Arduino筆記(85)：電壓感測器(Voltage Sensor)

如果要使用 Arduino 測量外部電壓，則必須使用 Arduino 開發板的模擬輸入引腳，因 Arduino 的輸入電壓限制為5V，這時 Arduino 的模擬輸入引腳僅能測試最高 5V 的電壓。但是，如果想測量大於 5V 的電壓該怎麼辦？這時就需要用到電壓傳感器模組，使用這個電模組，就可以測量高達 25V 的電壓。

此模組基於電阻分壓原理所設計，能使端子介面輸入的電壓縮小5倍，Arduino 類比輸入電壓最大為 5V，那麼電壓檢測模組的輸入電壓則不能大於 5V×5=25V（如果用到3.3V系統，輸入電壓不能大於3.3Vx5=16.5V）。因為Arduino所用 AVR 晶片為10位元AD，所以此模組的類比解析度為0.00489V（5V/1023），故電壓檢測模組檢測輸入最小電壓為 0.00489V×5=0.02445V。 電壓傳感器規格：

• 電壓輸入範圍：DC 0 ~ 25V
• 電壓檢測範圍：DC0.02445V ~ 25V
• 電壓類比解析度：0.00489V
• DC輸入介面：端子正極接VCC，負極接GND

電流傳感器的電路圖如下：

來源：khanacademy.org

輸入的電流從Vin輸入，這時電流 i1和 i2相同，為了找出電壓值，使用歐姆定律(V = i * R)來計算電壓值。

Vin = i * (R1 + R2)  亦即    
i = Vin / (R1 + R2)

要計算輸出電壓，使用歐姆定律計算，Vout = i * R2 ，將上式的電流 i 代入公式，得到

Vout = (Vin / (R1 + R2)) * R2

要知道輸入電壓 Vin，根據上式得到：

Vin = Vout / (R2/(R1+R2)) 

這也是以下程式中計算輸入電壓 vIN = vOUT / (R2/(R1+R2)) 的計算公式。

[材料]

• Arduino Uno
• 電壓感測模組
• LCD1602液晶顯示器
• I2C/介面 LCD1602轉接板 PCF8574
• 麵包板 x1
• 9V 電池 x1
• 排線 N 條

[接線與電路圖]

Arduino接腳	電源感測器	LCD1602
+5V	VCC	VCC
GND	GND	GND
A0	S	-
SDA	-	SDA
SCL	-	SCL

[程式]

#include <LiquidCrystal_I2C.h>   // 引用 LiquidCrystal_I2C Library
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);  // 設定 LCD 位址為 0x27，有 16 個字元 2 列

const int voltageSensor = A0;
float vOUT = 0.0;
float vIN = 0.0;
float R1 = 30000.0;
float R2 = 7500.0;
int value = 0;

void setup()
{
  Serial.begin(112500);

  lcd.init();           // 初始化 lcd 
  lcd.backlight();      // 設定背板為亮    
  lcd.clear();   
  lcd.setCursor(0,0);    
  lcd.print("Measure Voltage");
}

void loop()
{
  value = analogRead(voltageSensor);
  vOUT = (value * 5.0) / 1024.0;
  vIN = vOUT / (R2/(R1+R2));
  Serial.print("Input = ");
  Serial.print(vIN);
  Serial.println(" V");  
  lcd.setCursor(0,1);    
  lcd.print("Input = ");
  lcd.print(vIN);
  lcd.print(" V");  
  delay(500);
}

[實作結果]

使用電壓感測器測得9V壓為9.50V，使用電表量測同一個電池，得到的結果為9.57V，與電壓感測器測得的數據相差0.07。

[參考資料]

• Interfacing Voltage Sensor with Arduino 
• Voltage divider