Вольтметр на Lego Mindstorms EV3

Электрическое напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле, которое создает электрический ток.

За единицу измерения электрического напряжения принят 1В. Прибор, применяемый для измерения электрического напряжения, называется вольтметр.

По принципу действия вольтметры разделяются на:

  • электромеханические: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические;
  • электронные: аналоговые и цифровые

По назначению вольтметры разделяются на:

  • постоянного тока;
  • переменного тока;
  • импульсные;
  • фазочувствительные;
  • селективные;
  • универсальные

На уроках физики обычно применяют электромагнитные вольтметры для измерения постоянного тока (электромагнитные вольтметры постоянного тока). Пример учебного вольтметра приведен на рисунке 1.

Рисунок

На практике в быту обычно применяют вольтметр в составе комбинированных цифровых измерительных приборов (мультиметров). Пример такого измерительного прибора приведен на рисунке 2.

Рисунок 2

Вольтметр подключают параллельно тому участку электрической цепи, где планируется измерить падение напряжения (рисунок 3). На схемах вольтметр обозначается буквой V в окружности.

Рисунок 3

Важно знать:

Любой измерительный прибор, даже самый универсальный, имеет предел измерения. Пределом измерения называется наибольшее значение измеряемой данным прибором величины. При выполнении измерений надо учитывать данное требование для обеспечения работоспособности приборов и электрических цепей. Для расширения предела измерения вольтметра необходимо использовать делитель напряжения.

Практика

Для создания собственного цифрового измерительного прибора вольтметра будет использоваться микрокомпьютер Lego Mindstorms EV3 (рисунок 4). Данный микрокомпьютер имеет четыре порта для подключения датчиков – они обозначены цифрами 1-4. Данные порты универсальны. За счет комбинации 6 линий портов можно активировать работу аналогового входа, шины I2C или UART. Для сборки вольтметра будет использоваться режим работы порта для считывания аналогового сигнала.

Рисунок 4

Аналоговый сигнал поступает на вход микрокомпьютера, где посредством специального элемента, называемого аналогово цифровым преобразователем, преобразуется в цифровой эквивалент (число), с которым в последствии может работать программа. Для активации режима аналогового порта необходимо замкнуть между собой провода 3 (красный) и 4 (черный) кабеля EV3/NXT. Эти же провода будут выполнять функцию щупа «-» (GND) при подключении к цепи, в которой будут проводиться измерения. В качестве щупа сигнального щупа «+» будет выступать 1 (белый) провод.

Внимание: предел измерения напряжения для EV3 является 5В. Учитывайте данное требование при проведении измерений!!!

Для организации щупов будут использоваться зажимы типа «крокодил» красного «+» и черного «-» цветов. Кабель будет подключаться в порт 1 микрокомпьютера EV3.

Программирование

В среде программирования создается программа как показано на рисунке  5.

Рисунок 5

Назначение блоков:

Блок цикл – программа исполняется постоянно, повторяя обработку блоков до принудительного прерывания.
Блок необработанное значение  датчика -непосредственное измерение аналогового сигнала с порта (в данном случае с 1)
Блок дисплей — отображение текстовой информации, получаемой непосредственно с датчика

При запуске программы на микрокомпьютере EV3 на экране отображается число 4080, что соответствует максимальному значению 5В. При соединении между собой щупов «+» и «-» на экране будет отображаться 0. При подключении к источнику питания элементу с напряжением 4,5В на экране будет отображаться 3623.

Для отображения информации в удобном для пользователя виде необходимо усовершенствовать программу. Так как максимальное значение является 4080, что соответствует 5В, необходимо определить коэффициент деления. Для этого 4080/5 = 816. В программу добавляется блок деление из раздела «операции с данными», где делимое а – данные поступающие с порта 1, делитель b – коэффициент деления (постоянный равный 816). Результат поступает на блок округление. Данный блок работает в режиме отсечения 2 символов из дробной части. Так как при делении получается число с четырьмя символами после запятой. Итоговая программа приведена на рисунке 6.

Рисунок 6

Рабочий измерительный прибор приведен на рисунке 7.

Рисунок 7

Добавить комментарий