پروژه ساخت ولت متر دیجیتال ساده با سگمنت و برد آردوینو

ولتمترها یکی از مهم ترین و پرکابردترین ابزارها در صنایع و پروژه های الکترونیک به شمار می روند. به کمک این ابزار می توان میزان اختلاف پتانسیل قرار گرفته در دو سر یک المان را اندازه گیری نمود. به عنوان مثال می توان ولتاژ یک آداپتور، باتری، خازن و هر وسیله دیگر را اندازه گیری و مشاهده کرد. در این آموزش قصد داریم تا به طراحی و پیاده سازی یک ولتمتر دیجیتال به کمک برد آردوینو بپردازیم. به کمک این ولت متر می توانیم تا ۵۰ ولت DC را اندازه گیری کرده و بر روی نمایشگر، نمایش دهیم. در ادامه پروژه ولت متر دیجیتال با مرجع تخصصی آردوینو به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.

قطعات به کار رفته در ولت متر

برای پیاده سازی پروژه ولت متر دیجیتال به یک برد آردوینو، دو عدد مقاومت، یک نمایشگر و دو رشته سیم نیاز داریم. در قدم نخست، برد آردوینو وظیفه پردازش داده های ورودی و نمایش آن ها بر روی نمایشگر خروجی را بر عهده دارد.  ما در این پروژه از برد آردوینو UNO بهره می بریم.  برد آردوینو UNO، یک برد همه کاره است. این برد راه اندازی و پروگرام میکروکنترلر را بسیار بسیار ساده می کند. اگر زمانی برای پروگرام کردن میکروکنترلر نیاز به برد پروگرامر بود، اکنون به لطف آردوینو این برد حذف شده و برنامه به سادگی از طریق کابل، منتقل می شود.

بر روی برد آردوینو قطعات لازم جهت راه اندازی میکرو نظیر کریستال و خازن های آن، تعبیه شده است. وجود پورت سریال، خروجی ولتاژ ۵  ۳V3، راه اندزای این برد را بیش از پیش، جذاب و تسهیل می کند.

در پروژه ولت متر دیجیتال ما از برد آردوینو UNO جهت اندازه گیری ولتاژ استفاده می کنیم. از آنجاییکه این برد دارای ADC داخلی است، لذا به سادگی می توانیم ولتاژهای DC را اندازه گیری کنیم. اما از آنجاییکه قصد داریم تا ۵۰ ولت را اندازه گیری کنیم، لذا نمی توان به صورت مستقیم ولتاژ ۵۰ را به آردوینو اعمال کرد! چراکه در این صورت آردوینو=بوم! بنابراین نیاز به یک مدار واسط داریم. جهت کاهش ولتاژ و اندازه گیری، از مدار تقسیم مقاومتی استفاده می کنیم. مدار تقسیم مقاومتی، یک مدار فوق العاده کاربردی جهت کاهش ولتاژ است. به کمک این مدار می توان ولتاژهای بالا را به یک تناسب مقاومتی، به ولتاژ پایین تبدیل کنیم.  مدار تقسیم مقاومتی از دو مقاومت تشکیل شده است. این مدار بسته به اندازه مقاومت ها، ولتاژ را کاهش می دهد. در این جا ما از دو مقاومت یک و ده کیلو استفاده کرده ایم؛ به طوریکه ولتآژ با نسبت یک دهم کاهش می یابد. برای اطلاعات بیشتر در زمینه مدارهای تقسیم مقاومتی، آموزش آن را با کلیک بر روی این لینک مطالعه کنید.

