Úvodní stránka » Arduino » Arduino v příkladech - I.díl

Měření napětí a zobrazení na LCD 16x2

Je mnoho součástek, ze kterých je možné získat hodnoty právě měření napětí. Jedná se o různá tlaková a teplotní čidla, vyvážené smyčky používané např. zabezpečovacích ústřednách, membránové klávesnice, změna hodnot v nastavení a mnoho dalších.

 

Měřit napětí umí libovolné Arduino – MEGA, UNO, NANO, MIKRO. Různé Arduina se liší pouze množstvím pinů na kterých lze napětí měřit a případně maximálním měřeným napětím. Pin na kterém se měří se nazývá analogový a je označen písmenem "A". Podrobné informace najdete na https://www.arduino.cc/en/Products/Compare

 

Pokud chceme měřit napětí, stačí připojit otočný potenciometr, viz obrázek zapojení  a nahrát následující dva řádky a pustit serial monitor:

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  Serial.println(analogRead(A0));
  delay(200);
}

Uvidíte řadu ubíhajících čísel. Co na první pohled nelze přehlédnout, je fakt že žádné číslo není stejné ±4 jednotky žádná míra. Když si k Arduinu připojíte např. diodu a začnete blikat, pomocí tlačítka, může přesahovat rozdíl i 40 jednotek. A to už je opravdu hodně. Důvodem je kvalita napájení USB portu, který na zatížení reaguje významným poklesem napětí.

 Analogový pin Arduina je 10 bit A/D převodník, který porovnává referenční napětí oproti napětí na analogovém pinu. Výsledek měření je reprezentován číslem v rozsahu 0-1023 (10 bit), tedy 1024 hodnot. Platí – čím větší rozdíl mezi referenčním napětím a měřeným napětím, tím je výstupní hodnota menší.

 Protože výsledné číslo reprezentuje pouze rozdíl mezi referenčním napětím a měřeným napětím, může docházet v velkým chybám měření. Např. bude-li Arduino napájeno 4,5 V a měřené napětí bude 4,6 V, uvidíte hodnotu 1023, tedy pokud to přepočtete na 5V, budete si myslet že máte právě 5V, což není pravda. Jediným řešením je napájet Arduino dostatečně stabilním zdrojem s výstupním napětím 5V.

 V praxi tedy budeme používat externí zdroj napájení, opojeni od USB, bude zapotřebí jiného zobrazovacího nástroje. Tady se jako ideální řešení nabízí LCD displej. Tímto se budeme zabývat v následující části článku.

Potřebné součástky:

• Libovolné Arduino – v článku je použito UNO
• LCD I2C display 16x2
• Otočný potenciometr 10KΩ
• propojovací kabely

 

Zapojení:

Potřebných 5V necháme na interním regulároru Arduino, který je poměrně přesný. Pro komunikaci s displejem použijeme I2C komunikaci. Na arduino UNO je SCA pin na A4 a SCL pin na A5. Napětí budeme měřit na pinu A0 a otočný potenciometr použijeme jako dělič napětí.

 K samotnému měření. V praxi se můžete setkat se zařízeními, ze kterých je výstup přímo 5V, pak tento připojíme k A0. Jestliže k napájení měřeného zařízení používáte externí zdroj, nezapomeňte propojit GND zdroje a GND Arduino. Pakliže chcete měřit vyváženou smyčku, připojte 10 KΩ mezi A0 a zem a k A0 veďte přes vyvažovací rezistory k napájení 5V. Tímto vytvoříte dělič napětí. Jsou zařízení, ze kterých je výstup 10V (např. servomotory), pak použijte dělič napětí 10 KΩ, tím vydělíte napětí dvěmi bez ohledu na odběr proudu. Pamatujte – vstupní napětí na pinech a to nejen analogových, nesmí přesáhnout 5V. Jinak spálíte arduino.

 Pro stanovení referenčního napětí slouží v Arduino funkce analogReference(type);

Podrobný popis najdete na https://www.arduino.cc/en/Reference/AnalogReference

Stručný popis:

• DEFAULT: výchozí nastavení, které není potřeba volat funkcí, u 5V desek je 5V u 3,3V desek je 3,3V. Napětí na pinu nesmí přesáhnout tyto hodnoty
• INTERNAL: referenční napětí bude 1,1V. Za pomoci tohoto nastavení můžete změřit skutečné napětí, desky a hodnotu pro změření hodnoty DEFAULT (pozor podle desky se může lišit)
• EXTERNAL: jako referenční napětí měří napětí připojené k pinu AREF. Pokud používáte jako zdroj napájení 5V arduino a propojíte 5V s AREF, je referenční napětí stejné jako DEFAULT, tedy bez jakéhokoli efektu. Nastavení EXTERNAL má smysl pouze v případě, že očekáváte jiné maximální napětí než je napájení Arduina.

