🔋 Проект: цифровой вольтметр для настройки понижающего DC-DC преобразователя LM2596

Понижающий преобразователь LM2596 регулируется подстроечным резистором на плате, но у базовой версии нет собственного дисплея — приходится проверять напряжение отдельным мультиметром при каждой настройке. В этом проекте Arduino измеряет реальное выходное напряжение через делитель и показывает точное число на дисплей TM1637.

Как это работает

Аналоговый вход Arduino умеет измерять напряжение только в диапазоне 0-5V (на платах с опорным напряжением 5V), а LM2596 на выходе может выдавать заметно больше — обычно от 1.25V до немного меньше входного напряжения, которое часто 12V или выше. Чтобы безопасно измерить такое напряжение, перед аналоговым пином ставится делитель напряжения — два резистора, соединённые последовательно между измеряемым напряжением и землёй, с которых снимается уменьшенная в известное число раз часть реального напряжения, безопасная для входа Arduino.

Зная точное соотношение сопротивлений делителя (коэффициент деления), можно пересчитать прочитанное `analogRead()` обратно в реальное исходное напряжение простым умножением. Например, делитель из резисторов 10 кОм и 2.2 кОм уменьшает напряжение примерно в 5.5 раза — такой делитель позволяет безопасно измерять входные напряжения примерно до 27В на аналоговом пине с опорным 5V.

Пошаговая сборка

Так как реализации данного модуля бывают разные, если у вас на плате нет тех контактов, которые указаны ниже — сориентируйтесь по названиям контактов на своей плате.

Соберите делитель напряжения: резистор R1 (например, 10 кОм) от выхода LM2596 (+) к точке измерения, резистор R2 (например, 2.2 кОм) от этой же точки к GND. Точка между R1 и R2 → A0 Arduino.
Обязательно проверьте расчётное максимальное напряжение в точке измерения мультиметром ДО подключения к Arduino — ошибка в номиналах резисторов или в выходном напряжении преобразователя может вывести из строя аналоговый вход.
TM1637: CLK → D9, DIO → D10, VCC → 5V, GND → GND.
GND преобразователя LM2596 и GND Arduino должны быть соединены вместе (общая земля) — без этого измерение не будет иметь смысла.

Скетч

// ВНИМАНИЕ: рекомендую отладить код через монитор порта, так как я языковая
// модель, а не специализированный кодер, и могу что-то упустить. Основу
// и идею я накидал, но проверьте под свою схему. ОБЯЗАТЕЛЬНО перепроверьте
// расчёт делителя напряжения мультиметром перед подключением к Arduino.

#include <TM1637Display.h>

TM1637Display display(9, 10); // CLK, DIO

const int SENSOR_PIN = A0;
const float R1 = 10000.0; // Ом, верхнее плечо делителя
const float R2 = 2200.0;  // Ом, нижнее плечо делителя
const float VREF = 5.0;   // опорное напряжение Arduino

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  display.setBrightness(5);
}

void loop() {
  int raw = analogRead(SENSOR_PIN);
  float voltageAtPin = (raw / 1023.0) * VREF;
  float realVoltage = voltageAtPin * (R1 + R2) / R2; // пересчёт обратно через коэффициент делителя

  Serial.print("Напряжение: ");
  Serial.print(realVoltage);
  Serial.println(" В");

  display.showNumberDecEx((int)(realVoltage * 100), 0b01000000, false); // два десятичных знака через точку

  delay(300);
}

Библиотека TM1637Display ставится через Менеджер библиотек Arduino IDE. Для точных измерений рекомендуется подстроить константы `R1`/`R2` под реально измеренные мультиметром номиналы ваших резисторов (у дешёвых резисторов реальное сопротивление может на несколько процентов отличаться от номинала на корпусе).

Частые проблемы

Показания заметно отличаются от показаний мультиметра — измерьте реальное сопротивление резисторов делителя мультиметром и подставьте точные значения в `R1`/`R2` вместо номинальных.
Показания скачут — добавьте усреднение нескольких последних измерений в коде, особенно если преобразователь работает под переменной нагрузкой.
Напряжение всегда около нуля — проверьте общий провод (GND) между преобразователем и Arduino — без общей земли делитель напряжения не работает корректно.
На экране мигает странное число — проверьте формат вызова `showNumberDecEx()`, маска точки `0b01000000` зажигает точку на определённом разряде, уточните по документации библиотеки под свою прошивку.

Как улучшить проект

Добавить звуковое предупреждение (зуммер), если напряжение выходит за заданный безопасный диапазон — см. похожую идею в проекте с повышающим преобразователем MT3608.
Измерять не только напряжение, но и ток через дополнительный датчик (например, ACS712), чтобы получить полноценный ваттметр.
Логировать изменения напряжения под нагрузкой во времени для оценки стабильности конкретного экземпляра преобразователя.