使用Arduino制作这个高级数字电流表

在这篇文章中，我们将使用16 × 2液晶显示器和Arduino构建一个数字电流表。我们将了解使用分流电阻测量电流的方法，并实现基于Arduino的设计。所提出的数字电流表可以测量从0到2安培(绝对最大)的电流，具有合理的精度。

电流表的工作原理

有两种类型的电流表:模拟电流表和数字电流表，它们的工作原理是截然不同的。但是，它们有一个共同的概念:分流电阻器。

分流电阻器是在测量电流时，在源和负载之间有非常小的电阻的电阻器。

让我们看看模拟电流表是如何工作的，这样就更容易理解数字电流表了。

一个电阻R很低的分流电阻，假设有某种模拟表连接在电阻上，它的偏转与通过模拟表的电压成正比。

现在让我们从左边传递一些电流。i1为进入分流电阻R前的电流，i2为通过分流电阻后的电流。

电流i1将大于i2，因为它通过分流电阻降低了一小部分电流。分流电阻之间的电流差在V1和V2处产生非常小的电压。
电压的量将由那个模拟计来测量。

通过分流电阻产生的电压取决于两个因素:流过分流电阻的电流和分流电阻的值。

如果通过分流器的电流较大，产生的电压也就较大。如果分流器的值高，则分流器两端的电压发展就更大。

分流电阻必须是非常小的值，它必须具有较高的额定功率。

一个小值的电阻确保负载得到足够的电流和电压的正常运行。

同时，分流电阻必须具有较高的额定功率，以便在测量电流时能够承受较高的温度。通过分流管的电流越高，产生的热量就越多。

现在你应该已经了解了模拟电表的基本原理。现在让我们来看看数字设计。

现在我们知道，如果有电流流动，电阻器将产生电压。从图中V1和V2是点，我们将电压样本送到微控制器。

计算电压到电流的转换

现在让我们看看简单的数学，我们如何将产生的电压转换成电流。

欧姆定律:I = V/R

我们知道分流电阻器R的值，将其输入到程序中。

通过分流电阻产生的电压为:

V = v1 - v2

或

V = V2 - V1(测量时避免负号，负号取决于电流方向)

我们可以化简这个方程，

I = (v1 - v2)/ r
或
I = (v2 - v1)/ r

在代码中输入上面的一个方程，我们可以找到当前的流量，并将显示在LCD上。

现在我们来看看如何选择分流电阻器的值。

Arduino内置了10位模拟数字转换器(ADC)。它可以在0到1024步或电压水平检测从0到5V。

因此，这个ADC的分辨率将是5/1024 = 0.00488伏特或每步4.88毫伏。

所以4.88毫伏/2毫安(安培计的最小分辨率)= 2.44或2.5欧姆电阻。

我们可以使用4个10欧姆，2瓦特的电阻并联得到2.5欧姆，这是在原型中测试的。

那么，我们怎么能说拟议的电流表的最大测量范围是2安培。

ADC只能测量0到5 V。以上任何情况都会损坏微控制器中的ADC。

从测试原型中我们观察到，在两个模拟输入点V1和V2;当电流被测值X mA时，模拟电压读取X/2(在串行监视器中)。

例如，如果电流表读数为500毫安，串行监视器上的模拟值则为250步或电压水平。该ADC可以容忍1024步或5 V的最大，所以当电流表读取2000毫安，串行监视器读取约1000步。接近1024。

任何高于1024的电压水平都会损坏Arduino中的ADC。为了避免这一点，在2000毫安之前，警告信息将提示LCD说断开电路。

到目前为止，你应该已经了解了拟议中的电流表是如何工作的。

现在让我们来看看结构细节。

原理图:

提出的电路非常简单，初学者友好。按电路图施工。调整10K电位器以调整显示对比度。

您可以通过USB或9v电池直流插孔为Arduino供电。四个2瓦电阻将耗散热量均匀比使用一个2.5欧姆电阻8- 10瓦电阻。

当没有电流通过时，显示器可能会读取一些小的随机值，你可以忽略它，这可能是由于测量终端的杂散电压。

注意:不要颠倒输入负载的极性。

程序代码:

//------------------ 项目由R.GIRISH ------------------//
# include < LiquidCrystal.h >
#定义input_1 A0
#定义input_2 A1
液晶显示器(12,11,5,4,3,2);
int AnalogValue = 0;
int PeakVoltage = 0;
浮动AverageVoltage = 0;
float input_A0 = 0;
float input_A1 = 0;
Float output = 0;
浮动分辨率= 0.00488;
Unsigned long sample = 0;
Int threshold = 1000;
无效的设置()
｛
lcd.begin(16日2);
Serial.begin (9600);
｝
无效循环()
｛
PeakVoltage = 0;
(样品= 0;示例< 5000;示例+ +)
｛
AnalogValue = analogRead (input_1);
如果(PeakVoltage < AnalogValue)
｛
PeakVoltage = AnalogValue;
｝
其他的
｛
delayMicroseconds (10);
｝
｝
input_A0 = PeakVoltage *分辨率;
PeakVoltage = 0;
(样品= 0;示例< 5000;示例+ +)
｛
AnalogValue = analogRead (input_2);
如果(PeakVoltage < AnalogValue)
｛
PeakVoltage = AnalogValue;
｝
其他的
｛
delayMicroseconds (10);
｝
｝
input_A1 = PeakVoltage *分辨率;
输出= (input_A0 - input_A1) * 100;
输出=输出* 4;
而(analogRead (input_A0) > =阈值)
｛
lcd.clear ();
lcd.setCursor (0,0);
液晶显示器。打印(达到最大);
lcd.setCursor (0,1);
lcd.print(“限制! !”);
延迟(1000);
lcd.clear ();
lcd.setCursor (0,0);
液晶显示器。打印(“现在断开! !”);
延迟(1000);
｝
而(analogRead (input_A0) > =阈值)
｛
lcd.clear ();
lcd.setCursor (0,0);
液晶显示器。打印(达到最大);
lcd.setCursor (0,1);
lcd.print(“限制! !”);
延迟(1000);
lcd.clear ();
lcd.setCursor (0,0);
液晶显示器。打印(“现在断开! !”);
延迟(1000);
｝
lcd.clear ();
lcd.setCursor (0,0);
液晶显示器。打印(“数字电流表”);
lcd.setCursor (0,1);
lcd.print(输出);
液晶显示器。打印(“马”);
系列。print(" voltage Level at A0 = ");
以analogRead (input_A0));
系列。print(" voltage Level at A1 = ");
以analogRead (input_A1));
以 ("------------------------------");
延迟(1000);
｝
//------------------ 项目由R.GIRISH ------------------//

如果您对这个基于Arduino的数字电流表电路项目有任何具体的问题，请在评论区表达，您可能会得到快速的回复。