[139] Arduino i mierniki panelowe cz. 1

Ku mojemu zasmuceniu, większość urządzeń zawierających takie mierniki została już zezłomowana. Czasem jednak one same mają szansę na drugie życie, czekając na adopcję na różnego rodzaju portalach sprzedażowych. Ich cena jest symboliczna, co jest pewnym paradoksem, biorąc pod uwagę jak wiele kosztowały kiedyś. No ale taki jest porządek rzeczy i przemijania.

Z drugiej strony ciężko na siłę znajdować zatrudnienie takim ustrojom, gdy mierniki cyfrowe są o wiele dokładniejsze i dostępne za grosze. Jedynie sentyment usprawiedliwia użycie wskazówkowych woltomierzy, amperomierzy czy innych mierzy, bo za pomocą bujającej się wskazówki można ukazać bardzo wiele różnych wielkości. Zróbmy więc z takiego miernika jakiś użyteczny gadżet. Ale najpierw zapoznajmy się z podstawami.

Bohaterem najbliższych artykułów będzie miernik magnetoelektryczny tablicowo-aparatowy, jak niesie opis, z warszawskiej Mery. Nie jest to urządzenie samodzielne, ponieważ z tyłu posiada otwarte złącza śrubowe. Zostało zaprojektowane do wbudowania w różnego rodzaje panele złożonych urządzeń i ma za zadanie pokazywanie wybranej wielkości elektrycznej z dokładnością dwu i pół procentową. Ustrój magnetoelektryczny oznacza, iż wskazówka odchyla się od domyślnej pozycji stabilizowanej sprężynami – takimi jak w zegarku – za pomocą pola magnetycznego wytwarzanego przez cewkę, która znajduje się w polu magnetycznym magnesów trwałych. Czasem jest na odwrót, odchyla się magnes, a cewka jest nieruchoma, ale nie tu.

Cewka wraz ze wskazówką zwykle może się obracać o 90 stopni i najczęściej jej ruch nie jest liniowy, co widać, gdy przyjrzymy się skali dokładniej. Kolejne jednostki nie są odległe o ten sam kąt, w tym przypadku na początku odchylenie jest silniejsze, a potem słabnie. Dlatego przystosowując taką skalę do własnych potrzeb musimy odwzorować te nieliniowości ze skali oryginalnej albo skalibrować miernik na nowo. Druga metoda pozwoli nam na osiągnięcie większej dokładności, bo nie będziemy korzystać z uśrednionej skali dostarczonej przez producenta, ale naniesiemy ją od początku dla tego konkretnego ustroju. Ponieważ jest to portal edukacyjny, wykonamy dwa urządzenia i użyjemy obu metod.

Teraz słówko o niekończących się dyskusjach w internetach: woltomierz to czy amperomierz? Bezpiecznie powiedzmy tak: na razie jest to ustrój, a czym się stanie – zależy od tego jak to podłączymy. Zmierzony opór cewki to 139 omów, wychylenie pełne następuje, gdy prąd płynący przez nią sięga 1,08 mA, a dzieje się to po dostarczeniu 155 mV. To są wartości zmierzone i mniej więcej każda z nich wynika z prawa Ohma z pozostałych dwóch. Znalazłem tę wersję w katalogu, ale skala pierwotnie była wycechowana w woltach i sięgała ich aż 150. I rzeczywiście, wewnątrz znalazłem odpięty rezystor o wartości 150 kΩ. Ktoś jednak urządzenie to przerobił, podłączając bezpośrednio wyprowadzenia do cewki i modyfikując napisy.

Tak więc podłączając miernik równolegle do źródła napięcia, mamy woltomierz o zakresie 155 mV.

Podłączając szeregowo – amperomierz o zakresie nieco powyżej miliampera. Jakiekolwiek modyfikacje wymagają dołożenia posobników – rezystorów szeregowych lub boczników – rezystorów równoległych. W pierwszym wypadku zwiększamy napięcia mierzone, w drugim – prądy. Ponieważ będziemy pracować z Arduino, potrzebuję zrobić z tego woltomierz o zakresie 5 woltów.