Fukce analogReference(type) musí být volána před použitím funkce analogRead(A..). Může se volat kdykoliv v průběhu programu a lze tak měřit napětí na různých pinech s různým referenčním napětím. Když funkci nezavoláme, platí nastavení jako analogReference(DEFAULT)

 A jdeme na program. Samozřejmě je možné Arduino napájet z USB portu, pak je třeba počítat s tím, že hodnoty budou relevantní asi tak, jako předpověď počasí na příští týden.

Ještě před spuštěním programu si stáhneme knihovnu LiquidCrystal_I2C na

http://playground.arduino.cc/Code/LCDi2c

Já osobně používám jeden historický kousek, který je ke stažení na

http://www.dfrobot.com/wiki/index.php?title=I2C/TWI_LCD1602_Module_(SKU:_DFR0063)

//------------------------------------------------------------------
// inicializace zakladnich knihoven
#include <Wire.h>               // knihovna pro komunikaci I2C
#include <LiquidCrystal_I2C.h>  // knihovna pro komunikaci s diplejem
//------------------------------------------------------------------
// nastaveni nazvu pinu
#define inputVoltage   A0     // vstup pro měření napětí
// ostatní piny si popiseme, ale nechame zakomentovane
// #define SDA      A4       // komunikace I2C displej
// #define SCL      A5       // komunikace I2C displej
//------------------------------------------------------------------
// promenne
int value;                     // promenna pro ulozeni hodnotu cteni z analogoveho portu
int lastValue;                 // promenna pro ulozeni predchozi hodnoty cteni z analogoveho portu
float voltage;                 // promenna pro ulozeni prepocteneho napeti
unsigned long readingTime;     // cas posledniho ceteni
const int timeout = 500;       // prodleva mezi ctenim v milisekundách
//------------------------------------------------------------------
//nastaveni nazvu, adresy a typu displeje
LiquidCrystal_I2C LCD(0x27, 16, 2); // nazev, adresa, pocez znaku na radku, pocet radku
//------------------------------------------------------------------
// inicializace programu
void setup() {
  LCD.init(); // inicialuzujeme displej
  LCD.backlight(); // rozsvitime pozadi
}
//------------------------------------------------------------------
// hlavni smycka programu
void loop() {
  // kazdych 500 milisekund (timeout) provedeme funkce
  if ((unsigned long)(millis() - readingTime) >= timeout) { // pouzivame misto delay(); 
cekame na uplynuti timeout
    readingTime = millis(); // nastavime novy cas pro pristi zpracovani

    lastValue = value; // ulozime predchozi hodnotu cteni
    value = analogRead(inputVoltage); // precteme hodnotu a nalagoveho portu A0
    voltage = value * (5.0 / 1024); // prevedeme prectenou hodnutu na napeti

    LCD.clear(); // vyčistíme displej 

    LCD.setCursor (0, 0); // nastavime pozici kurzoru na 1 místo 1 radku
    LCD.print("H:"); // na displeji zobrazime písmeno H - jako hodnota měření
    LCD.setCursor (2, 0); // nastavime pozici kurzoru na 3 místo 1 radku
    LCD.print(value); // zobrazime hodnotu cteni
    LCD.setCursor (8, 0); // nastavime pozici kurzoru na 9 místo 1 radku
    LCD.print("U:"); // na displeji zobrazime písmeno U - jako vypočtena hodnota napeti
    LCD.setCursor (10, 0); // nastavime pozici kurzoru na 9 místo 1 radku
    LCD.print(voltage); // na displeji zobrazime vypoctene napeti
    LCD.setCursor (0, 1); // nastavime pozici kurzoru na 1 místo 2 radku
    LCD.print("Rozdil:"); // na displeji zobrazime text - pro vypocetenou hodnutu mezi ctenimy
    LCD.setCursor (7, 1); // nastavime pozici kurzoru na 8 místo 1 radku
    LCD.print(value - lastValue); // rozdil mezi aktualnim ctenim a predchozim ctenim
  }
  // protoze na nic necekame, tady muzeme v realnem case provadet dalsi cinnosti
}

Program je popsaný krok po kroku. Čtení analogového vstupu realizujeme pomocí příkazu analogRead(název pinu). Data na displeji vymažeme LCD.clear(), pak nastavíme kurzor na požadované místo LCD.setCursor (místo, řádek) a pomocí příkazu LCD.print(text) zobrazíme text a stále dokola.

Řešení problémů:

•  displej nezobrazuje – na druhé straně displeje najdete potenciometr, zvolna s ním otáčejte až uvidíte text
• písmena se překrývají – ne u tohoto projektu, ale počítejte tím, že pokud postavíte kurzor na místo, kde jste předtím umístili text, prostě ho přepíše. Je nutné stále kontrolovat délku textu.  

To je vše. Jednoduché a funkční. Příště si ukážeme jak eliminovat poskakování hodnot a si za pomoci tlakového čidla zobrazíme obsah nádrže rozsvícením progresbaru.

JB

jaroslav.bohac@arduinotech.cz