Вольтметр

Вольтметр отображает:

🟢 Входное напряжение (V In)

🔵 Выходное напряжение (V Out)

🔺 Максимальное выходное напряжение (V Max)

📉 График изменения выходного напряжения

📊 Вертикальную шкалу напряжения справа

Это отличный проект для начинающих радиолюбителей и разработчиков лабораторных блоков питания: он наглядно показывает работу стабилизаторов, поведение напряжения под нагрузкой и позволяет оценивать динамику процессов.

🔧 Используемые компоненты

⚙️ Схема подключения

🔌 Подключение компонентов

🖥️ OLED-дисплей:

GND → GND

VCC → 5V

SCL → A5

SDA → A4

🎛️ Измерение напряжений:

Arduino измеряет напряжения через аналоговые входы A0 и A1. Но напрямую подавать на них более 5 В опасно. Поэтому используются резистивные делители напряжения.

📥 Делитель для входного напряжения (V In → A0):

Верхний резистор: 40 кОм

Нижний резистор: 10 кОм

Входной сигнал подаётся на верхний резистор

Средняя точка подключается к A0

Позволяет измерять до 25 В

📤 Делитель для выходного напряжения (V Out → A1):

Верхний резистор: 40 кОм

Нижний резистор: 10 кОм

Средняя точка подключается к A1

Такой делитель даёт коэффициент ≈ 1/5, что позволяет измерять до 25 В

⚠️ Подбирайте резисторы с учётом нужного диапазона. Программа изначально рассчитана на вход 0–5 В, поэтому при использовании делителей нужно изменить формулу расчёта напряжения.

⚙️ Как работает программа

Программа построена на основе двух объектов класса VoltMeter, каждый из которых отвечает за измерение напряжения по одному из входов.

А также один экземпляр класса Oscilloscope (осциллограф)

📦 Смотри раздел "Скетч Arduino"

Основные этапы работы:

Измерение напряжений:

Выполняется analogRead() на пинах A0 и A1.

Полученные значения преобразуются в вольты: voltage = raw * (5.0 / 1023.0);

При необходимости можно умножать результат на коэффициент делителя, например voltage *= 2.0;

Отображение данных:

Все показания (V In, V Out, V Max) отображаются в верхней части дисплея крупным текстом.

Используется шрифт TextSize(1) для чёткости и экономии места.

Фиксация максимума:

В каждом измерении программа сравнивает текущее значение с предыдущим максимумом.

При нажатии на кнопку (подключенную к D2) максимум сбрасывается.

График напряжения:

Отдельный класс Oscilloscope сохраняет последние измерения в буфере.

В нижней части дисплея рисуется линия, отображающая изменение напряжения во времени.

График занимает 110 пикселей по горизонтали и не наезжает на шкалу.

Вертикальная шкала справа:

Сегментная шкала (10 делений) показывает текущий уровень выходного напряжения.

Обновляется при каждом цикле измерения.

🧠 Дисплей

Размещение основных блоков отображения на экране OLED дисплея

Отображение на дисплее

Программа строит интерфейс в несколько этапов:

Верхняя часть дисплея — отображает входное и максимальные значения напряжения

Средняя часть — напряжение на выходе блока питания.

Нижняя часть — график напряжения во времени, построенный с использованием массива graphBuffer[], в котором хранятся последние 128 измерений. Этот массив сдвигается каждый раз и отображается как ломаная линия, повторяя форму изменения напряжения.

Правая часть — визуальный уровень напряжения в виде сегментной шкалы, где каждый сегмент активен в зависимости от уровня сигнала.

Такой подход позволяет использовать OLED-дисплей максимально эффективно: информативно и красиво.

📜 Скетч Arduino

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_RESET -1

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

const int inputPin = A0; // Входное напряжение
const int outputPin = A1; // Выходное напряжение
const int resetButtonPin = 2; // Кнопка сброса максимума

#define GRAPH_HEIGHT 20
#define GRAPH_WIDTH 110 // Оставляем место справа под шкалу
uint8_t graphBuffer[GRAPH_WIDTH];

// Класс вольтметра
class VoltMeter {
private:
int pin;
float voltage;
float maxVoltage;

public:
VoltMeter(int analogInputPin) { // Кнструктор класса
pin = analogInputPin;
voltage = 0.0;
maxVoltage = 0.0;
}

void measure() { // Метод -измерение
int raw = analogRead(pin);
voltage = raw * (5.0 / 1023.0);
if (voltage > maxVoltage) {
maxVoltage = voltage;
}
}

void resetMax() { // Метод - сброс максимального значения
maxVoltage = voltage;
}

float getVoltage() { // Метод - получить измеренное напряжение
return voltage;
}

float getMax() { // Метод - получить максимальное напряжение
return maxVoltage;
}
};

// Класс осциллограф
class Oscilloscope {

public:
Oscilloscope() { // Кнструктор класса
// pin = analogInputPin;
}


void updateGraph(float voltage) {
for (int i = 0; i < GRAPH_WIDTH - 1; i++) {
graphBuffer[i] = graphBuffer[i + 1];
}
uint8_t newY = map(voltage * 100, 0, 500, 0, GRAPH_HEIGHT);
graphBuffer[GRAPH_WIDTH - 1] = newY;
}

void drawGraph() {
int baseY = SCREEN_HEIGHT - 1;
for (int x = 0; x < GRAPH_WIDTH - 1; x++) {
display.drawLine(x, baseY - graphBuffer[x], x + 1, baseY - graphBuffer[x + 1], SSD1306_WHITE);
}
}

void drawScale(float value) {
const int segments = 10;
const int startX = SCREEN_WIDTH - 10; // Правая сторона экрана
const int startY = 58;
const int segWidth = 8;
const int segHeight = 4;
const int gap = 2;

int activeSegments = map(value * 100, 0, 500, 0, segments);

for (int i = 0; i < segments; i++) {
int y = startY - i * (segHeight + gap);
if (i < activeSegments) {
display.fillRect(startX, y, segWidth, segHeight, SSD1306_WHITE);
} else {
display.drawRect(startX, y, segWidth, segHeight, SSD1306_WHITE);
}
}
}
};

