Amperomierz to przyrząd do pomiaru natężenia prądu w obwodzie. W wersji cyfrowej może wyświetlać wynik bezpośrednio na ekranie, zapisywać dane albo przekazywać je do dalszej analizy. Arduino dobrze nadaje się do takiego projektu, ponieważ łatwo połączyć je z gotowym czujnikiem prądu oraz niewielkim wyświetlaczem OLED. W tym poradniku pokazujemy prosty amperomierz oparty na Arduino Pro Mini i module INA219, który sprawdzi się jako projekt warsztatowy, pomoc dydaktyczna lub punkt wyjścia do własnego urządzenia pomiarowego.
Jak zbudować własny amperomierz Arduino DIY?
Elektrycy pracujący przy liczniku elektrycznym.
Założenie projektu jest proste: użyć małej liczby elementów, ograniczyć lutowanie do podstawowych połączeń i otrzymać miernik, który pokazuje prąd na ekranie. Nie musisz mieć doświadczenia w projektowaniu elektroniki od zera, ale przyda się podstawowa umiejętność lutowania i znajomość Arduino IDE.
Amperomierz cyfrowy Arduino — wymagane elementy
Wyświetlacz OLED 128×32 zgodny z Arduino, najlepiej z interfejsem I2C.
Moduł czujnika prądu INA219.
Arduino Pro Mini Rev 5 w wersji 5 V.
Programator USB-UART CH340.
Koszyk na baterię 9 V z baterią.
Dwupinowe żeńskie złącze JST-PH.
Kątowe złącze JST.
Mały płaski śrubokręt.
Sześciopinowa listwa kątowa do Arduino.
Lutownica.
Cynowany drut miedziany 24 SWG, ok. 0,56 mm.
Małe szczypce.
Obcinaczki do przewodów.
Samoprzylepna podkładka piankowa.
Czteropinowy przewód połączeniowy żeński-żeński.
Amperomierz cyfrowy Arduino — konfiguracja sprzętowa
Miernik elektryczny.
Amperomierz cyfrowy Arduino — przygotowanie
Zanim zaczniesz składać amperomierz, upewnij się, że masz właściwe moduły i narzędzia. Układ składa się z trzech głównych części: wyświetlacza OLED 128×32, modułu INA219 oraz płytki Arduino Pro Mini. OLED pokazuje wynik pomiaru, INA219 mierzy napięcie na boczniku i napięcie magistrali, a Arduino odczytuje dane po I2C i przelicza je na czytelny wynik.
Arduino Pro Mini ma wyprowadzenia po obu bokach płytki. Czujnik INA219 oraz wyświetlacz OLED podłączymy do tej samej magistrali I2C, czyli do linii SDA i SCL.
Multimetr jest dobrym punktem odniesienia przy pierwszych testach.
Najwygodniej użyć Arduino Pro Mini 328P Rev 5 albo zgodnego zamiennika. Ważne, aby płytka miała wyprowadzone piny A4 i A5, ponieważ w Arduino Pro Mini to właśnie one pełnią funkcję SDA i SCL dla I2C.
Jeżeli korzystasz z typowych modułów INA219 i OLED I2C, ich zasilanie oraz linie komunikacyjne można połączyć równolegle. W praktyce oznacza to wspólne VCC, GND, SDA oraz SCL.
Piny VCC i GND modułu INA219 połącz z pinami VCC i GND Arduino Pro Mini. Linia SDA trafia do A4, a linia SCL do A5. Schemat połączeń wygląda następująco:
1. INA219 VCC -> Arduino Pro Mini VCC.
2. INA219 GND -> Arduino Pro Mini GND.
3. INA219 SDA -> Arduino Pro Mini A4.
4. INA219 SCL -> Arduino Pro Mini A5.
Wyświetlacz OLED podłączamy w taki sam sposób:
1. Wyświetlacz OLED VCC -> Arduino Pro Mini VCC.
2. Wyświetlacz OLED GND -> Arduino Pro Mini GND.
3. Wyświetlacz OLED SDA -> Arduino Pro Mini A4.
4. Wyświetlacz OLED SCL -> Arduino Pro Mini A5.
Po sprawdzeniu zgodności wyprowadzeń możesz przejść do montażu. Przed lutowaniem warto jeszcze raz porównać opisy pinów na swoich modułach, bo producenci płytek czasem zmieniają kolejność złączy.
Amperomierz cyfrowy Arduino — instrukcje
1. Użyj lutownicy, aby usunąć fabryczne piny z modułu INA219 oraz z modułu wyświetlacza OLED.
Jeżeli na listwie znajduje się plastikowy dystans, podważ go ostrożnie małym płaskim śrubokrętem.
Podgrzewaj kolejne piny od spodu płytki i wyjmuj je pojedynczo, nie szarpiąc pól lutowniczych.
2. Wytnij cztery odcinki drutu o długości około 40 mm z cynowanego drutu miedzianego 24 SWG.
3. Wlutuj przewody w moduł OLED w miejsca po usuniętych pinach.
4. Wprowadź świeżo przylutowane przewody z modułu OLED w odpowiednie otwory Arduino Pro Mini.
Ustaw przewody zgodnie ze schematem z sekcji przygotowania: VCC do VCC, GND do GND, SDA do A4 i SCL do A5.
