Итоговый проект: измерительный блок U/I на LCD

Отдельный вольтметр и отдельный амперметр — это два макетных стенда и две программы. Прибором, которым пользуются на самом деле, становится один блок: подал нагрузку, глянул вольты, нажал кнопку, глянул амперы. Я склеил два предыдущих прибора в общую макетку: A0 снимает делитель напряжения, A1 — выход ACS712, кнопка листает два экрана, а вторая строка держит максимум — тот самый пусковой бросок, который глаз успевает пропустить. Схема умещается на половине макетки, программа — в сотне строк, и обе разобраны по строкам ниже.

Сценарий, ради которого блок и собирался: замерить, что берёт из USB телефон, фонарик или внешняя звуковая карта. Плюс пять вольт из шнура разрывается через ACS712, делитель напряжения садится прямо на клеммы устройства — и на экране честные и вольты, и амперы, и максимум тока за сессию. Меняется нагрузка — прибор остаётся. Готовые юсб-ваттметры за пару сотен часто показывают только амперы и не держат пик — здесь с этим справляются две строки скетча.

Дисплейная механика здесь почти не новая: работа с кнопкой и точечное обновление уже разобраны в уроке про счётчик с антидребезгом и про термометр без мерцания. Итоговые сборки в этом разделе вообще редко добавляют детали — метеостанция с меню собиралась точно так же. Новое здесь — два канала АЦП под одной крышей и дисциплина замера: усреднение, фронт кнопки, пик-холд.

Схема — слоёный пирог из двух предыдущих уроков. Канал напряжения: плюс источника через 100 кОм на A0, от A0 через 10 кОм на землю — коэффициент одиннадцать, как в вольтметрном уроке кластера. Канал тока: разрыв плюсового провода нагрузки через IP+ и IP− модуля, выход OUT — на A1. Кнопка между пином 2 и землёй со встроенной подтяжкой листает экраны, LCD занимает стандартные четыре провода I2C на A4 и A5. Питание модуля — от пяти вольт платы, и его десять миллиампер в общий бюджет Uno влезают свободно.

Функция readAvg() общая для обоих каналов: 16 замеров с паузой 2 мс и среднее. На канал уходит около 32 мс, на оба — под 70 мс, экран обновляется больше десяти раз в секунду, глазу хватает. Зато дрожание последнего разряда исчезает: тот же приём, что в уроке про фильтр среднего, — простое среднее здесь честно решает задачу без окон и смещений.

Порядок опроса каналов фиксированный — сначала напряжение, потом ток, и это осознанно: между замерами U и I проходит около трёх десятков миллисекунд, и на быстро меняющейся нагрузке ватты считались бы из разных секунд. Для USB-замера это неважно, для пульсирующих моторов — уже заметно. Расширяться удобно на A2 и A3: свободные аналоговые входы позволяют добавить второй ACS712 без переделки каркаса.

Кнопка читается по фронту: было HIGH, стало LOW — нажали, листаем экран и перерисовываем всё целиком через clear(). Один clear() на нажатие мерцания не даёт — беда начинается, когда clear() крутят в каждом loop(), а здесь он случается раз в нажатие. Подстраховка от дребезга — millis()-окно в 200 мс: механические контакты дрожат несколько миллисекунд, и без окна экран листает по два-три пункта за нажатие. Окно перекрывает и случайные двойные нажатия нервной руки — листать экраны быстрее пары раз в секунду всё равно бессмысленно.

Пик-холд — две строки сравнения: показание выше максимума, максимум обновляется. Живёт он до перезапуска платы — для разового замера пускового броска этого достаточно. Для многодневного стенда максимум уносят в энергонезависимую память вместе с калибровочными коэффициентами, чтобы данные переживали выключение. Если перезагрузка досаждает, добавьте сброс максимума длинным нажатием: держите кнопку дольше секунды — и обнуляйте; длительность ловится тем же millis() без новых деталей.

Грабля, которую я поймал на этом блоке лично: делитель и ACS712 сидели на макетке вплотную, и при токе под два ампера вольты на экране подрагивали — общая земля приподнималась на милливольты от падения на тонких перемычках. Лечение оказалось дешёвым: толстые перемычки на землю и одна точка соединения минусов. Дешёвая макетка прощает вольтметру всё, амперметру — почти всё, а паре сразу — уже не всё.

Живой стенд собирался так: USB-удлинитель, красный провод +5 В разрывается и идёт через IP+ и IP− модуля, чёрный провод остаётся целым и одновременно служит минусом для делителя — каналу напряжения нужна общая земля с Arduino, изоляция ACS712 здесь приятный запас прочности, а не способ развести земли. Сама плата Uno в моём стенде питалась от повербанка, нагрузка — от сетевого адаптера. Красный провод ищите по цвету, а проверяйте мультиметром: в дешёвых удлинялках цвета не всегда честные.

Порядок подключения строгий: сначала нагрузка к блоку, потом измерительный блок в разрыв, и только потом питание платы. Втыкать ACS712 под током не стоит — винтовые клеммы не рассчитаны на горячую коммутацию, и искра при замыкании оставляет на контактах плёнку, которая через месяц превращается в плавающий ноль.

Цифры моего стенда, не паспортные: телефон на фазе быстрой зарядки брал 0.62 А при 5.02 В — около 3.1 Вт; к концу зарядки ток проседал до 0.11 А; фонарик на шнурке держал стабильные 0.15 А и годился как проверочный эталон. Пик при подключении телефон показывал почти 0.97 А — разглядеть его на бегущих цифрах глазами нельзя, а пик-холд ловит стабильно. У вас цифры будут своими: они зависят от адаптера и состояния батареи, порядок величин похож.

Отдельно о второй строке экрана: max живёт с включения, поэтому перед новым замером плату перезагружают. Это не недоработка, а дисциплина стенда: пик относится к сессии замера, а не ко всей жизни прибора — иначе через неделю вы будете смотреть на рекорд давней давности.

Ватты на экране не рисовал сознательно: P = U × I — одна строка умножения, и её удобно отдать домашкой вместе с третьим экраном. Куда расти дальше — три ступени. Первая: Serial-лог с отметками времени — таблица данных в Serial показывает потребление за минуты, что красноречивее одного глазка на экране. Вторая: чип INA219 меряет вольты, ток и ватты сразу по I2C — без делителя и ACS712, хотя и в пределах 26 В и 3.2 А. Третья: если захочется логировать долго и не тормозя экран, замените delay(150) на millis()-планировщик.