บทนำ:

ในโปรเจกต์นี้ ผมจะสร้าง Digital Voltmeter โดยใช้ Arduino nano และ HD44780 Compatible 16*2 LCD เราจะป้อนแรงดันไฟ analog ที่ต้องการวัดเข้าสู่ขา analog input ขาหนึ่งของ Arduino เราสามารถวัดแรงดัน DC ได้สูงสุด 5V ด้วย Digital Voltmeter นี้ ผมจะพยายามเพิ่มช่วงการวัดให้มากขึ้นในโปรเจกต์ต่อๆ ไป

รายการ Hardware:

• 1. Arduino Nano

• 2. HD44780 LCD Display ( 16*2)

• 3. 10K potentiometer

• 4. Bread Board

• 5. 10K trimmer potentiometer

• 6. Jumper wire

• 7. 100 ohm resistor

• 8. Mini B USB Cable

ทำตามขั้นตอนที่ให้ไว้เพื่อตั้งค่าทุกอย่างให้ถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 1 – เสียบ Arduino nano และ HD44780 LCD display ลงบน Bread Board อย่างระมัดระวัง หลังจากเสียบอุปกรณ์ทั้งสองนี้แล้ว ให้เสียบ 10K trimmer, 10K potentiometer และ 100 ohm resistor เพิ่มเติมตามที่แสดงในรูปภาพด้านล่าง

ขั้นตอนที่ 2 – เชื่อมต่อขาต่างๆ ของ hardware เข้าด้วยกันตาม Schematic diagram ที่ให้ไว้ เมื่อการเดินสาย hardware เสร็จสิ้น โปรดตรวจสอบการเชื่อมต่อทั้งหมดซ้ำสองครั้ง เพื่อไม่ให้เกิดข้อผิดพลาดในการเดินสายใดๆ หลังจากเดินสายแล้ว การตั้งค่าของคุณจะมีลักษณะดังนี้

ขั้นตอนที่ 3 – ปรับความคมชัดของตัวอักษรที่แสดงบนหน้าจอ LCD ให้ได้ระดับที่คุณต้องการ โดยหมุนปุ่มของ 10K Trimmer ตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกาด้วยไขควง

ขั้นตอนที่ 4 – เขียน Sketch เพื่ออ่านแรงดันไฟ analog จากขา analog ขาหนึ่งของ Arduino และแสดงค่าแรงดันนี้บน LCD Display

ในการคำนวณแรงดันไฟ analog input ของขา analog input ใดๆ เราใช้สูตรพื้นฐานของ DAC หรือ ADC Convertor ซึ่งก็คือ

Vout = (digital input * Vref)/Resolution of the ADC

ไมโครคอนโทรลเลอร์ Atemega328P ของ Arduino nano มี ADC ชนิด Successive approximation แบบ 10 Bit ที่แปลงค่า analog เป็นค่า binary ขนาด 10 bit

ขั้นตอนที่ 5 – หลังจากคำนวณค่าแรงดันบนขา analog ของ Arduino แล้ว เราจะแสดงค่าแรงดันนี้บน 16*2 LCD

ขั้นตอนที่ 6 – หลังจากเขียน Sketch แล้ว ให้ Verify Sketch และเมื่อการ Verify เสร็จสิ้น คุณควร Upload Sketch นี้ไปยัง hardware ของคุณโดยใช้ Latest Arduino Software

Sketch (โค้ด C/C++)

#include

LiquidCrystal lcd(5,6,7,8,9,10);

float voltage;

float val;

const int Vref = 5.0;

const int resolution = 1024.0;

void setup() {

// put your setup code here, to run once:

lcd.begin(16,2);

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Voltage:");

}

void loop() {

// put your main code here, to run repeatedly:

val = analogRead(A3);

voltage = (val*Vref)/resolution;

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(voltage);

delay(90);

}

รูปภาพผลงานของผม -

Schematicdiagram -

รายละเอียดทางเทคนิคเพิ่มเติม

ทฤษฎีการแบ่งแรงดัน (Voltage Division Theory)

แม้ว่า ADC ของ Arduino สามารถวัดแรงดันได้สูงสุดเพียง 5V แต่โปรเจกต์นี้ใช้ Resistor Voltage Divider เพื่อวัดแรงดันที่สูงกว่ามาก (เช่น 0-25V)

• การออกแบบวงจร: ใช้ 10kΩ และ 2.2kΩ Resistor ต่ออนุกรมกัน ซึ่งจะปรับลดสัญญาณ 24V ลงมาเหลือประมาณ 4.3V ซึ่งปลอดภัยสำหรับขา analog ของ Arduino
• หลักการทางคณิตศาสตร์: Firmware จะคูณค่าที่อ่านได้จาก ADC ดิบ (0-1023) ด้วย "Correction Factor" ที่ได้มาจากค่า Resistor และแรงดันอ้างอิง (5.0V)

ความปลอดภัยและการแสดงผล (Safety & Display)

• การป้องกัน: มี Zener Diode (5.1V) คล่อมที่ input เพื่อป้องกันแรงดันเกินโดยไม่ตั้งใจ ซึ่งอาจสร้างความเสียหายให้กับไมโครคอนโทรลเลอร์
• UI: แรงดันแบบเรียลไทม์จะแสดงบน 16x2 LCD ที่มีความแม่นยำ 2 ตำแหน่งทศนิยม สร้างเครื่องมือวินิจฉัยแบบพกพาที่สะดวกสบายสำหรับการทดสอบแบตเตอรี่และ Power supply