Как подключить вольтметр к компьютеру
Обновлено: 06.07.2024
Современная измерительная аппаратура давно срослась с цифровыми и процессорными средствами управления и обработки информации. Стрелочные указатели уже становятся нонсенсом даже в дешевых бытовых приборах. Аналитическое оборудование все чаще подключается к обычным ПК через специальные платы-адаптеры. Таким образом, используются интерфейсы и возможности программ приложений, которые можно модернизировать и наращивать без замены основных измерительных блоков, плюс вычислительная мощь настольного компьютера.
Кроме того, и расширение возможностей обычного компьютера возможно за счет разнообразных программно-аппаратных средств, — специальных плат расширения, содержащих измерительные АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). И компьютер очень легко превращается в аналитический прибор, к примеру, — спектроанализатор, осциллограф, частотомер… , как и во многое другое. Подобные средства для модернизации компьютеров выпускаются многими фирмами. Однако цена и узконаправленная специфика не делают это оборудование распространенным в наших условиях.
Но зачем далеко ходить? Оказывается, простой ПК в своей конструкции уже содержит средства, которые с некоторыми ограничениями способны превратить его в тот же осциллограф, спектроанализатор, частотомер или генератор импульсов. Согласитесь, уже немало. К тому же делаются все эти превращения только с помощью специальных программ, которые к тому же совершенно бесплатны и каждый желающий может их скачать в Интернете.
Вы, наверное, зададитесь логичным вопросом — как же в измерениях можно обойтись без АЦП и ЦАП? Никак нельзя. Но ведь и то и другое присутствует почти в каждом компьютере, правда, называется по другому — звуковая карта. А чем не АЦП/ЦАП, скажите, пожалуйста? Это уже давно поняли те, кто написал для нее массу программ, не имеющих никакого отношения к воспроизведению музыки. Ведь обычная звуковая плата ПК способна воспринимать и преобразовывать сигнал сложной формы в пределах звуковой частоты и амплитудой до 2В в цифровую форму со входа LINE-IN или же с микрофона. Возможно и обратное преобразование, — на выход LINE-OUT (Speakers). Таким образом, вы можете работать с любым сигналом до 20 кГц, а то и выше, в зависимости от звуковой платы. Максимальный предел уровня входного напряжения 0,5-2 В тоже не составляет проблемы, — примитивный делитель напряжения на резисторах собирается и калибруется за 15 минут. Вот на таких-то нехитрых принципах и строятся программное обеспечение: осциллографы, осциллоскопы, спектроанализаторы, частотомеры и, наконец, генераторы импульсов всевозможной формы. Такие программы эмулируют на экране компьютера работу привычных для нас приборов, естественно со своей спецификой и в пределах частотного диапазона вашей звуковой платы.
Как это работает? Для пользователя все выглядит очень просто. Запускаем программу, в большинстве случаев такое ПО не нужно даже инсталлировать. На экране монитора появляется изображение осциллографа: с характерным для этих приборов экраном с координатной сеткой, тут же и панель управления с кнопками, движками и регуляторами, тоже часто копирующими вид и форму таковых с настоящих — аппаратных осциллографов. Кроме того, в программных осциллографах могут присутствовать дополнительные возможности, как, например, возможность сохранения исследуемого спектра в памяти, плавное и автоматическое масштабирование изображения сигнала и т.д. Но, конечно же, есть и свои недостатки.
Как подключиться к звуковой карте? Здесь нет ничего сложного — к гнезду LINE-IN, с помощью соответствующего штекера. Типичная звуковая плата имеет на панельке всего три гнезда: LINE-IN, MIC, LINE-OUT (Speakers), соответственно линейный вход, микрофон, выход для колонок или наушников. Конструкция всех гнезд одинакова, соответственно и штекеры для всех идут одни и те же. Программа осциллограф будет работать и отображать спектр и в том случае если снимается звуковой сигнал с помощью микрофона, подключенного к своему входу. Более того, большинство программных осциллографов, спектроанализаторов и частотомеров нормально функционируют, если в это же время на выход звуковой платы LINE-OUT выводится какой-то другой сигнал с помощью другой программы, пусть даже музыка. Таким образом, на одном и том же компьютере можно задавать сигнал, скажем с помощью программы генератора, и тут же его контролировать осциллографом или анализатором спектра.
