Bu proje ; bilinmeyen AC ve DC gerilimlerini ölçebilir Arduino kartı merkezli bir projedir. Biz breadboard devresinde bilinmeyen gerilimi bağladığımızda , 16 x 2 LCD ekran gerilim değerini gösterir. Projede; bu Voltmetreyi geliştirmek için Gerilim Bölücü devre kavramı kullanan, ADC özellikli bir Arduino pro mini kart kullanılır.

1
-Projenin Mimarisi :

Tüm proje üç temel bloğa ayrılabilir;

1) AC / DC Gerilim Algılayıcı (Sensör) Ünitesi

2) İşlemci Ünitesi

3) Ekran Ünitesi

 

2
            Sensör Ünitesinin iki girişi, DC gerilim ve AC gerilim alır. Sensör Ünitesi DC ve AC giriş gerilimlerini azaltarak, 0 V – 5 V aralığında ve çıkışla aynı bir DC gerilim olmasını sağlar.
İşlemci ünitesi 0 V – 5 V aralığında gerilim değeri alır. Bu ünite; Sensör Ünitesi çıkışını giriş gerilimi olarak alır ve bu gerilimi okumak için ADC kullanır. Gerilimi hesaplamak için bir algoritma uygulanır. Daha sonra ünite Görüntü Birimine (ekrana); AC ve DC gerilim değerlerini içeren 4bit bir veri gönderir.
Görüntü Birimi (Ekran Ünitesi) 4bit veriyi İşlemci Biriminden alır ve AC ve DC gerilimler için 16×2 ekran üretir.
1) AC / DC Gerilim Algılayıcı Ünitesi
Temel gerilim bölücü bir devre; DC ve AC giriş gerilimlerini 0 V – 5 V DC gerilim aralığına düşürmek için AC / DC Algılama Birimi kullanır. İşlemci Ünitesi bu düşüş gerilimini okuyabilir ve gerçek AC / DC gerilimi olarak hesaplayabilir.
R1 Değerinin Tasarımı :

500V ‘a kadar ölçülebilen bir ilk maksimum gerilim seçelim. ‘V’ ‘ye 500 V değeri verip uyguladığımızda; ‘V2’ 5V ‘den fazla olamaz ve dolayısıyla ‘V1’ 500 – 5 = 495 V olacaktır. 495 gibi çok yüksek gerilimlerde, dikkat edilmesi gereken ilk şey direncin güç derecesidir. Güç derecesi 0,25 W olan dirençler kullanıyoruz; ve ‘R1’ direnci bundan daha az güç harcar, aksi takdirde dirençler ısınabilir ve yanabilir.
Güç denklemi P = V12 / R1.
Burada :

P – Direncin Güç Oranı

V – Direnç üzerindeki Gerilim

R – Direncin Değeri

 

R1 direnci için güç oranı 0.25 W ve üzerinden geçen gerilim 495 V ,

0.25 = 495 * 495 / R1

Ya da, R1 = 980100 ohm, 1 M ohm standart direnç alır.
R2 değeri Tasarımı :

Şimdi R2 değeri, bir önceki eşitlik kullanılarak hesaplanabilir,

V = V2 * (1 + R1 / R2) aşağıdaki gibidir;

R2 = R1 / ((V / V2) – 1)

R2 = 1000000 / ((500 / 5) – 1)

R2 = 10101 ohm, 10K ohm standart direnç değeri alır.

 

DC Giriş Gerilimi :
4
          ‘V2’ gerçek uygulanan gerilim olan ‘V’ nin bir bölümüdür. Uygulanan ‘V’ gerilimi; uygulanan gerçek gerilimin ‘V2’ bölümünden aşağıdaki denklem yardımıyla hesaplanabilir.

DC gerilim, Vdc = V2 * (1 + (R1 / R2))
AC Giriş Gerilimi :
Biz bir AC gerilim uygularken; olumsuz döngülerin devreye girmesini engellemek için, doğrultucu diyodu seri olarak Gerilim Bölücü devre ile birlikte kullanırız. Transformatörleri azaltmaya gerek yoktur çünkü biz zaten R2 üzerindeki ‘V2’ gerilimini sadece 0 V – 5 V aralığında alıyoruz .

5
Aralık seçicisi gereksinimi :

Biz ölçüm yaparken Voltmetredeki çoklu aralıklar nedeniyle okurken hata meydana gelir, bu durum Direnç Toleransından kaynaklanır .

a) R1 / R2 oranındaki azalma, hatayı azaltır.

b) R1 / R2 oranının azalmasının belli bir sınırı vardır:

V ‘nin değerlerini en az hata ile ölçmek için R1’in R2 ile farklı ortak bir kümesine ihtiyaç duyarız. V geriliminin sahip olduğu değer , R1 / R2 ‘nin en düşük oranını veren bir R1 ile ölçülmesine bağlıdır, mutlaka ölçülmesi gerekir ; gerçek V2 değerinin 5 V aralığın üzerine çıkmamasına dikkat edilmelidir.

(R1 / R2) > (V / 5) – 1

Örneğin; V = 500 V ölçmek için, R1 / R2> 99 ‘dur , dolayısıyla R1 / R2 = 100 değerini elde edebilmek için R1 = 1 M ve R2 = 10K kullanabiliriz.

6

Devre Diyagramı :

15

 

 

 

Kaynak Kodu :

 

Çalışma Videosu: