مبدل آنالوگ به دیجیتال در آردوینو
همانطور که می دانید میکروکنترارها یا بردهای آردوینو قطعات دیجیتال هستند . به این مفهوم که در سطوح ولتاژ خاصی کار می کنند . برای این قطعات اطلاعات ۰ یا ۱ قابل فهم هستند .در واقع مقادیر ولتاژ بین سطوح منتطقی ۰ و ۵ ولت در حالت عادی قابل پردازش نیست.اما میکروکنترلرها از مبدل های آنالوگ به دیجیتال استفاده می کنند . این امکان در بردهای آردوینو مقادیر آنالوگ را به اطلاعات دیجیتال و قابل فهم برای پردازش تبدیل می کنند.فرض کنید قصد راه اندازی یک سنسور را دارید که مقدار خروجی این سنسور مقدار آنالوگ بین ۰ تا ۲ ولت است. برای نمایش این مقدار باید از مبدل آنالوگ به دیجیتال یا واحد ADC در آردوینو استفاده نمایید.
فرض کنید قصد ساخت دستگاهی را دارید که قرار است با یک باتری کار کند . اما انرژی باتری محدود است و پس از مدتی تمام می شود . برای نمایش و کنترل ولتاژ باتری می تونید از مبدل آنالوگ به دیجیتال در برد آردوینو استفاده نمایید و مقدار ولتاژ باتری را در هر لحظه کنترل و مورد پردازش قرار دهید. به عنوان مثال با مشخص کردن آستانه ولتاژ برای باتری ، آردوینو را موظف به ارسال اخطار برای کاربر نمایید. به عنوان یک پروژه عملی و کاربردی در این آموزش قصد داریم ولتاژ یک باتری را با استفاده از مبدل آنالوگ به دیجیتال در آردوینو اندازه گیری و نمایش دهیم.
قطعات مورد نیاز:
۱- برد آردوینو uno
۲- مقاومت ۱۰ کیلو اهم
۳-مقاومت ۴.۷ کیلو اهم
۴-مقداری سیم
-
سیم جامپر -
باتری 9v -
-
-
نقشه مدار:
همانطور که می دانید بردهای آردوینو با ولتاژ ۵ و یا ۳.۳ ولت کار می کنند و نمی توان ولتاژی بیشتر از این مقادیر را به پایه های آن وصل نمود .در مواقعی که قصد خواندن ولتاژهایی بیشتر از ۵ یا ۳.۳ را دارید باید از مدار تقسیم ولتاژ استفاده نمایید. برای این کار از دو مقاومت به شکل زیر استفاده می شود.
درشکل فوق برد آردوینو با یک باتری ۹ ولتی تغذیه می شود. همچنین از یک مدار تقسیم ولتاژ برای پایین آوردن سطح ولتاژ ۹ ولت به منظور اندازه گیری به پایه A0 استفاده شده است.
نکته مهم : به هیچ عنوان ۹ ولت را مستقیم به هیچ کدام از پایه های آردوینو وصل نکنید چرا که قطعا باعث سوختن برد و میکروکنترلر آردوینو می شود . همچنین توجه داشته باشید که پس از بستن مدار ولتاژ در نقطه تقسیم ولتاژ را با استفاده از ولت متر اندازه گیری نمایید ودر صورتی که ولتاژ کمتر از ولتاژ کاری آردوینو بود در نهایت سیم زرد رنگ را به پایه A0 متصل نمایید.
مدار تقسیم ولتاژ در واقع از دو مقاومت ۱۰ و ۴.۷ کیلو اهم تشکیل شده که با استفاده از رابطه تقسیم ولتاژ مقدار ولتاژ باطری را نصف می کند.
V = 4.7k / (10k+4.7k) x 9v = 2.87v
کدهای برنامه:
تابع analogRead(0) مقدار ولتاژ وردوی را از مبدل آنالوگ به دیجیتال در آردوینو خوانده و در یک متغیر ذخیره می کند . رزولوشن ولتاژ برای مبدل آنالوگ به دیجیتال در برد آردوینو uno ده بیت است که می تواند عددی معادل ۱۰۲۳ را حداکثر نشان دهد. به عبارت دیگر بازه اندازه گیری ولتاژ برای این بردها ۰ تا ۵ ولت است که مقدار تبدیل شده بین ۰ تا ۱۰۲۳ است . پس با توجه به مدار فوق ولتاژ ۹ ولت با استفاده از یک مقسم ولتاژ به 2.87 ولت می رسد که این عدد در آردوینو با استفاده از یک نسبت تناسب تقریبا برابر است با :
2.87x 1024 / 5 =589
برای تبدیل مقدار خوانده شده در آردوینو به ولتاژ معادل از فرمول زیر استفاده می کنیم.
V_bat=adc x9 / 589
برنامه فوق را بر روی آردوینو بارگزاری نمایید و از منوی tool برنامه serial monitor را باز کنید تا مقدار ولتاژ باتری را مشاهده نمایید.
