ماژول های مبدل ولتاژ یکی از مهم ترین و پرکابردترین ماژول ها در پروژه های مختلف به شمار می روند. به کمک این ماژول ها شما می توانید ولتاژ ورودی را افزایش داده و یا از مقدار آن بکاهید. به عنوان مثال به کمک یک ماژول افزاینده ولتاژ می توان ولتاژ ورودی ۱۲ ولت را به ۲۴ ولت رسانید. در کنار این، ماژول های کاهنده ولتاژ می توانند ولتاژ زیاد در ورودی را به مقدار کم و دلخواه در خروجی برسانند. به عنوان مثال ولتاژ ۱۲ ولت را می توان به ۵ و یا کمتر، ۳٫۳ رسانید.
یکی از ماژول های فوق العاده کلیدی و کاربردی در زمینه کاهش و تثبیت ولتاژ، ماژول LM2596 است. این ماژول قادر به کاهش ولتاژ تا ۴۰ ولت به ۱٫۵ ولت است. این مازول دارای ساختار سوییچینگ بوده، به طوریکه اتلاف توان بسیاری کمی در این قطعه می توان مشاهده نمود. در این آموزش قصد داریم تا یک نمایشگر به این ماژول اضافه نماییم. به کمک این نمایشگر به سادگی می توان ولتاژ خروجی تنظیم شده را مشاهده نمود. در ادامه با مرجع تخصصی الکترونیک به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.
ماژول های کاهنده و تثبیت کننده ولتاژ
پیش از آنکه به ادامه بحث بپردازیم، کمی راجع به مبدل ها و تثبیت کننده های ولتاژ بحث خواهیم کرد. در بسیاری از مدارات الکترونیکی نیاز است تا ولتاژ ورودی بسته به نیاز خروجی، کاهش یا افزایش یابد. به عنوان مثال فرض کنید که قصد راه اندازی مداری با برق خودرو دارید. همانطور که اطلاع دارید، برق خودرو ۱۲ ولت است. از طرف دیگر فرض کنید مدار شما با ۵ ولت راه اندازی می شود. در اینجا به کمک ماژول های کاهنده ولتاژ، می توانید ولتاژ ۱۲ را کاسته و به ۵ برسانید.
رگولاتورهای ولتاژ همواره کاهنده نیستند، در بسیاری از مواقع نیاز به افزایش ولتاژ داریم. به عنوان مثال فرض کنید قصد ساخت یک لامپ سیار با باتری لیتیمی داریم. در اینجا از آنجاییکه ولتاژ باتری لیتیمی بین ۳٫۴ الی ۴٫۲ بوده و لامپ ولتاژ ۱۲ دارد، نیاز به رگولاتور افزاینده امری مهم است. در این جا به کمک یک رگولاتور افزاینده ولتاژ، می توان به سادگی ولتاژ باتری را حتی با تغییر و کاهش ولتاژ در اثر افت شارژ، افزایش داده و به مقدار ۱۲ ولت تثبیت شده رسانید. پیشتر در آموزشی راجع به این موضوع صحبت کرده ایم که آموزش ساخت لامپ سیار شارژی را با کلیک بر روی این لینک می توانید مطالعه نمایید.
رگولاتورهای تثبیت کننده ولتاژ . کاهنده غالبا دارای دو نوع خطی و سوییچینگ هستند. در نوع خطی، ولتاژ خروجی با اتلاف توان ورودی ساخته می شود. به عبارت دیگر، همانطور که اطلاع دارید در اثر جریان کشی، ولتاژ کاهش می یابد. رگولاتور خطی هم به عنوان تابعی خطی از ولتاژ ورودی، با افزایش ولتاژ ورودی میزان اتلاف توان آن افزایش یافته و ولتاژ خروجی را می سازد. در کنار این رگولاتور سوییچینگ به کمک پالس PWM می تواند خروجی را کنترل کند. در این روش راندمان بسیار بالایی را شاهد خواهیم بود. در این جا ما به بررسی رگولاتور سوییچینگ کاهنده LM2596 می پردازیم. قسمت بعد به معرفی این ماژول کلیدی اختصاص دارد.
ماژول کاهنده ولتاژ LM2596
ماژول کاهنده ولتاژ LM2596 یک ماژول بی نهایت کلیدی و کاربردی در زمینه طراحی مدارات دیجیتال و آنالوگ به شمار می رود. به کمک این ماژول می توان با راندمانی بسیار بالا و اتلافی ناچیز، ولتاژ ورودی را کاسته و به مقدار مد نظر در خروجی برسانیم. این ماژول به صورت Adjustable است، یعنی شما می توانید به سادگی ولتاژ خروجی را روی مقدار مد نظر تنظیم کنید.
