在這篇文章中，我們將使用 16 x 2 LCD 顯示屏和 Arduino構(gòu)建一個(gè)數(shù)字電流表。我們將了解使用分流電阻器測(cè)量電流的方法，并實(shí)現(xiàn)基于Arduino的設(shè)計(jì)。所提出的數(shù)字電流表可以以合理的精度測(cè)量0至2安培（絕對(duì)最大值）的電流。

電流表的工作原理

電流表有兩種類型：模擬電流表和數(shù)字電流表，它們的工作原理彼此不同。但是，它們都有一個(gè)共同的概念：分流電阻器。

分流電阻器是在測(cè)量電流時(shí)在源極和負(fù)載之間放置電阻非常小的電阻器。

讓我們看看模擬電流表的工作原理，然后更容易理解數(shù)字電流表。

電阻R非常低的分流電阻器，假設(shè)電阻器上連接某種模擬儀表，其偏轉(zhuǎn)與通過(guò)模擬儀表的電壓成正比。

現(xiàn)在讓我們從左側(cè)傳遞一些電流。i1是進(jìn)入分流電阻R之前的電流，i2是經(jīng)過(guò)分流電阻后的電流。

電流 i1 將大于 i2，因?yàn)樗ㄟ^(guò)分流電阻器損失了一小部分電流。分流電阻器之間的電流差在V1和V2處產(chǎn)生非常小的電壓。

電壓量將由該模擬儀表測(cè)量。

分流電阻器兩端產(chǎn)生的電壓取決于兩個(gè)因素：流過(guò)分流電阻器的電流和分流電阻器的值。

如果通過(guò)分流器的電流更大，則產(chǎn)生的電壓會(huì)更高。如果分流器的值很高，則分流器上產(chǎn)生的電壓更高。

分流電阻器必須非常小，并且必須具有更高的額定功率。

一個(gè)小值電阻器可確保負(fù)載獲得足夠的電流和電壓以正常工作。

此外，分流電阻器必須具有更高的額定功率，以便在測(cè)量電流時(shí)能夠承受更高的溫度。通過(guò)分流器的電流越高，產(chǎn)生的熱量就越多。

到現(xiàn)在為止，您已經(jīng)了解了模擬儀表的工作原理?，F(xiàn)在讓我們繼續(xù)數(shù)字設(shè)計(jì)。

到目前為止，我們知道如果有電流流動(dòng)，電阻器將產(chǎn)生電壓。圖中V1和V2是點(diǎn)，我們將電壓樣本帶到微控制器。

計(jì)算電壓-電流轉(zhuǎn)換

現(xiàn)在讓我們看看簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)，如何將產(chǎn)生的電壓轉(zhuǎn)換為電流。

歐姆定律：I = V/R

我們知道分流電阻R的值，它將輸入到程序中。

分流電阻兩端產(chǎn)生的電壓為：

V = V1 – V2

或

V = V2 – V1（避免測(cè)量時(shí)出現(xiàn)負(fù)符號(hào)，負(fù)符號(hào)取決于電流方向）

所以我們可以簡(jiǎn)化等式，

I = （V1 – V2）/R 或

I = （V2 - V1）/R

上述等式之一將在代碼中輸入，我們可以找到電流并顯示在LCD中。

現(xiàn)在讓我們看看如何選擇分流電阻值。

Arduino內(nèi)置了10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。它可以檢測(cè) 0 至 5V 的 0 至 1024 步長(zhǎng)或電壓電平。

因此，該ADC的分辨率為每步5/1024 = 0.00488伏或4.88毫伏。

因此，4.88 毫伏/2 mA（電流表的最小分辨率）= 2.44 或 2.5 歐姆電阻。

我們可以并聯(lián)使用四個(gè) 10 歐姆、2 瓦的電阻器來(lái)獲得在原型中測(cè)試過(guò)的 2.5 歐姆。

那么，我們?cè)趺茨苷f(shuō)建議的電流表的最大可測(cè)量范圍是 2 安培。

ADC只能測(cè)量0至5 V，即。上述任何情況都會(huì)損壞微控制器中的ADC。

從測(cè)試的原型中，我們觀察到，在V1點(diǎn)和V2點(diǎn)的兩個(gè)模擬輸入處;當(dāng)電流測(cè)量值為X mA時(shí)，模擬電壓讀取X/2（在串行監(jiān)視器中）。

