada analógica" para o valor analógico impresso Serial.print (m); // isso simplesmente imprime o valor analógico de entrada

Tensão CA necessária conforme especificado no código:

Serial.print ("voltagem CA"); // dá o nome de “tensão CA” ao valor analógico impresso Serial.print (n); // isso simplesmente imprime o valor da tensão CA