ماژول کاهنده LM2596 به صورت چیپ و برد راه انداز عرضه می شود. از آنجاییکه این ماژول رگولاتور سوییچینگ است، بنابراین نیاز به سلف و خازن جهت کاهش نویز در خروجی برای راه اندازی آن ضروریست. اما در حالت برد راه انداز نیاز به هیچ قطعه جانبی نبوده و به سادگی قابل استفاده است. به طور کلی مشخصات فنی این ماژول را در جدول زیر می توان خلاصه نمود.
| مقدار | مشخصه فنی |
| ۴٫۵ الی ۴۰ ولت | ولتاژ ورودی |
| ۳ الی ۴۰ ولت | ولتاژ خروجی قابل تنظیم |
| ۳ آمپر | جریان قابل تحمل در خروجی |
از آنجاییکه این ماژول از نمایشگر بهره نمی برد، در این آموزش قصد داریم تا به کمک برد آردوینو و ماژول نمایشگر سون سگمنت، میزان ولتاژ خروجی تنظیم شده را مشاهده نماییم. در قسمت بعد به نقش آردوینو و نمایشگر خواهیم پرداخت.
برد آردوینو و نمایشگر سون سگمنت TM1637
پس از بررسی ماژول کاهنده ولتاژ، نوبت به بررسی نقش و وظیفه برد آردوینو می رسد. آن طورکه پیشتر بیان شد، در این آموزش قصد داریم تا به ساخت یک نمایشگر خروجی ولتاژ برای ماژول کاهنده LM2596 بپردازیم. به همین منظور به کمک واحد ADC داخلی برد آردوینو، می بایست میزان ولتاژ خروجی را بخوانیم. پس از خواندن این ولتاژ، مقدار اندازه گیری شده بر روی نمایشگر سون سگمنت نمایش داده می شود.
برد آردوینو، یک برد فوق العاده کاربردی جهت آموزش و توسعه هرچه سریعتر محصولات است. این برد در حقیقت یک برد راه انداز برای میکروکنترلر ATMEGA328P محسوب می شود. از طرف دیگر به کمک پلتفرم نرم افزاری آردوینو، به سادگی می توان برد را برنامه نویسی نمود. در این آموزش به کمک واحد ADC برد، ولتاژ خروجی را می خوانیم و بر روی نمایشگر سون سگمنت TM1637 نمایش می دهیم.
نمایشگر TM1637، یک نمایشگر کلیدی و کاربردی است. این نمایشگر جهت راه اندازی از پروتکل I2C استفاده می کند. بدین ترتیب این نمایشگر با ۴ دیجیت، تنها به ۲ پایه میکروکنترلر جهت نمایش داده نیاز دارد. دراین پروژوه پس از خواندن داده از ADC وتبدیل آن، مقدار خوانده شده بر روی نمایشگر نمایش داده می شود. اما در این جا، یک مدار تقسیم مقاومتی نقشی بسیار مهم در اجرای پروژه ایفا می کند. در قسمت بعد به این موضوع می پردازیم.
نقش مدار تقسیم مقاومتی در پروژه
پس از بررسی آردوینو و نمایشگر، نوبت به تحلیل قسمتی مهم از مدار می رسد. همانطور که اطلاع دارید، بیشینه ولتاژ قابل اندازه گیری توسط ADC برد آردوینو برابر با ۵ ولت است. از آنجاییکه ولتاژ خروجی ماژول کاهنده ممکن است بسیار بیشتر از ۵ ولت شود، لذا می بایست ولتاژ خروجی به نسبتی صحیح و قابل اندازه گیری کاهش یابد. به همین علت، از مدار تقسیم مقاومتی استفاده خواهیم کرد. به کمک مدار تقسیم مقاومتی به نسبتی مشخص، می توانیم ولتاژ را کاهش دهیم.
مدار تقسیم مقاومتی، از یک رابطه ریاضی پیروی می کند. در این رابطه ولتاژ خروجی به صورت زیر تعریف می شود.
VOUT=VIN*R2(R1+R2)
در این جا ما از یک مقاومت ۱۰ کیلو به عنوان R1 و یک مقاومت ۱ کیلو به عنوان مقاومت R2 استفاده می کنیم. بدین ترتیب نسبت ولتاژ خروجی ماژول کاهنده ولتاژ به اندازه ۱۱ برابر کاهش می یابد. با اندازه گیری ولتاژ توسط ADC و ضرب آن در ۱۱، به ولتاژ اصلی خواهیم رسید.