例如，如果電流表讀數(shù)為 500 mA，則串行監(jiān)視器上的模擬值讀取 250 步或電壓電平。ADC可承受高達(dá)1024步或最大5
V，因此當(dāng)電流表讀數(shù)為2000 mA時(shí)，串行監(jiān)視器的讀數(shù)約為1000步，接近1024步。

任何高于 1024 電壓電平的內(nèi)容都會(huì)損壞 Arduino 中的 ADC。為了避免這種情況，在2000
mA之前，LCD上將提示一條警告消息，指出斷開(kāi)電路。

到現(xiàn)在為止，您已經(jīng)了解了建議的電流表的工作原理。

現(xiàn)在讓我們繼續(xù)討論構(gòu)造細(xì)節(jié)。

示意圖：

建議的電路非常簡(jiǎn)單且對(duì)初學(xué)者友好。按照電路圖構(gòu)造。調(diào)整 10K 電位計(jì)以調(diào)整顯示對(duì)比度。

您可以通過(guò) USB 或帶有 9 V 電池的 DC 插孔為 Arduino 供電。與使用一個(gè) 2.2 歐姆電阻器和 5-8 瓦電阻相比，四個(gè) 10
瓦電阻器將均勻散熱。

當(dāng)沒(méi)有電流通過(guò)時(shí)，顯示器可能會(huì)讀取一些小的隨機(jī)值，您可以忽略它，這可能是由于測(cè)量端子上的雜散電壓。

注意：不要反轉(zhuǎn)輸入負(fù)載電源極性。

程序代碼：

//------------------Program Developed by R.GIRISH------------------//

#include 《LiquidCrystal.h》

#define input_1 A0

#define input_2 A1

LiquidCrystal lcd（12， 11， 5， 4， 3， 2）;

int AnalogValue = 0;

int PeakVoltage = 0;

float AverageVoltage = 0;

float input_A0 = 0;

float input_A1 = 0;

float output = 0;

float Resolution = 0.00488;

unsigned long sample = 0;

int threshold = 1000;

void setup（）

{

lcd.begin（16，2）;

Serial.begin（9600）;

}

void loop（）

{

PeakVoltage = 0;

for（sample = 0; sample 《 5000; sample ++）

{

AnalogValue = analogRead（input_1）;

if（PeakVoltage 《 AnalogValue）

{

PeakVoltage = AnalogValue;

}

else

{

delayMicroseconds（10）;

}

}

input_A0 = PeakVoltage * Resolution;

PeakVoltage = 0;

for（sample = 0; sample 《 5000; sample ++）

{

AnalogValue = analogRead（input_2）;

if（PeakVoltage 《 AnalogValue）

{

PeakVoltage = AnalogValue;

}

else

{

delayMicroseconds（10）;

}

}

input_A1 = PeakVoltage * Resolution;

output = （input_A0 - input_A1） * 100;

output = output * 4;

while（analogRead（input_A0） 》= threshold）

{

lcd.clear（）;

lcd.setCursor（0，0）;

lcd.print（“Reached Maximum”）;

lcd.setCursor（0，1）;

lcd.print（“Limit?。。　保?

delay（1000）;

lcd.clear（）;

lcd.setCursor（0，0）;

lcd.print（“Disconnect now?。　保?

delay（1000）;

}

while（analogRead（input_A0） 》= threshold）

{

lcd.clear（）;

lcd.setCursor（0，0）;

lcd.print（“Reached Maximum”）;

lcd.setCursor（0，1）;

lcd.print（“Limit！！！”）;

delay（1000）;

lcd.clear（）;

lcd.setCursor（0，0）;

lcd.print（“Disconnect now??！”）;

delay（1000）;

}

lcd.clear（）;

lcd.setCursor（0，0）;

lcd.print（“DIGITAL AMMETER”）;

lcd.setCursor（0，1）;

lcd.print（output）;

lcd.print（“ mA”）;

Serial.print（“Volatge Level at A0 = ”）;

Serial.println（analogRead（input_A0））;

Serial.print（“Volatge Level at A1 = ”）;

Serial.println（analogRead（input_A1））;

Serial.println（“------------------------------”）;

delay（1000）;

}