VoltMeter vinMeter(inputPin); //Экземпляр класса вольтметр V In
VoltMeter voutMeter(outputPin); // Экземпляр класса вольтметр V Out
Oscilloscope oscill; //Экземпляр класса осциллограф

void setup() {
pinMode(resetButtonPin, INPUT_PULLUP);
display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
display.clearDisplay();
display.setTextSize(1);
display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
display.setCursor(10, 28);
display.println("Digital Voltmeter");
display.display();
delay(1500);
}

void loop() {
vinMeter.measure();
voutMeter.measure();

if (digitalRead(resetButtonPin) == LOW) {
vinMeter.resetMax();
voutMeter.resetMax();
delay(300);
}

float vin = vinMeter.getVoltage();
float vout = voutMeter.getVoltage();
float vmax = voutMeter.getMax();

oscill.updateGraph(vout);
display.clearDisplay();

display.setTextSize(1);
display.setCursor(0, 0);
display.print("V In: ");
display.print(vin, 2);
display.println(" V");

display.setCursor(0, 10);
display.print("V Max: ");
display.print(vmax, 2);
display.println(" V");

display.setCursor(0, 20);
display.print("V Out: ");
display.print(vout, 2);
display.println(" V");

oscill.drawGraph();
oscill.drawScale(vout);

display.display();
delay(200);
}

🧠 Советы и доработки

✅ Добавить коэффициент делителя прямо в класс VoltMeter, чтобы учесть масштабирование.

💾 Сохранять максимум в EEPROM, чтобы он не сбрасывался при перезагрузке.

🧲 Добавить третью строку: ток или мощность, если есть токовый шунт.

📈 Изменить масштаб графика для отображения высокого напряжения.

⚡ Применение

Настройка и тестирование лабораторных блоков питания.

Измерение и контроль напряжения в проектах Arduino.

Демонстрация работы стабилизаторов напряжения.

Учебные и демонстрационные стенды.

В 2022 году в составе очередного «лутбокса» со старыми железками мне достался вольтметр, выпущенный в далёком и роковом 1941 году.

Краска облезла, головки винтов побиты, да ещё и предыдущий владелец явно пытался переделать его во что-то другое и криво нанёс новые надписи на шкалу. Я подумал, что неплохо было бы привести его к более аутентичному виду, хотя никакого конкретного проекта, куда он мог бы пойти, у меня на тот момент не было.

Первым делом я заменил одну явно неродную клемму и убрал коряво вырезанные шайбы из текстолита — следы позднейших ремонтов.

Затем, аккуратно работая ватными палочками, смоченными в спирте и бензине, я смог почти полностью удалить посторонние надписи со шкалы. После, уже не под камеру, я её выпрямил, благо она изготовлена из довольно мягкого алюминия.

Прибор постепенно возвращался к исходному облику, но применения ему по-прежнему не было. Здесь нужно сделать оговорку, что я подписан на пару групп о реставрации исторической военной техники. И когда я готовился приступить к перекраске корпуса, мне случайно попался пост о том, что сотрудники одного из музеев восстанавливают приборную панель танка БТ-7. На ней я увидел стрелочную головку точно в таком же корпусе, но в худшем состоянии и чуть более позднего года выпуска. Мозаика сошлась — теперь стало ясно, где пригодится мой вольтметр!

Я написал в личку одному из музейных специалистов, и тот мне ответил, что знает ещё более подходящее применение этому прибору. Оказалось, что прямо сейчас у них на реставрации находится редкая версия знаменитого танка Т-34 выпуска как раз того самого 1941 года!

У этой машины много отличий от более поздних тридцатьчетвёрок: другой люк механика-водителя, иная форма пулемётного гнезда, характерные буксирные рымы — думаю, эксперты в военной технике могут продолжать этот список ещё долго.

Конечно, танк-тягач дошёл до наших дней далеко не в оригинальном состоянии, и речь не только о такой очевидной утрате, как башня. Опорные катки у него уже от послевоенных машин, да и гусеницы у Т-34 начала 40-х были другие. Всё это музейщикам нужно было заменить на аутентичное, ну а с вольтметром для приборной панели вызвался помочь я.

Поскольку танк всё равно будет полностью перекрашен заново, я смело удалил остатки старой краски при помощи смывки и корщёток.

Далее я в несколько слоёв нанёс алкидную эмаль чёрного цвета.

Осталось только подобрать подходящие винтики и выпрямить стрелку, и прибор готов!

Несоизмеримо больше работ за это время было выполнено с танком. Всего за год он полностью преобразился и стал настоящей жемчужиной коллекции Музея отечественной военной истории в деревне Падиково Московской области:

Ну а мне особенно приятно, что внутри стоит вещь, к которой я приложил руку — даже если это всего лишь 0,001% от всего танка, если считать по массе.