شماتیک و اتصالات پروژه کاهنده ولتاژ
پس از بررسی نقش و وظیفه هر المان در پروژه، نوبت به بررسی شماتیک و اتصالات پروژه می رسد. ابتدا به تصویر زیر که فرمی کلی از اتصالات را نمایش می دهد، دقت کنید.
مطابق تصویر فوق، اتصالات را به شیوه زیر ادامه می دهیم. برای برقراری اتصالات بین نمایشگر و آردوینو به شکل زیر عمل می کنیم.
- اتصال پایه GND نمایشگر به پایه GND آردوینو
- اتصال پایه VCC نمایشکر به پایه ۵ ولت آردوینو
- اتصال پایه CLK نمایشگر به پایه شماره ۴ آردوینو
- اتصال پایه DIO نمایشگر به پایه شماره ۵ آردوینو
در ادامه، خروجی ماژول کاهنده به صورت تقسیم مقاومت، به ازای R2 یک مقاومت یک کیلو و به ازای R1 یک مقاومت ۱۰ کیلو قرار دهید.
توجه: تغذیه آردوینو از طریق کابل USB صورت می گیرد.
پس از آشنایی با شماتیک و اتصالات، نوبت به راه اندازی نرم افزاری می رسد. قسمت بعد به نصب کتابخانه می پردازیم.
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 کاهنده ولتاژ
پس از نصب کتابخانه و برقراری اتصالات، نوبت به اجرای پروژه می رسد. جهت دسترسی به کدهای پروژه لطفا روی این لینک کلیک کنید.
#include "SevenSegmentTM1637.h" //کتابخانه نمایشگر
const byte PIN_CLK = 4; // تعریف پایه کلاک برای نمایشگر
const byte PIN_DIO = 5; // تعریف پایه دیتا برای نمایشگر
SevenSegmentTM1637 display(PIN_CLK, PIN_DIO); //ایجاد شی و ارسال پارامترها
void setup() {
Serial.begin(9600); // باودریت ارتباط سریال
display.begin(); //راه اندازی نمایشگر
display.setBacklight(100); //تنظیم درخشمدگی نمایشگر
display.print("INIT"); // عبارت راه اندازی نمایشگر
delay(1000); //انتظار برای راه اندازی نمایشگر
};
void loop() {
float sum = 0; //متغیر جهت اندازه گیری و میانگین گیری
float volt = 0; //ولتاژ
for (int i = 0; i < 100; i++) { //صد بار خواندن مقدار و میانگین گیری کردن
volt = analogRead(A0);
sum = volt + sum;
}
sum = sum / 100;
volt = sum;
String data = "";
volt = volt * 5 / 1023; //تبدیل مقدار آنالوگ به دیجیتال
volt = volt * 11; //ضرب مقدار در ۱۱
data = String(volt);
display.print(data);
delay(1500);
display.clear();
}
اجرای پروژه کاهنده ولتاژ
پس از آپلود کدها، نوبت به اجرای پروژه می رسد. جهت اجرای پروژه، کافیست با پیچ گوشتی، مولتی ترن را بچرخانید. آنگاه ولتاژ خروجی روی نمایشگر تغییر خواهد یافت.
توجه۱: عبارت _ در نمایشگر به معنای ممیز است.
توجه۲: یک ایراد در نمایش اعداد بالای ۱۰ ولت وجود دارد، چه پیشنهادی برای رفع آن دارید؟ در کامنت ها مطرح کنید.
لوازم مورد نیاز
لینک خرید برد آردوینو UNO، کلیک کنید
لینک خرید مقاومت یک کیلو اهمی، کلیک کنید
لینک خرید مقاومت ۱۰ کیلو اهمی، کلیک کنید
لینک خرید ماژول کاهنده ولتاژ LM2596، کلیک کنید
لینک خرید نمایشگر سون سگمنت TM1637، کلیک کنید
جمع بندی
ماژول های کاهنده ولتاژ یکی از مهم ترین و پرکاربردترین ابزارها در پروژه های مختلف به شمار می روند. به کمک این ماژول ها می توان ولتاژ ورودی را کاسته و به مقدار مد نظر در خروجی تبدیل نمود. یکی از پرکاربردترین نوع این ماژول ها، ماژول کاهنده ولتاژ LM2596 است. در این آموزش به طراحی و پیاده سازی یک نمایشگر جهت نمایش ولتاژ خروجی ماژول اقدام نمودیم. به کمک این نمایشگر می توان به سادگی ولتاژ خروجی قرار گرفته را اندازه گیری کرده و به نمایش در آورد. در این آموزش ابتدا به معرفی ماژول های تثبیت کننده ولتاژ پرداختیم. سپس با معرفی ماژول LM2596، شروع به بیان مرحله به مرحله مراحل ساخت نمایشگر، نمودیم.
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.
