PRA
Arduino jako jednoduchý měřící přístroj
Cíle lekce
- Umět použít Arduino pro měření napětí
- Umět naměřená data vizualizovat na PC
- Praktickým měřením si připomenout chování kondenzátoru ve stejnosměrném obvodu
Úvod
Arduino má mnoho vstupů, na kterých dokáže měřit jak digitálně stav logické 1 nebo 0, tak i několik analogových pinů, schopných měřit napětí od nuly do 5V. Lze ho tedy použít jako jednoduchý měřící přístroj. Může kontinuálně měřit data a posílat je do počítače, který už je dále zpracuje (uloží, zobrazí, vykreslí graf,…)
V této lekci si ukážeme, jak z arduina udělat jednoduchý osciloskop, vykreslíme průběh napětí na kondenzátoru při nabíjení a vybíjení.
Serial Plotter 
Pro zobrazování měřených dat máme možnost využít nástroj Serial Plotter, který je standartní součástí Arduino IDE (ikonka hned vedle Serial Monitoru). Na základní zobrazení signálu se dá použít, neumí ale třeba nastavit rozsah osy Y nebo zoomovat v zobrazeném grafu atd.
Úkoly:
- Připojte k Arduinu potenciometr, měřte na něm napětí funkcí analogRead() a posílejte naměřená data po sériové lince (použijte rychlejší baudrate 115200 bps). Pak je zobrazte pomocí Serial Plotteru v Arduino IDE
- Přidejte druhý kanál - například obrácenou hodnotu potenciometru (vynásobenou -1). Přidáte ho tak, že vždy na jeden řádek v serial monitoru budete posílat dvě čísla oddělená mezerou. Viz příklad níže:
Better Serial Plotter
Pro více funkcí můžeme zkusit program Better Serial Plotter ke stažení zde. Výstrahu Window firewallu můžete ignorovat.
V programu stačí vybrat sériový port, na kterém je připojeno Arduino. Formát dat je stejný jako pro Serial Plotter - stačí tedy posílat pokaždé jeden řádek dat, pokud je čísel více, mohou být odděleny mezerou.
Protože v jednu chvíli může být k sériovému portu připojen jen jeden program, ve chvíli, kdy zobrazujete data v Serial Plotteru, nemůžete do Arduina nahrát nový program. Je nutné vždy předtím Serial Plotter buď zavřít, nebo v něm nastavit jiný port.
Úkol:
- Použijte program Better Serial Plotter pro zobrazení dat z potenciometru
Kondenzátor
Kondenzátor se ve stejnosměrném obvodu chová jako zásobník energie. Po připojení ke zdroji napětí se začne rychle nabíjet a protéká jím velký proud. Jakmile se jeho napětí vyrovná s napětím zdroje, proud klesne na minimální hodnotu. Pak kondenzátor uchovává elektrický náboj a může dodávat energii do obvodu (fungovat jako zdroj). Při vybíjení postupně ztrácí náboj a napětí na něm exponenciálně klesá.
Kondenzátor nepropouští stejnosměrný proud po úplném nabití, ale umožňuje přenos změn napětí (to je důležité v AC obvodech).
U elektrolytického kondenzátoru musíme dodržet správnou polaritu, jinak dojde ke zničení kondenzátoru s možnou explozí
Úkoly:
1. Proveďte zapojení podle schématu, kondenzátor nejdříve vynechte
- Ověřte, že po stisku tlačítka svítí LEDka
- Připojte k LEDce a rezistoru paralelně kondenzátor
- Zkuste opět tlačítkem připojovat a odpojovat 5V. Popište, co se děje
2. Nyní upravte zapojení tak, abychom obvod nenapájeli přes tlačítko z +5V, ale z pinu D13.
- Naprogramujte Arduino, aby se na pinu 13 střídala log. 1 a log. 0 každou sekundu
- Pomocí analogových pinů měřte napětí na pinu D13 a napětí na kondenzátoru
- Naměřené hodnoty posílejte na sériový port a zobrazujte pomocí programu Better Serial Plotter.
Protože pokud bychom pro blikání používali funkci delay(), procesor by měřil data jen jednou za sekundu, použijeme pro blikání funkci millis():
unsigned long previousMillis = 0; // poslední čas, kdy se LEDou bliknulo
int ledPin = 13;
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
unsigned long currentMillis = millis(); // uloží současný čas
if (currentMillis - previousMillis >= 1000) { //pokud od minulého blinkutí uplynulo více než 1s
digitalWrite(ledPin, !digitalRead(ledPin)); // zneguje stav LEDky
previousMillis = currentMillis; // uloží nový čas posledního bliknutí
}
}
Další užitečné články a videa
Video o kondenzátorech (a o tom, proč některé vybuchují při nesprávné polaritě)