При подключении сигнала к звуковой плате следует соблюдать некоторые предосторожности, не допуская превышения амплитуды выше 2 В, что чревато последствиями, такими как выходом устройства из строя. Хотя для корректных измерений уровень сигнала должен быть гораздо ниже от максимально допустимого значения, что так же определяется типом звуковой карты. Например, при использовании популярной недорогой платы на чипе Yamaha 724 нормально воспринимается сигнал с амплитудой не выше 0,5 В, при превышении этого значения пики сигнала на осциллографе ПК выглядят обрезанными (рис.1). Поэтому для согласования подаваемого сигнала со входом звуковой карты потребуется собрать простой делитель напряжения (рис.2).
Моддинг компьютера с помощью красиво подсвеченного аналогового вольтметра
Как подключить аналоговый вольтметр к компьютеру и подсветить его.
В наше время высоких технологий часто можно встретить вольтметры/амперметры выполненные в виде LCD индикатора. Но все это смотрится не так эффективно как аналоговый ретро – вольтметр красующийся на передней панели Вашего корпуса! Эта статья открывает обзор и техническое исполнение модов в стиле ретро.
Вольтметр выполнен в традиционном стиле и может неплохо сочетаться с некоторыми корпусами. На радиобазарах часто можно встретить не только вольтметры, но и амперметры, которые также могут занять место на заглушке 5’25. Этот вольтметр способен измерять постоянное напряжение от 0 до 15 Вольт. Это то что нам нужно, ибо мы будем использовать вольтметр в качестве мониторинга 12 Вольт. Рассмотрим поближе. Нижняя часть вольтметра закрыта пластиковой крышечкой. Такой технический маневр идет нам только наруку- под этой крышечкой можно разместить подсветку…
Со стороны задней стенки можно увидеть катушку и добавочное сопротивление (если хотите- резистор)…
Теперь после вводного курса займемся непосредственно моддингом. Во – первых надо сделать подсветку. Наша подсветка будет состоять из двух ультраярких синих светодиодов. В данном случае мы будем использовать светодиоды диаметром 3мм, напряжением 3,7 Вольт и мощностью 20 мА. Сперва отгибаем ножки у светодиодов, как показано на фотографии…
Потом снимаем нашу крышечку, которая закрывает низ передней панели. Ближе к краю с двух сторон высверливаем отверстия. Сверлиться будет хорошо, т.к. вольтметр пластмассовый…
Следующий шаг- обрабатываем по кругу отверстия, чтобы небыло заусениц и остатков засверленной пластмассы. Чем обрабатывать- Ваше дело. Можно напильником, а можно и ножиком. Получаются вот такие маленькие аккуратные отверстия…
Затем последовательно спаиваем светодиоды. Т.е. длинную ножку (+) первого светодиода припаиваем к короткой ножке (-) другого светодиода. Осторожно! Светодиоды очень чувствительны к перегреву!
К оставшимся свободным ножкам припаиваем провода. К короткой ножке первого светодиода – черный провод(-)…
… к длинной ножке второго- красный (+).
Теперь все это размещаем на вольтметре…
Стрелкой указано сопротивление, которое мы будем подключать к светодиодам, т.к. если их подключить напрямую к 12 Вольтам, то светодиоды просто сгорят. С резистором можно поэкспериментировать, но я воткнул 330 Ом.
Все провода припаяны… Осталось только подсоединить 12 Вольт.
Пуск. Все работает! Синенькая подсветка светит, а вольтметр показывает ему положенные 12 Вольт!
В этой статье показано как связать Arduino и ПК и передавать на ПК данные с АЦП. Программа для Windows написана с использованием Visual C++ 2008 Express. Программа вольтметра очень проста и имеет обширное поле для улучшений. Основной её целью было показать работу с COM-портом и обмен данными между компьютером и Arduino.
Связь между Arduino и ПК:
- Снятие показаний с АЦП начинается, когда компьютер посылает Arduino команды 0xAC и 0x1y. у - номер канала АЦП (0-2);
- Снятие показаний прекращается после получения Arduino команд 0xAC и 0×00;
- Во время снятия показаний Arduino раз в 50 мс посылает компьютеру команды 0xAB 0xaa 0xbb, где aa и bb максимальные и минимальные результаты измерения.
Программа для Arduino
Подробнее о последовательной связи Вы можете прочесть на arduino.cc. Программа достаточно проста, большую её часть занимает работа с параллельным портом. После окончания снятия данных с АЦП мы получаем 10 битное значение напряжения (0×0000 - 0×0400) в виде 16-битных переменных (INT). Последовательный порт (RS-232) позволяет передавать данные в пакетах по 8 бит. Необходимо разделить 16-битные переменные на 2 части по 8 бит.
