O Amperímetro é o medidor utilizado para mensurar um fluxo de elétrons, ou seja, uma corrente, cuja unidade de medida é o ampere. Tendo isto em vista, será desenvolvido neste post um amperímetro usando o Arduino e alguns componentes. Este projeto foi desenvolvido por um dos parceiros da Eletrogate, o Wagner do canal WR Kits. Acesse seu canal no Youtube e confira também abaixo o vídeo em que este post será baseado:
Os materiais necessários para esta prática são os seguintes:
O diagrama projeto desenvolvido aqui é o seguinte:
É importante salientar algumas coisas. O LM358 disponível em nossa loja é um pouco diferente do apresentado aqui no post, e, apesar de sua funcionalidade ser exatamente a mesma, é necessário prestar atenção nas novas portas de entrada do módulo LM358 e suas conexões, e também que sua amplificação é variável, portanto será preciso fazer algumas alterações no código, que será explicado abaixo. Outro aspecto do diagrama que precisa de atenção é o Resistor Shunt, que, por conta da falta de um desenho seu no fritzing, ele foi substituído pelo resistor azul no esquemático, porém, em seu lugar, deve ser utilizado o resistor shunt. Por fim, é importante frisar que a corrente que está sendo medida é a do resistor de 100 Ω, portanto se o leitor quiser descobrir o fluxo de corrente em outros componentes ou dispositivos, basta substituir o resistor mencionado pelo que deseja ser medido.
O código que será utilizado nesta prática está detalhado abaixo:
/* =====================================================================================
Curso de Arduino e AVR WR Kits Channel
Aula 277: Amperímetro com Display LCD 16x2 sem biblioteca
Autor: Eng. Wagner Rambo
Data: Janeiro de 2021
===================================================================================== */
// =====================================================================================
// --- Mapeamento de Hardware ---
#define db7 7
#define db6 6
#define db5 5
#define db4 4
#define db3 11
#define db2 10
#define db1 9
#define db0 8
#define rs 13
#define en 12
// =====================================================================================
// --- Constantes do Projeto ---
#define rshunt 100 //resistor de shunt para mA (0,10 Ohms x 1000)
// =====================================================================================
// --- Protótipo das Funções ---
void char_pos(char row, char col);
void set_col(char address);
void send_char(char character, char row, char col);
void lcd_init();
void lcd_clear();
void ammeter();
float average_volt();
void serial_debug();
// =====================================================================================
// --- Variáveis Globais ---
float content;
unsigned m_amps;
char mil, cen, dez, uni;
// =====================================================================================
// --- Configurações Iniciais ---
void setup()
{
Serial.begin(9600);
//configura saídas
pinMode(db0, OUTPUT);
pinMode(db1, OUTPUT);
pinMode(db2, OUTPUT);
pinMode(db3, OUTPUT);
pinMode(db4, OUTPUT);
pinMode(db5, OUTPUT);
pinMode(db6, OUTPUT);
pinMode(db7, OUTPUT);
pinMode(rs, OUTPUT);
pinMode(en, OUTPUT);
//inicializa saídas
digitalWrite(db0, LOW);
digitalWrite(db1, LOW);
digitalWrite(db2, LOW);
digitalWrite(db3, LOW);
digitalWrite(db4, LOW);
digitalWrite(db5, LOW);
digitalWrite(db6, LOW);
digitalWrite(db7, LOW);
digitalWrite(en, LOW);
digitalWrite(rs, LOW);
delay(2);
lcd_init();
send_char('A',1,4);
send_char('M',1,5);
send_char('P',1,6);
send_char('S',1,7);
send_char(':',1,8);
} //end setup
