Pierwszy z modułów umożliwia pomiar napięć stałych w kilku kanałach z wykorzystaniem Iteaduino oraz tanich i łatwo dostępnych elementów.
Moduł woltomierza posiada 8-kanałów o dopuszczalnym napięciu wejściowym z zakresu 0..24 V i rezystancji wejściowej wynoszącej 10 MOhm. Pomiary dokonywane są z rozdzielczością 10-bitów.
Głównym elementem modułu jest 8-kanałowy, 10-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy MCP3008 produkowany przez firmę Microchip. Zasilany może być napięciem z zakresu 2,7 - 5 V. Szybkość próbkowania jest zależna od napięcia zasilającego przetwornik i
waha się od 75 kpróbek/s przy Vcc = 2,7 V do 200 kpróbek/s przy Vcc = 5V. Schemat blokowy układu zaczerpnięty z noty wygląda następująco:
Wartość napięcia odniesienia Vref przetwornika wynosi 2,5 V. Jest to też maksymalna wartość napięcia mierzonego na wejściach CH0..CH7 przetwornika A/C, której odpowiada odczytana wartość 1023. Napięcie Vref doprowadzono z układu MCP1524. Aby mierzyć napięcia o wiekszej wartości konieczne jest poszerzenie zakresu pomiarowego przez zastosowanie dzielnika rezystancyjnego.
Napięcie wejściowe doprowadzone jest do złącza śrubowego Z1 i podawane na dzielnik napięciowy o stopniu podziału równym 1/10.
Rezystancja widziana od strony źródła sygnału jest równa 10MOhm. W każdym kanale pomiarowym znajdują się dwie diody zabezpieczające przed podaniem napięcia o odwrotnej polaryzacji (D2) lub o wartości większej niż napięcie zasilające moduł (D1).
Wzmacniacz operacyjny pracuje jako wtórnik emiterowy zapewniając dużą rezystancję wejściową i małą wyjściową separując źródło od odbiornika. Napięcie wyjściowe wtórnika jest równe napięciu wejściowemu (wzmocnienie napięciowe Ku równe 1).
Moduł zasilany jest napięciem 3,3 V. Komunikacja z modułem możliwa jest przez cztero przewodową magistralę SPI.
Jeśli wymagana jest większa rozdzielczość można zastosować 12-bitowy przetwornik MCP3208, którego obudowa i wyprowadzenia są identyczne.
Przykładowy program do obsługi przetwornika MCP3008 można znaleźć na stronie https://github.com/nodesign/MCP3008.
Szkic Arduino wymaga niewielkich modyfikacji, aby można było go uruchomić na Iteaduino.
#include "itead.h"
// Brak dzielnika napięć oraz Vref = 3,3 V, zatem maksymalne napięcie wejściowe to 3,3 V
#define cspin 107
#define clockpin 114
#define mosipin 115
#define misopin 116
void setup()
{
pinMode(cspin, OUTPUT);
pinMode(clockpin, OUTPUT);
pinMode(mosipin, OUTPUT);
pinMode(misopin, INPUT);
}
int readADC(int adcnum)
{
if ((adcnum > 7) || (adcnum < 0)) return -1;
digitalWrite(cspin, HIGH);
digitalWrite(clockpin, LOW);
digitalWrite(cspin, LOW);
int commandout = adcnum;
commandout |= 0x18;
commandout <<= 3;
for (int i=0; i<5; i++)
{
if (commandout & 0x80)
digitalWrite(mosipin, HIGH);
else
digitalWrite(mosipin, LOW);
commandout <<= 1;
digitalWrite(clockpin, HIGH);
digitalWrite(clockpin, LOW);
}
int adcout = 0;
for (int i=0; i<12; i++)
{
digitalWrite(clockpin, HIGH);
digitalWrite(clockpin, LOW);
adcout <<= 1;
if (digitalRead(misopin))
adcout |= 0x1;
}
digitalWrite(cspin, HIGH);
adcout >>= 1;
return adcout;
}
void loop()
{
int data1 = readADC(0);
int data3 = readADC(2);
int data6 = readADC(5);
float V1 = data1 * (3.3 / 1024);
float V3 = data3 * (3.3 / 1024);
float V6 = data6 * (3.3 / 1024);
printf("V1=%f | V3=%f | V6=%f \r\n", V1, V3, V6);
}
Efekt:
Do obsługi wirtualnego woltomierza napisałem oprogramowanie pozwalające na wizualizację wartości mierzonego napięcia w wybranym kanale. Zakres pokazywany na mierniku ustalany jest automatycznie.
W aplikacji Miernika cyfrowego wyświetlany jest wynik pomiarów we wszystkich ośmiu kanałach pomiarowych.
W drugim module zastosowano 12-bitowy podwójny przetwornik cyfrowo-analogowy z wewnętrznym źródłem napięcia odniesienia MCP4822 umieszczony w obudowie PDIP8.
Schemat modułu jest następujący:
Schemat blokowy układu przedstawia rysunek:
Szkic Arduino powstał na bazie materiałów, który można znaleźć na stronie http://hacking.majenko.co.uk/MCPDAC.
#include <itead_spi.h>
#define CHANNEL_A false
#define CHANNEL_B true
#define GAIN_LOW false
#define GAIN_HIGH true
#define cspin 102
#define ldacpin 108
boolean ldac;
boolean gainA;
boolean gainB;
boolean shutdownA;
boolean shutdownB;
void setGain(bool chan, bool gain)
{
if(chan == CHANNEL_A)
{
gainA = gain;
}
else
{
gainB = gain;
}
}
void shutdown(bool chan, bool sd)
{
if(chan == CHANNEL_A)
{
shutdownA = sd;
}
else
{
shutdownB = sd;
}
}
void setVoltage(bool channel, unsigned int mv)
{
unsigned int command;
if(channel == CHANNEL_A)
{
command = 0x0000;
command |= shutdownA ? 0x0000 : 0x1000;
command |= gainA ? 0x0000 : 0x2000;
command |= (mv & 0x0FFF);
SPI.setDataMode(SPI_MODE0);
digitalWrite(cspin,LOW);
SPI.transfer(command>>8);
SPI.transfer(command&0xFF);
digitalWrite(cspin,HIGH);
}
else
{
command = 0x8000;
command |= shutdownB ? 0x0000 : 0x1000;
command |= gainB ? 0x0000 : 0x2000;
command |= (mv & 0x0FFF);
SPI.setDataMode(SPI_MODE0);
digitalWrite(cspin,LOW);
SPI.transfer(command>>8);
SPI.transfer(command&0xFF);
digitalWrite(cspin,HIGH);
}
}
void update()
{
if(ldac==false)
return;
digitalWrite(ldacpin,LOW);
digitalWrite(ldacpin,HIGH);
}
void setup()
{
ldac = true;
shutdownA = false;
shutdownB = false;
gainA = false;
gainB = false;
pinMode(ldacpin,OUTPUT);
digitalWrite(ldacpin,HIGH);
pinMode(cspin,OUTPUT);
digitalWrite(cspin,HIGH);
SPI.begin();
setGain(CHANNEL_A,GAIN_HIGH);
shutdown(CHANNEL_A,false);
shutdown(CHANNEL_B,false);
}
void loop()
{
setVoltage(CHANNEL_A, 630);
setVoltage(CHANNEL_B, 430);
delay(1000);
}
Źródło napięć odniesienia
Aplikacja sterowania źródłem napięć odniesienia bazująca na dwóch układach MCP4822 (4 wyjścia) pokazana jest na rysunku: