Voltmetro digitale con Arduino da 0 a 30 V e display LCD

Perché serve un partitore di tensione

Gli ingressi analogici di Arduino Uno misurano una tensione rispetto a GND e il convertitore ADC trasforma questa tensione in un valore digitale. Per misurare una tensione superiore al campo ammesso dall’ingresso analogico dobbiamo prima ridurla.

Il partitore resistivo permette di ottenere una frazione della tensione in ingresso:

Esempio di voltmetro digitale realizzato con Arduino.

Materiale necessario

Schema con display LCD I2C

Schema con display LCD 16×2 dotato di interfaccia I2C.

Schema con display LCD 16×2 tradizionale

Schema alternativo con display LCD 16×2 collegato senza interfaccia I2C.

Simulazione Tinkercad

▶️ Apri la simulazione Tinkercad

Come calcola la tensione Arduino

Il convertitore analogico-digitale di Arduino Uno restituisce un valore compreso tra 0 e 1023. Il programma converte questo valore nella tensione realmente presente sul pin A0 e poi applica al contrario il rapporto del partitore.

Con resistenze nominali da 100 kΩ e 10 kΩ, una tensione di 30 V all’ingresso del partitore produce circa 2,73 V sul pin A0.

Codice Arduino commentato

/*
  VOLTMETRO DC CON ARDUINO DA 0 A 30 V
  Display LCD 16x2 I2C

  Partitore:
  R1 = 100 kΩ
  R2 = 10 kΩ

  Il nodo centrale del partitore va collegato ad A0.
*/

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

// Configurazione del display I2C usata nel progetto
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE);

const int analogInput = A0;

// Inserisci qui i valori REALI misurati delle resistenze
float R1 = 100000.0;  // 100 kΩ
float R2 = 10000.0;   // 10 kΩ

// Inserisci qui la tensione reale misurata tra 5V e GND di Arduino
float VREF = 5.0;

void setup() {

  pinMode(analogInput, INPUT);

  lcd.begin(16, 2);
  lcd.print("VOLTMETRO DC");

  Serial.begin(9600);
}

void loop() {

  // Legge il convertitore ADC a 10 bit: 0...1023
  int value = analogRead(analogInput);

  // Converte il valore ADC nella tensione presente su A0
  float vout = (value * VREF) / 1023.0;

  // Ricostruisce la tensione applicata all'ingresso del partitore
  float vin = vout / (R2 / (R1 + R2));

  // Elimina piccole letture residue vicino allo zero
  if (vin < 0.09) {
    vin = 0.0;
  }

  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("INPUT V= ");
  lcd.print(vin, 2);
  lcd.print("   ");

  Serial.print("Tensione: ");
  Serial.print(vin, 2);
  Serial.println(" V");

  delay(500);
}

Come funziona lo sketch

1. Lettura analogica

analogRead(A0) restituisce il valore digitale generato dall’ADC a partire dalla tensione presente sul nodo centrale del partitore.

2. Conversione in volt

Il valore ADC viene moltiplicato per la tensione di riferimento reale di Arduino e diviso per 1023.

3. Correzione del partitore

La formula usa R1 e R2 per ricostruire la tensione presente prima del partitore.

4. Visualizzazione

Il risultato viene mostrato sulla seconda riga del display LCD e contemporaneamente inviato al Monitor Seriale.

Calibrare il voltmetro

La precisione dipende soprattutto da tre fattori: valore reale delle resistenze, tensione di riferimento utilizzata dal convertitore ADC e tolleranza complessiva del circuito.

1. misura con un multimetro R1 e R2;
2. sostituisci nello sketch i valori nominali con quelli realmente misurati;
3. misura la tensione tra il pin 5 V e GND di Arduino;
4. sostituisci VREF = 5.0 con il valore reale misurato;
5. confronta la lettura del display con un multimetro affidabile.

Perché 30 V è una soglia prudente

Con il rapporto 100 kΩ / 10 kΩ il partitore riduce fortemente la tensione. Il circuito viene però proposto per misure fino a 30 V DC, lasciando un margine utile rispetto al limite dell’ingresso analogico e alle tolleranze dei componenti.

Libreria LCD

Per lo sketch I2C è disponibile la libreria newliquidcrystal_1.3.4 utilizzata con la configurazione del display presente nel codice.

⬇️ Scarica newliquidcrystal_1.3.4.zip

Scarica lo sketch

⬇️ Scarica arduino_voltometro_dc_0-30v.ino

Se il valore non coincide con il multimetro

• misura il valore reale di R1 e R2;
• misura la tensione reale del pin 5 V di Arduino;
• controlla la massa comune tra circuito misurato e Arduino;
• verifica che il nodo del partitore sia collegato correttamente ad A0;
• controlla che il display I2C utilizzi l’indirizzo previsto dallo sketch;
• utilizza resistenze a bassa tolleranza.

Varianti del progetto

• aggiungere una media di più letture per rendere il valore più stabile;
• visualizzare tensione minima e massima;
• aggiungere un allarme quando viene superata una soglia;
• registrare le misure su scheda SD;
• aggiungere un display OLED;
• misurare anche corrente e potenza con un sensore dedicato;
• utilizzare un riferimento di tensione più preciso per migliorare l’accuratezza.

Cosa devi ricordare

Domande frequenti