W tym celu w szereg należy dołożyć dodatkowy opór, który po prostu zmierzyłem, zastępując go na czas doboru potencjometrem. Wyszło 4,75 kΩ. Można dobrać taki opornik, ale lepiej złożyć go z rezystora 4,5 kΩ i potencjometru nastawnego 470 Ω, mniej więcej. Dzięki temu będziemy mogli dokładnie ustalić wychylenie maksymalne dla najwyższego napięcia dostarczonego do miernika.

Oba elementy umieściłem z tyłu. Teoretycznie nie powinno się wstawiać żadnego elementu na biegun ujemny, bo może on pełnić też funkcję ekranu, ale tu tak nie jest, więc z czysto mechanicznych powodów rezystor wstawiłem na jedno wyprowadzenie, potencjometr – na drugie. W tym momencie możemy sobie skalibrować miernik, zerując go za pomocą pokrętła dostępnego na obudowie i wyznaczając maksimum za pomocą potencjometru, po dostarczeniu pięciu woltów. Czas więc, by go zatrudnić do zbudowania pierwszej zabawki.

Zegarów miernikowych, gdzie jeden pokazuje godziny, drugi minuty, a bywa i trzeci, pracujący jako sekundnik, jest w internecie sporo. Postanowiłem nieco zmodyfikować ten pomysł i przedstawić zegar o dokładności wręcz zegara słonecznego, ale nie o dokładność tu chodzi, a radość posiadania oryginalnego urządzenia. Zbudujemy zmodyfikowany zegar, wyświetlający czas od siódmej rano do 21 wieczorem. Poza tymi godzinami zegar „będzie spał”, czyli wskazówka opadnie na podle domyślne, stabilizowane wyłącznie sprężynami ustroju. Patrząc na skalę, możemy określić czas z dokładnością powiedzmy 5-10 minut.

Jak widzimy, skala wycechowana jest w pełnych godzinach i ma zaznaczone półgodziny. Reszta to już moja fantazja, której tu nie będę komentował ;) Słówko, które przyda się także projektom bardziej użytecznym: w jaki sposób zmienić skalę oryginalną? W tym celu należy ją odkręcić i zeskanować skanerem płaskim w rozdzielczości jak najwyższej, najlepiej 1200 DPI. Gdy przypatrzymy się temu miernikowi, zauważymy, że otwory montażowe znajdują się w osi ustroju. Dokładnie w środku między nimi możemy zaznaczyć oś wskazówki i stąd teraz będziemy ciągnąć pomocnicze odcinki, wyznaczające jednostki.

Oryginał miał 31 punktów, więc tyleż możemy przyjąć, ewentualnie podwajając ich ilość, wstawiając dodatkowe odcinki pomiędzy istniejące. W moim projekcie postanowiłem wykorzystać 29 punktów dla godzin od 7 do 21 i jeden dla pozostałych. Jak widać, brakuje pozycji drugiej z kolei, bo musiałbym wejść w półgodziny, czego robić nie chciałem. Daje to jednak dodatkowy dystans między tą pozycją, a aktywnym zegarem. Napisy naniosłem w Photoshopie, ale tutaj każdy może użyć swojego ulubionego programu. Mając już dokładnie wyznaczone punkty skali, napisy trzeba po prostu umieścić w ich pobliżu. Samą skalę należy wydrukować na papierze lepszej klasy i wyciąć, uprzednio naklejając na bocznych krawędziach wąskie paski dwustronnej taśmy. W ten sposób trwale zamocujemy skalę papierową do oryginalnej, a uszczelka okienka dociśnie papier, by nam się w przyszłości nie przesunął. Czas więc na część programową – ale o tym opowiem już w następnym artykule.