// =====================================================================================
// --- Loop Infinito ---
void loop()
{
ammeter();
serial_debug();
delay(741);
} //end loop
// =====================================================================================
// --- Desenvolvimento das Funções ---
void ammeter()
{
//content = analogRead(A0)*5000.0/1023.0;
content = (average_volt()/11.0)*(5000.0/1023.0);
content *=1000.0;
m_amps = (unsigned)(content/rshunt);
cen = (char)(m_amps/100);
dez = (char)((m_amps%100)/10);
uni = (char)(m_amps%10);
send_char(cen+48,2,5);
send_char(dez+48,2,6);
send_char(uni+48,2,7);
send_char('m' ,2,8);
send_char('A' ,2,9);
} //end ammeter
void char_pos(char row, char col)
{
col -= 1;
switch(row)
{
case 1: set_col(col); break;
case 2: set_col(col+0x40); break;
} //end switch
} //end char_pos
// =====================================================================================
// --- Função para Envio de Caracteres ---
void set_col(char address)
{
digitalWrite(rs, LOW);
digitalWrite(db7, (address >> 7) | 0x01);
digitalWrite(db6, (address >> 6) & 0x01);
digitalWrite(db5, (address >> 5) & 0x01);
digitalWrite(db4, (address >> 4) & 0x01);
digitalWrite(db3, (address >> 3) & 0x01);
digitalWrite(db2, (address >> 2) & 0x01);
digitalWrite(db1, (address >> 1) & 0x01);
digitalWrite(db0, (address >> 0) & 0x01);
digitalWrite(en, LOW);
delay(2);
digitalWrite(en, HIGH);
delay(2);
digitalWrite(en, LOW);
delay(2);
} //end set_col
void send_char(char character, char row, char col)
{
char_pos(row, col);
digitalWrite(db7, (character >> 7) & 0x01);
digitalWrite(db6, (character >> 6) & 0x01);
digitalWrite(db5, (character >> 5) & 0x01);
digitalWrite(db4, (character >> 4) & 0x01);
digitalWrite(db3, (character >> 3) & 0x01);
digitalWrite(db2, (character >> 2) & 0x01);
digitalWrite(db1, (character >> 1) & 0x01);
digitalWrite(db0, (character >> 0) & 0x01);
digitalWrite(rs, HIGH);delay(2);
digitalWrite(en, HIGH);
delay(2);
digitalWrite(en, LOW);
delay(2);
} //end send_char
// =====================================================================================
// --- Função para Inicializar LCD ---
void lcd_init()
{
// LIMPA LCD
digitalWrite(db0, HIGH);
digitalWrite(db1, LOW);
digitalWrite(db2, LOW);
digitalWrite(db3, LOW);
digitalWrite(db4, LOW);
digitalWrite(db5, LOW);
digitalWrite(db6, LOW);
digitalWrite(db7, LOW);
digitalWrite(en, LOW);
delay(2);
digitalWrite(en, HIGH);
delay(2);
digitalWrite(en, LOW);
delay(2);
// MODO DE 8 BITS
digitalWrite(db0, LOW);
digitalWrite(db1, LOW);
digitalWrite(db2, LOW);
digitalWrite(db3, HIGH);
digitalWrite(db4, HIGH);
digitalWrite(db5, HIGH);
digitalWrite(db6, LOW);
digitalWrite(db7, LOW);
digitalWrite(en, LOW);
delay(2);
digitalWrite(en, HIGH);
delay(2);
digitalWrite(en, LOW);
delay(2);
// LIGA LCD, LIGA CURSOR, DESLIGA BLINK
digitalWrite(db0, LOW);
digitalWrite(db1, HIGH);
digitalWrite(db2, HIGH);
digitalWrite(db3, HIGH);
digitalWrite(db4, LOW);
digitalWrite(db5, LOW);
digitalWrite(db6, LOW);
digitalWrite(db7, LOW);
digitalWrite(en, LOW);
delay(2);
digitalWrite(en, HIGH);
delay(2);
digitalWrite(en, LOW);
delay(2);
// HABILITA INCREMENTO, DESLIGA SCROLL
digitalWrite(db0, LOW);
digitalWrite(db1, HIGH);
digitalWrite(db2, HIGH);
digitalWrite(db3, LOW);
digitalWrite(db4, LOW);
digitalWrite(db5, LOW);
digitalWrite(db6, LOW);
digitalWrite(db7, LOW);
digitalWrite(en, LOW);
delay(2);
digitalWrite(en, HIGH);
delay(2);
digitalWrite(en, LOW);
delay(2);
} //end lcd_init
void lcd_clear()
{
// LIMPA LCD
digitalWrite(rs, LOW);
digitalWrite(db0, HIGH);
digitalWrite(db1, LOW);
digitalWrite(db2, LOW);
digitalWrite(db3, LOW);
digitalWrite(db4, LOW);
digitalWrite(db5, LOW);
digitalWrite(db6, LOW);
digitalWrite(db7, LOW);
digitalWrite(en, LOW);
delay(2);
digitalWrite(en, HIGH);
delay(2);
digitalWrite(en, LOW);
delay(2);
} //end lcd_clear
float average_volt() //Função que calcula a média de 100 leituras de tensão
{ //Garante maior precisão na medida
unsigned char i; //Variável de iterações
float volt_store = 0; //Variável local para armazenar o valor da tensão
for(i=0; i<100; i++) //Somatório de 100 leituras
{
volt_store += analogRead(A0); //faz o somatório das 100 iterações
}
return(volt_store/100.0); //retorna a média das iterações
} //end average_temp
void serial_debug()
{
Serial.print("analogRead(0)= ");
Serial.print(analogRead(A0));
Serial.print(" | ");
Serial.print("average_volt= ");
Serial.print(average_volt());
Serial.print(" | ");
Serial.print("content= ");
Serial.print(content);
Serial.print(" | ");
Serial.print("mAmps= ");
Serial.print(m_amps);
Serial.print(" mA");
Serial.println(" | ");
} //end serial_debug
// =====================================================================================
// --- Final do Programa ---
O projeto aqui desenvolvido utiliza um LM358 simples, porém nossa loja disponibiliza um Módulo Amplificador Operacional LM358, com ganho variável de até 100 vezes, portanto é necessário fazer um pequeno ajuste no nosso código para que ele funcione com este módulo. Basta modificar um valor dentro da função ammeter. Na conta ‘content = (average_volt()/11.0)*(5000.0/1023.0)’, substitua o valor 11.0 por 100.0. Pronto, agora basta manter o módulo sempre no máximo da amplificação e o projeto funcionará perfeitamente.
void ammeter()
{
//content = analogRead(A0)*5000.0/1023.0;
content = (average_volt()/11.0)*(5000.0/1023.0);
content *=1000.0;
m_amps = (unsigned)(content/rshunt);
cen = (char)(m_amps/100);
dez = (char)((m_amps%100)/10);
uni = (char)(m_amps%10);
send_char(cen+48,2,5);
send_char(dez+48,2,6);
send_char(uni+48,2,7);
send_char('m' ,2,8);
send_char('A' ,2,9);
} //end ammeter
É importante lembrar que o projeto desenvolvido aqui não utiliza nenhuma biblioteca referente ao display LCD. Para compreender como isto pode ser possível, basta acessar o vídeo abaixo ou conferir a playlist do WR Kits no Youtube.
Tendo montado e rodado o projeto, pode-se chegar no seguinte resultado:
O gif acima mostra a comparação entre a leitura do amperímetro desenvolvido aqui e a real corrente que ele está medindo. É possível perceber que a leitura não é perfeita e possui alguns erros, principalmente quando o valor da corrente sobe acima de determinados valores. Isso ocorre devido a alguns erros dos próprios componentes que estão sendo utilizados nesta prática. Porém, o amperímetro desenvolvido aqui é bem simples e serve mais como experimento prático, portanto seus valores de saída ainda são satisfatórios.
Ao final deste post, é esperado que o leitor tenha compreendido como montar seu próprio amperímetro utilizando apenas o Arduino e seus componentes. O objetivo aqui é incentivar a implementação prática de experimentos interessantes com o Arduino. Se se interessou pelo conhecimento aqui aprendido, acesse também os posts relacionados abaixo:
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Graduando em Engenharia de Controle e Automação pela UFMG. Ocupo meu tempo aprendendo cada vez mais sobre eletrônica e programação, áreas que mais gosto. Meus hobbies são cinema e livros.
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*Não temos atendimento físico
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