Neste artigo, aprendemos como fazer um voltímetro CA sem transformador usando o Arduino.
Fazer um voltímetro analógico não é uma tarefa fácil, pois para construir um você deve ter bons conhecimentos de grandezas físicas como torque, velocidade; o que pode ser muito difícil quando se trata de suas aplicações práticas.
De Ankit Negi
Mas um voltímetro digital em comparação com um voltímetro analógico pode ser feito rapidamente e com muito pouco esforço. Agora, o voltímetro digital de um dia pode ser feito usando um microcontrolador ou placa de desenvolvimento como arduino, usando código de 4-5 linhas.
Por que este circuito do voltímetro AC é diferente?
Se você for ao Google e pesquisar “Voltímetro AC usando arduino”; você encontrará muitos circuitos em toda a internet. Mas em quase todos esses circuitos você encontrará um transformador sendo usado.
O circuito neste projeto resolve esse problema completamente substituindo o transformador de um circuito divisor de tensão de alta watt. Este circuito pode ser feito facilmente em uma pequena placa de ensaio em poucos minutos. Componentes necessários:
Para fazer este projeto, você precisa dos seguintes componentes:
1. Arduíno
2. Resistor de 100k ohm (2 watts)
3. Resistor de 1k ohm (2 watts)
4. Diodo 1N4007
5. Um diodo zener de 5 volts
6. capacitor de 1 uf
7. Fios de conexão
DIAGRAMA DE CIRCUITO:
Faça as conexões conforme mostrado no diagrama de circuito.
A) Faça um divisor de tensão usando resistores tendo em mente que o resistor de 1 k ohm deve ser conectado ao terra.
B) Conecte o terminal p do diodo diretamente após o resistor de 1 k ohm conforme mostrado na fig. e seu terminal n para capacitor de 1 uf.
C) Não se esqueça de conectar o diodo zener em paralelo ao capacitor (explicado abaixo)
D) Conecte um fio do terminal positivo do capacitor ao pino analógico A0 do arduino.
E) ** conecte o pino terra do arduino ao terra geral, caso contrário o circuito não funcionará.
OBJETIVO DO ARDUINO::
Bem, você pode usar qualquer microcontrolador, mas eu usei o arduino devido ao seu IDE fácil. Basicamente, a função do arduino ou de qualquer microcontrolador aqui é pegar a tensão no resistor de 1 k ohm como entrada analógica e converter esse valor em valor de tensão CA da rede usando uma fórmula (explicada na seção de trabalho). O Arduino imprime ainda mais esse valor de rede no monitor serial ou na tela do laptop.
CIRCUITO DIVISOR DE TENSÃO:
Como já mencionado na seção de componentes, os resistores (que compõem um circuito divisor de tensão) devem ser de alta potência, pois vamos conectá-los diretamente à fonte de alimentação CA.
E, portanto, este circuito divisor de tensão substitui o transformador. Como o arduino pode receber no máximo 5v como entrada analógica, o circuito divisor de tensão é usado para dividir a alta tensão da rede em baixa tensão (menos de 5v).
O que dá tensão máxima ou de pico = 300 * 1,414 = 494,2 volts
Portanto, a tensão de pico no resistor de 1 k ohm é = (494,2 volts/101 k) * 1 k = 4,9 volts (máximo)
Obs:* mas mesmo para 350 rms esse 4,9 volts não é rms o que significa que na realidade a voltagem no pino analógico do arduino será menor que 4,9 v.
Portanto, a partir desses cálculos, observa-se que este circuito pode medir com segurança a tensão CA em torno de 385 rms
POR QUE DIODO?
Como o arduino não pode receber tensão negativa como entrada, é muito importante remover a parte negativa da onda ac sin de entrada através do resistor de 1 k ohm. E para isso é retificado usando um diodo. Você também pode usar um retificador de ponte para obter melhores resultados.
POR QUE CAPACITOR?
Mesmo após a retificação existem ondulações presentes na onda e para remover tais ondulações, um capacitor está sendo utilizado. O capacitor suaviza a tensão antes de alimentá-lo ao arduino.