Serial.print(voltage>>8,BYTE);
Serial.print(voltage%256,BYTE);
Мы смещаем байты переменной на 8 бит вправо и потом делим на 256 и результат отправляем на компьютер.
Полный исходник ПО для Arduino вы можете скачать здесь
Visual C++
Я предполагаю, что у Вас уже есть базовые знания в области программирования на C + + для Windows, если нет, то используйте Google. Интернет полон уроков для начинающих.
Первое, что нужно сделать, это добавить последовательный порт из панели инструментов в нижнюю форму. Это позволит изменить некоторые важные параметры последовательного порта: имя порта, скорость передачи данных, битность. Это полезно для добавления элементов управления в окно приложения, для изменения этих настроек в любое время, без перекомпиляции программы. Я использовал только возможность выбора порта.
После поиска доступных последовательных портов первый порт выбирается по умолчанию. Как это сделано:
array< String ^>^ serialPorts = nullptr;
serialPorts = serialPort1->GetPortNames();
this->comboBox1->Items->AddRange(serialPorts);
this->comboBox1->SelectedIndex=0;
Последовательный порт на ПК может быть использован только одним приложением одновременно, так что порт должен быть открыт перед использованием и не закрываться. Простые команды для этого:
serialPort1->Open();
serialPort1->Close();
Для правильного чтения данных из последовательного порта необходимо использовать события (в нашем случае прерывание). Выберите тип события:
Раскрывающийся список при двойном нажатии "DataReceived".
Код события генерируется автоматически:
private: System::Void serialPort1_DataReceived(System::Object^ sender, System::IO::Ports::SerialDataReceivedEventArgs^ e) >
Если первый байт прибывший по последовательному порту 0xAB, если это означает, что остальные байты несут данные о напряжении.
private: System::Void serialPort1_DataReceived(System::Object^ sender, System::IO::Ports::SerialDataReceivedEventArgs^ e) unsigned char data0, data1;
if (serialPort1->ReadByte()==0xAB) data0=serialPort1->ReadByte();
data1=serialPort1->ReadByte();
Запись и чтение данных последовательного порта
Для меня небольшой проблемой было послать шестнадцатиричные RAW-данные через последовательный порт. Была использованна команда Write(); но с тремя аргументами: массив, номер стартового байта, кол-во байтов для записи.
private: System::Void button2_Click_1(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e)
В группе разработчиков DSP Robotics Flowstone искали дешевый цифровой вольтметр с возможностью передачи данных в Flowstone. В качестве недорогого варианта я присмотрел платку ATtiny85 microUSB от Digispark. Ее цена, в зависимости от продавца, колеблется в районе доллара.
Начну, традиционно, с хорошей - эта малышка содержит:
-Внутренний генератор: 8МГц (в некоторых моделях разогнан до 16.5МГц)
-Объем памяти программ: 8Кбайт
-Аппаратные интерфейсы: SPI, I2C
-Индикаторы: Питание, Состояние (Pin0)
А теперь плохая - ввиду малого количества пинов у МК ATTINY85 и отсутствии аппаратной поддержки USB создатели платы скомбинировали ряд пинов, что сильно урезает функционал устройства:
-Вывод P5 совмещен с Reset МК, при достижении логического 0 МК перезагружается. Можно использовать разве что для измерения напряжения батареи питания.
-Выводы P3,P4 используются в роли D+/D- USB-порта, одновременная работа порта и этих пинов недоступна.
-Бутлоадер для поддержки среды Arduino и USB-порта занимает немало памяти МК (6Кбайт доступно).
Итого, платка может считывать значения только одного аналогового порта и отправлять их по шине USB, чего для конкретной задачи достаточно.
Для начала работы необходимо подключить поддержку плат от Digispark в среде Arduino:
В открывшемся окне ищем Digistump AVR Boards и жмем кнопку "Установить" (на скрине уже установлен):
Выбираем плату Digispark (Default) и жмем кнопку "Загрузка". После компиляции скетча появится надпись "Подключите плату, таймаут 60 сек". Подключаем плату к microUSB и она проливается. После прошивки и загрузки контроллера появляется виртуальный COM-порт (в моем случае COM10).
С аппаратной частью все просто - подтягиваем пин P2 к "земле" резистором 10кОм, исследуемое напряжение 0-5В подаем на землю и пин P2. Плата передает значения напряжения в диапазоне 0-1023 о чем можно убедиться в "Мониторе порта".
