D105: Делитель напряжения для аналогового входа ADC

С помощью простой схемы делителя напряжения можно задействовать аналоговый вход 5 (DC 0..16В) устройства D105 для подключения самых разнообразных датчиков:

  • измерение напряжений постоянного тока выше 16В;
  • резистивные датчики (температура, уровень, фоторезисторы, терморезисторы и т.д.);

Общая схема делителя напряжения


Схема делителя напряжения включает в себя входной источник напряжения Uin и два резистора R1 и R2. Чтобы узнать какое напряжение будет на выходе делителя Uout, воспользуемся законом Ома.

Предположим, что значения:

Uin = 5 В; (например, +5В берем с клеммы 6)

R1 = 110 Ом;

R2 = 390 Ом.

По закону Ома найдем общий ток I протекающий через всю цепь, т.е. через два последовательно соединенных резистора.

Затем, по тому же закону Ома определим напряжение Uout на на резисторе R2.

Закон Ома: I = U / R
Для последовательно соединенных резисторов: Rобщ = R1 + R2
Общий ток: 
I = Uin / Rобщ = 5В / (110 Ом + 390 Ом) = 0.01 А

Напряжение Uout на резисторе R2, по закону Ома: U = I * R
Uout = I * R2 = 0.01 А * 390 Ом = 3.9 В

Все просто, но есть и готовая формула для расчета напряжения Uout на выходе делителя:

Специфика при подключении к D105

Аналоговый вход ADC (5) предназначен для измерения напряжения в пределах 0 .. 16В для постоянного тока (DC).
Для возможности измерять напряжение выше 16В можно использовать простой делитель напряжения.


При расчете делителя напряжения достаточно подобрать сопротивление R1, предполагая, что внутри устройства присутствует неизменное сопротивление R2, которое равно 510 кОм.

Формула расчета напряжения V(ADC) на аналоговом входе (5) ADC


Формула подбора сопротивления R1, в соответствии с входным напряжение Vin и желаемым V(ADC)

Коэффициент делителя напряжения:

Коэффициент делителя напряжения используется в настройках виджета, в разделе "Арифметическая операция", умножить на коэффициент делителя.

Пример подключения датчика уровня

При подключении датчика уровня с несколькими градациями измерений можно с помощью простого делителя напряжения получить на аналоговом входе (5) разные напряжения для разных уровней измерений.

Например, имеем датчик уровня жидкости в резервуаре с 4-мя градациями глубины 1-2-3-4 метра. При определенном уровне жидкости на ВХОДЕ, будут включены соответствующие контактные группы на ВЫХОДЕ.

Сопротивления делителя напряжения подобраны таким образом, что при уровне 1-2-3-4 метра, на входе (5) будет соответствующее напряжение 1-2-3-4В.

- При глубине 1 метр (вход 4) сработает выход 4, в результате имеем простой делитель напряжения:

R1 = "R1-1"
Uout = 510 * (5V / (2M + 510k)) = 1V

- При глубине 2 метра сработают выходы 4 и 3. Сопротивление R1 будет рассчитываться как параллельное включение резисторов "R1-1" и "R1-2", в результате имеем делитель напряжения:

Для параллельно соединенных резисторов:
R1 = 1 / (1/R1-1 + 1/R1-2) = 750k
Uout = 510 * (5V / (750k + 510k)) = 2V

- При глубине 3 метра сработают выходы 4, 3 и 2. Сопротивление R1 будет рассчитываться как параллельное включение резисторов "R1-1", "R1-2" и "R1-3".

R1 = 1 / (1/2000 + 1/1200 + 1/620) = 340k
Uout = 510 * (5V / (340k + 510k)) = 3V

И так далее для любого количества градаций измерений.

Пример подключения резистивных датчиков с низким сопротивлением

При использовании резистивных датчиков с изменяемым внутренним сопротивлением до 1кОм, при расчете делителя напряжения внутренним сопротивлением 510 кОм в устройстве можно пренебречь.

Например, имеем датчик уровня топлива в баке, который работает по Американскому стандарту с изменением внутреннего сопротивления в пределах 240 .. 33 Ом.

Рассчитаем нижнее и верхнее значение для делителя напряжения по стандартной схеме.
Принимая следующие входные данные:

Uin = 5 В (берем с клеммы 6)

R1 = от 240 Ом до 33 Ом

R2 = 100 Ом

Общая формула делителя напряжения:
Uout = R2*(Uin/(R1+R2))

- при R1=240 Ом
Uout = 100*(5/(240+100)) = 1.5 V

- при R1=33 Ом
Uout = 100*(5/(33+100)) = 3.8 V

В итоге мы получили линейную зависимость напряжения от уровня топлива в баке: 1.5V при 0% и 3.8 V при 100% заполнения. 

Для отображения на виджете уровня топлива  в баке в настройках виджета в разделе "Арифметическая операция" выберем функцию f(x) и пропишем формулу перевода напряжения в уровень топлива.

В процентах [%], соответственно, на 1В приходится: 100% / (3.8 - 1.5) = 43.48%

d.ADC > 1.5 ? (d.ADC-1.5)*43.48 : 0

В литрах, зная объем бака, например 200 литров [л].

Соответственно, на 1В приходится: 200л / (3.8 - 1.5) = 86.96л

d.ADC > 1.5 ? (d.ADC-1.5)*86.96 : 0

Памятка для расчета делителя напряжения для универсального счетчика smart-MAC D105

.d105 Делитель напряжения.JPG

Удачных измерений и творческого подхода к ним!

Эта статья была полезна для 10 людей. Эта статья помогла Вам?

Сервис поддержки клиентов работает на платформе UserEcho