POR QUE DIODO ZENER
Tensão superior a 5 volts pode danificar o arduino. Portanto, para protegê-lo, é usado um diodo zener de 5 v. Se a tensão da rede elétrica aumentar além de 380 volts, ou seja, mais de 5 volts no pino analógico, ocorrerá a quebra do diodo zener. Assim, curto-circuitando o capacitor para o terra. Isso garante a segurança do arduino.
CÓDIGO:
Grave este código no seu arduino:
int x;// initialise variable x
float y;//initialise variable y
void setup()
{
pinMode(A0,INPUT); // set pin a0 as input pin
Serial.begin(9600);// begin serial communication between arduino and pc
}
void loop()
{
x=analogRead(A0);// read analog values from pin A0 across capacitor
y=(x*.380156);// converts analog value(x) into input ac supply value using this formula ( explained in woeking section)
Serial.print(" analaog input " ) ; // specify name to the corresponding value to be printed
Serial.print(x) ; // print input analog value on serial monitor
Serial.print(" ac voltage ") ; // specify name to the corresponding value to be printed
Serial.print(y) ; // prints the ac value on Serial monitor
Serial.println();
}
Entendendo o código:
1. VARIÁVEL x:
X é o valor analógico de entrada recebido (tensão) do pino A0 conforme especificado no código, ou seja,
x = pinMode(A0,INPUT) ; // define o pino a0 como pino de entrada
2. VARIÁVEL Y:
Para chegar a esta fórmula y=(x*.380156), primeiro temos que fazer algum tipo de cálculo:
Este circuito aqui sempre fornece tensão menor que o valor real no pino A0 do arduino devido ao capacitor e diodo. O que significa que a tensão no pino analógico é sempre menor que a tensão no resistor de 1 k ohm.
Portanto, temos que descobrir o valor da tensão CA de entrada no qual obtemos 5 volts ou 1023 valor analógico no pino A0. Pelo método de acerto e tentativa, esse valor é de cerca de 550 volts (pico), conforme mostrado na simulação.
Em rms 550 volts de pico = 550/1,414= 388,96 volts rms Portanto para este valor rms obtemos 5 volts no pino A0. Portanto, este circuito pode medir no máximo 389 volts.
Agora para 1023 valor analógico no pino A0 — 389 volts ac = y
O que dá, para qualquer valor analógico (x); y = (389/1023)*x volts CA
OU y = 0,38015*x volts CA
Você pode observar claramente na figura que o valor ac impresso no monitor serial também é de 389 volts
Imprimindo os valores necessários na tela::
Exigimos que dois valores sejam impressos no monitor serial conforme mostrado na imagem de simulação:
1. Valor da entrada analógica recebido pelo pino analógico A0 conforme especificado no código:
Serial.print(“analog input”); // especifica o nome para o valor correspondente a ser impresso
Serial.print(x) ; // imprime o valor analógico de entrada no monitor serial
2. Valor real da tensão CA da rede elétrica conforme especificado no código:
Serial.print(” tensão CA “); // especifica o nome para o valor correspondente a ser impresso
Serial.print(y) ; // imprime o valor ac no monitor Serial
FUNCIONAMENTO DESTE VOLTÍMETRO CA SEM TRANSFORMADOR USANDO ARDUINO
1. O circuito divisor de tensão converte ou reduz a tensão CA da rede no valor de baixa tensão correspondente.
2. Esta tensão após a retificação é tomada pelo pino analógico do arduino e usando a fórmula
y = 0,38015*x volts CA é convertido no valor real da tensão CA da rede elétrica.
3. Este valor convertido é então impresso no monitor serial do arduino IDE.
SIMULAÇÃO:
Para ver o quão próximo o valor impresso na tela do valor real de CA, a simulação é executada para diferentes valores de tensões CA:
A) 220 volts ou 311 amplitude
B) 235 volts ou 332,9 amplitude
C) 300 volts ou 424,2
Portanto, a partir dos resultados a seguir, observa-se que para alimentação de 220 ac, o arduino apresenta 217 volts. E à medida que este valor ac aumenta, os resultados da simulação tornam-se mais precisos e mais próximos do valor ac de entrada.
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FONTE
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