پس از اندازه گیری ولتاژ، می بایست اندازه آن را نمایش دهیم. جهت نمایش ولتاژ باید از نمایشگر استفاده کنیم. جهت نمایش ولتاژ، می توانیم از نمایشگرهای مختلف استفاده کنیم. نمایشگرهای کاراکتری، OLED، نوکیا و…. انتخاب های مناسبی هستند. اما ما از نمایشگر سون سگمنت استفاده می کنیم. نمایشگرهای سون سگمنت دارای قیمت مناسب و کیفیت قابل قبول هستند. به کمک این نمایشگر می توان پارامترها را به شکل مناسبی به کاربر نمایش داد. اما از آنجاییکه نمایشگرهای سگمنت دارای پایه های زیادی هستند، از ماژول TM1637 استفاده می کنیم. ماژول نمایشگر TM1637 یک ماژول فوق العاده کاربردی جهت راه اندازی نمایشگرهای سگمنت است. این ماژول جهت راه اندازی ۴ سگمنت، تنها به دو پایه نیاز دارد. بدین ترتیب به سادگی و تنها از طریق دو پایه I2C، می توان داده ها را روی سگمنت نمایش داد.

شماتیک و اتصالات

پس از آشنایی با قطعات، نوبت به شماتیک و اتصالات می رسد. تصویر زیر فرم کلی اتصالات را نمایش می دهد.

نصب کتابخانه TM1637

همانطور که اطلاع دارید، کتابخانه ها یکی از ابزارهای کلیدی و کاربردی در برنامه نویسی به شمار می روند. به کمک این ابزار، می توانیم توابع نوشته شده در فایلهایی به نام کتابخانه ذخیره کرده و سپس در پروژه های متعدد از آن استفاده کنیم.  همانطور که پیشتر گفته شد، برای راه اندازی و کار با ماژول TM1637 کتابخانه توسعه داده شده است. برای استفاده از این کتابخانه، ابتدا باید آن را نصب کنیم. برای نصب کتابخانه در محیط آردویینو، ابتدا مطابق تصویر زیر بر روی گزینه Tools و سپس Manage Libraries کلیک کنید.

پس از کلیک بر روی گزینه Manage Libraries، در صفحه ظاهر شده، در قسمت کادر جستجو، عبارت SevenSegmentTM1637.h را جستجو نموده و کتابخانه مشخص شده در تصویر زیر را نصب نمایید.

کدهای پروژه ولت متر دیجیتال

پس از نصب کتابخانه، نوبت به آپلود کدهای برنامه ولت متر دیجیتال روی برد می رسد. برای این مورد لطفا روی این لینک کلیک کرده و کدها را دانلود کنید.

اجرای پروژه ولت متر دیجیتال

پس از آپلود برنامه، نوبت به اجرای پروژه می رسد. برای اجرای پروژه، دقت کنید که هیچ گاه پراب ها بر عکس متصل نشود. حتما پراب مثبت به مثبت و پراب منفی به منفی متصل شود. برای اندازه گیری ولتاژ، به صورت زیر عمل کنید.

• اتصال پراب منفی(پایه GND آردوینو) به پایه GND ولتاژ
• اتصال محل تلاقی دو مقاومت(پراب مثبت مشخص شده در شماتیک) به پایه مثبت ولتاژ

همچنین موقع اندازه گیری ولتاژ، حتما دقت کنید که ولتاژ ورودی DC بوده و از ۵۰ ولت بیشتر نباشد. در نهایت ولتاژ اندازه گیری شده بر روی نمایشگر به نمایش در می آید.

لوازم مورد نیاز

لینک خرید کیت ولتمتر دیجیتال با آردوینو، کلیک کنید

جمع بندی

در این آموزش به طراحی و پیاده سازی یک کیت اندازه گیری ولتاژ پرداختیم. به کمک این کیت که بر پایه برد آردوینو طراحی شده، شما می توانید تا ۵۰ ولت DC را اندازه گیری کرده و بر روی نمایشگر، نمایش دهید. به کمک این کیت می توانید ولتاژ منبع تغذیه، موتورها و حتی باتری ها را اندازه گیری کرده و بر روی نمایشگر سون سگمنت، نمایش دهید.

چنانچه در مراحل راه اندازی و انجام این پروژه با مشکل مواجه شدید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در کدها و یا مراحل اجرایی وجود دارند می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.