Po złożeniu moduły powinny utworzyć zwartą „kanapkę”, ale bez zwarć między przewodami.
Zadbaj, aby druty nie dotykały się nawzajem. W razie potrzeby delikatnie rozsuń je śrubokrętem.
5. Przylutuj przewody do Arduino Pro Mini, ale nie skracaj ich jeszcze od strony, która posłuży do podłączenia modułu INA219.
Nadmiar przewodów wystający ponad płytkę OLED możesz przyciąć, gdy połączenie jest już pewne.
6. Dopasuj przewody wychodzące z Arduino Pro Mini do pinów modułu INA219.
Ponownie sprawdź kolejność VCC, GND, SDA i SCL, zanim dotkniesz pól lutownicą.
Przylutuj przewody do modułu INA219 i obejrzyj połączenia pod kątem mostków lutowniczych.
7. Przytnij końcówki przewodów, aby uporządkować zmontowany układ.
Podłącz sześciopinową listwę kątową do Arduino Pro Mini i przylutuj ją.
8. Listwa będzie potrzebna do wgrania programu do Arduino.
Podczas lutowania listwy możesz musieć lekko odsunąć moduł OLED. Rób to ostrożnie, aby nie naprężyć wcześniej wykonanych połączeń.
Podłącz żeńskie złącze JST-PH do przewodów koszyka baterii.
Podłącz i przylutuj kątowe złącze JST do Arduino Pro Mini.
Czerwony przewód z koszyka baterii podłącz do pinu RAW, a czarny do GND. W zasilaniu bateryjnym mówimy o biegunie dodatnim i masie, nie o przewodzie fazowym i neutralnym.
Podłącz czteropinowy przewód żeński-żeński między Arduino Pro Mini a programatorem CH340.
Podłącz programator CH340 do portu USB komputera.
Przejdź do sekcji konfiguracji oprogramowania, aby wgrać szkic do amperomierza Arduino.
Po zaprogramowaniu Arduino Pro Mini powinno odczytywać dane z modułu INA219 i wyświetlać wynik na OLED. Cały układ możesz zasilać z programatora CH340 przez USB podczas testów albo z baterii 9 V podłączonej do RAW i GND.
Amperomierz cyfrowy Arduino — konfiguracja oprogramowania
Do uruchomienia projektu potrzebny jest szkic dla Arduino Pro Mini oraz biblioteki obsługujące wyświetlacz OLED i czujnik INA219. Przed wgrywaniem kodu zainstaluj w Arduino IDE biblioteki U8g2 oraz Adafruit INA219. Poniższe fragmenty pokazują osobno podstawową obsługę wyświetlacza i odczyt czujnika.
Kod OLED 128 × 32
1. #include <Arduino.h>
2. #include <U8g2lib.h>
3. #include <SPI.h>
4. #include <Wire.h>
U8G2_SSD1306_128X32_UNIVISION_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0);
void setup() { u8g2.begin(); }
void loop() { u8g2.clearBuffer(); // wyczyść pamięć bufora
u8g2.setFont(u8g2_font_logisoso32_tf); // wybierz czcionkę
u8g2.setCursor(0, 32);
u8g2.print(millis());
u8g2.sendBuffer(); // wyślij bufor na wyświetlacz
delay(200); }
Amperomierz cyfrowy Arduino — kod INA219
1. #include <Wire.h>
2. #include <Adafruit_INA219.h>
Adafruit_INA219 ina219;
void setup()
{ uint32_t currentFrequency;
Serial.begin(115200);
Serial.println("Start pomiaru");
Serial.println("Pomiar napięcia i prądu za pomocą INA219");
ina219.begin(); }
void loop()
{ float shuntvoltage = 0;
float busvoltage = 0;
float current_mA = 0;
float loadvoltage = 0;
shuntvoltage = ina219.getShuntVoltage_mV();
busvoltage = ina219.getBusVoltage_V();
current_mA = ina219.getCurrent_mA();
loadvoltage = busvoltage + (shuntvoltage / 1000);
Serial.print("Napięcie magistrali: ");
Serial.print(busvoltage);
Serial.println(" V");
Serial.print("Napięcie bocznika: ");
Serial.print(shuntvoltage);
Serial.println(" mV");
Serial.print("Napięcie obciążenia: ");
Serial.print(loadvoltage);
Serial.println(" V");
Serial.print("Prąd: ");
Serial.print(current_mA);
Serial.println(" mA");
Serial.println("");
delay(2000); }
*Uwaga: szkic z kodem dla INA219 możesz nazwać na przykład GetCurrent.
Zakończenie
Po zmontowaniu sprzętu i wgraniu programu otrzymasz prosty cyfrowy amperomierz do pomiaru prądu w niewielkich obwodach DC. INA219 jest wygodny, bo oprócz prądu pozwala odczytać także napięcie magistrali i napięcie obciążenia, a Arduino może wyświetlić wynik lokalnie albo przekazać go dalej. Taki projekt dobrze nadaje się dla początkujących, ale przy pomiarach zawsze trzeba pamiętać o zakresie użytego modułu, poprawnej polaryzacji i unikaniu zwarć. Jeśli prototyp ma później trafić do produkcji, OurPCB może pomóc w dopracowaniu płytki, montażu i przygotowaniu wersji seryjnej; wycena w 12 godzin roboczych pozwala szybko sprawdzić koszt kolejnego etapu.