Теперь поговорим о компьютерной части нашего вольтметра. Она была выполнена в среде DSP Robotics Flowstone 3.0 (тестировалась именно совместимость платы с этой средой) и выглядит достаточно просто - понадобилось всего пару строк кода на Ruby для сканирования доступных COM-портов и автовыбора первого из списка, остальное же собрано, как конструктор, из стандартных модулей:
На сегодняшний день существует две популярные китайские, универсальные модели вольтметров амперметров со встроенным шунтом, которые так любят покупать в Китае на АлиЭкспресс все без исключения начинающие и профессиональные радиолюбители.
Давайте детально рассмотрим две модели самых популярных вольтметров амперметров китайского производства.
Оба прибора имеют пять проводов для подключения к блоку питания. У первого слева три толстых провода (черный, синий, красный) и два тонких (черный, красный). Тонкие провода предназначены для питания прибора: красный плюс, черный минус. Толстые провода: Черный минус амперметра, синий выход амперметра, красный вход вольтметра.
Второй прибор также имеет пять проводов три тонких (черный, красный, желтый) и два толстых провода (черный, красный). Тонкие провода предназначены для питания прибора: красный плюс, черный минус, желтый вход вольтметра. Толстые провода: черный минус амперметра, красный выход амперметра.
У приборов на плате имеются подстроечные SMD резисторы с помощью которых, есть возможность подкорректировать показания вольтметра и амперметра.
На этом рисунке изображена схема подключения вольтметра амперметра первой модели к зарядному устройству из компьютерного блока питания.
Питание прибора осуществляется от отдельного источника питания в данном случае это пяти вольтовая зарядка от телефона, которую легко разместить в корпусе блока питания. Дело в том, что если подключить вольтметр амперметр к регулируемому выходу блока питания, то при понижении напряжения менее 4.5В прибор просто перестанет работать. Скорость вентилятора то же будет снижаться, но при низком напряжении радиаторы блока питания будут немного теплыми и ничего страшного не произойдет.
При выходном напряжении более 12В стабилизатор напряжения L7812CV включается в работу и тем самым поддерживает постоянное напряжение на вентиляторе не более 12В.
На этом рисунке изображена схема подключения вольтметра амперметра второй модели к зарядному устройству из компьютерного блока питания.
С зарядным устройством из компьютерного блока питания все понятно. Давайте рассмотрим схему подключения китайского вольтметра амперметра первой модели к регулируемому блоку питания. В верхней части схемы изображен регулируемый блок питания с защитой от короткого замыкания, состоящий из диодного моста, конденсатора, стабилизатора напряжения LM317, транзистора MJE13009, переменного резистора и трех постоянных резисторов.
Схема подключения вольтметра амперметра к регулируемому блоку питания
В нижней части схемы вентилятор и китайский вольтметр амперметр подключаются через стабилизатор напряжения L7812CV к выходу диодного моста параллельно конденсатору С1. Стабилизированное напряжение на вентиляторе и КУИПе не более 12В.
На этом рисунке изображена схема подключения китайского вольтметра амперметра второй модели к регулируемому блоку питания.
Схема подключения вольтметра амперметра к регулируемому блоку питания
Многие радиолюбители предпочитают устанавливать в зарядные устройства и регулируемые блоки питания аналоговые китайские измерительные приборы (КИП) за многие годы не утратившие своей популярности. Поэтому предлагаю рассмотреть схему подключения классического стрелочного вольтметра и амперметра.
На этом рисунке изображена схема подключения вольтметра и амперметра со встроенным токоизмерительным шунтом.
Вольтметр подключается параллельно к источнику питания с соблюдением полярности. На приборе должны быть отметки плюс и минус. Амперметр обычно подключают в разрыв минусового провода после вольтметра. Так же можно подключить в разрыв плюсового провода на точность измерений способ подключения прибора никак не влияет. Главное условие, соблюдение полярности.
Иногда бывают амперметры без встроенного токоизмерительного шунта. Тогда шунт приходится покупать отдельно. Чтобы у вас не было дополнительных расходов, перед покупкой амперметра всегда уточняйте у продавца наличие шунта внутри прибора. Иногда стоимость отдельного шунта больше стоимости прибора со встроенным шунтом.
На этом рисунке изображена схема подключения вольтметра и амперметра с отдельным токоизмерительным шунтом к блоку питания.
Шунт всегда подключается параллельно амперметру. Без него прибор просто сгорит. Как подобрать шунт? Если прибор рассчитан на 10А, значит и шунт должен быть на 10А. На каждом шунте имеется маркировка указывающая на какую силу тока он рассчитан.
Ну вот и все, моя статья подошла к концу, у вас теперь есть новая пища для размышлений.
Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!
Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как подключить вольтметр амперметр
Читайте также: