John Errington kísérletei Arduinóval

Precise voltage measurement with the Arduino board.

Az Arduino mikrokontrollerek sorozata analóg bemeneteket biztosít, amelyek feszültségmérésre használhatók. Ezt felhasználhatjuk egy feszültségmérő megépítéséhez.
Az analógRead() függvény kiolvassa a feszültséget és átalakítja egy 0 és 1023 közötti számmá.

Az Arduino tutorial (1) http://arduino.cc/en/Tutorial/ReadAnalogVoltage ezt a példát tartalmazza:

Ez ROSSZ! A jobb eredményhez használd (sensorValue + 0.5) * 5.0 / 1024.0 – lásd a magyarázatot itt

Ez arra enged következtetni, hogy a 0 érték 0.000V bemeneti feszültségnek felel meg; az 1023 pedig 5.000 volt bemeneti feszültségnek. Ez nem teljesen igaz. Nézzük meg az adatlapot, és nézzük meg, mit mond nekünk.

Az Arduinón használt ATMEGA chip analóg bemenetekkel rendelkezik, amelyek a feszültség pontos mérésére használhatók

Az Arduino mikrokontroller egy szukcesszív közelítés típusú analóg-digitális átalakítóval (ADC) van ellátva, amely a következő specifikációval rendelkezik. A zárójelben feltüntetett hivatkozások így (2: 26.1) az AtMega 2560 adatlap szakaszaira utalnak.
(2: 26.1): Az ATMega328 és a 32U4 hasonló értékekkel rendelkezik.

Ezek a specifikációk azt mondják, hogy az Arduino képes feszültségeket mérni ± 2 LSB pontossággal
– tehát a maximális hiba 2 bit (4 decimális) 10 bitben (1024 decimális)
Az átalakító legrosszabb esetben a pontossága 4 / 1024 vagy 1 rész 256-hoz, azaz 0,25%.

A mérési pontosság határa azonban a használt feszültségreferenciától függ.

Az Arduino saját feszültségreferenciákkal rendelkezik – de ezek nem túl pontosak

A chip – típustól függően – a következő referenciafeszültségek (6)
DEFAULT: az alapértelmezett analóg referencia 5 volt (5V-os Arduino lapokon) vagy 3.3 volt (3,3 V-os Arduino lapkákon)
INTERNÁLIS: egy beépített referencia, amely az ATmega168 vagy ATmega328 lapkákon 1,1 voltnak, az ATmega8 és 32U4 lapkákon 2,56 voltnak felel meg.
Ez belsőleg az 1,1 V-os referencia erősítésével jön létre. A 2,56V csak egy “tipikus” érték.
EXTERNÁLIS: az AREF tűn alkalmazott feszültség (csak 0 és 5V között). (A MicroPro 32U4, a NodeMCU és az ESP32 nem rendelkezik külső referencia tűvel – további információkért lásd alább.)

A referencia pontossága, amelyhez képest a feszültséget mérjük – a fenti referenciák bármelyikét használva – a legjobb esetben is csak 5,25 – 5,0/5,0 * 100 = 5% – sokkal rosszabb, mint az ADC által biztosított 0,25%. Nyilvánvaló, hogy ha feszültségeket akarunk mérni az Arduino által biztosított pontossággal, akkor a chip-en lévő referenciák nem elég jók. Az alábbi diagram mutatja ezeket a hibákat az alább leírt 4,096V-os referenciával összehasonlítva.