Voltaj Sensörü Modülü: 0-25V Ölçüm, Arduino ve ESP32

Akünün ne kadar dolu olduğunu, güneş panelinin ne kadar gerilim ürettiğini ya da bir adaptörün çıkışını Arduino ile izlemek istediğinizde en kolay yol bir voltaj sensörü modülüdür. Bu yazıda 0-25V voltaj sensörü modülünün içindeki gerilim bölücüyü, Arduino ile analog okumayı, ölçüm hatalarının kaynaklarını ve ESP32 kullanırken dikkat edilmesi gereken 3,3V sınırını anlatıyoruz.

Voltaj sensörü modülü nedir?

Voltaj sensörü modülü, ölçülecek DC gerilimi iki direnç yardımıyla mikrodenetleyicinin analog girişinin okuyabileceği seviyeye indiren bir gerilim bölücü kartıdır. İçinde aktif bir entegre yoktur; ölçümü Arduino'nun kendi analog-dijital dönüştürücüsü (ADC) yapar. Voltaj sensörü modülünün ürün sayfasındaki değerler şunlardır:

• Giriş gerilimi: DC 0-25V, bölme oranı 5 kat
• 25V girişte en yüksek çıkış: 5V
• Analog çözünürlük: 0,00489V (Arduino tarafında), girişte yaklaşık 0,02445V
• Giriş klemensi: VCC (artı), GND (eksi)
• Çıkış pinleri: S (sinyal), - (Arduino GND), + (bağlı değil)

Gerilim bölücü nasıl çalışır?

Gerilim bölücü, seri bağlı iki direncin ortak noktasında giriş geriliminin direnç oranı kadarını verir: Vçıkış = Vgiriş × R2 / (R1 + R2). Yaygın 0-25V modüllerde R1 = 30 kΩ ve R2 = 7,5 kΩ'dur. Oran 7,5 / 37,5 = 0,2, yani tam 1/5 eder. Formülün temeli Ohm kanunudur; aynı akım iki dirençten geçtiği için gerilim dirençlerle orantılı paylaşılır.

Bölücünün toplam direnci 37,5 kΩ olduğu için ölçülen kaynaktan çok az akım çeker. 12V'ta bu akım 12 / 37.500 ≈ 0,32 mA'dir. Kısa süreli ölçümde önemsizdir, ancak aylarca bağlı kalacak bir akü için hesaba katılmalıdır.

Voltaj sensörü Arduino'ya nasıl bağlanır?

Voltaj sensörünün giriş klemensine ölçülecek kaynak, çıkış pinlerine Arduino bağlanır: kaynağın artısı VCC'ye, eksisi GND'ye; modülün S pini A0'a, - pini Arduino GND'ye gider. Modülün - pini giriş GND'siyle kart üzerinde birleşiktir, bu yüzden ölçülen kaynağın eksisi Arduino'nun toprağıyla ortak olur.

1. Ölçülecek kaynağın gerilimin 25V'u aşmadığından ve DC olduğundan emin olun.
2. Kaynağın artısını modülün VCC klemensine, eksisini GND klemensine bağlayın.
3. Modülün S pinini Arduino'nun A0 pinine bağlayın.
4. Modülün - pinini Arduino GND pinine bağlayın; + pinini boş bırakın.
5. Kodu yükleyin ve okunan değeri multimetrenin gösterdiği değerle karşılaştırın.

Aşağıdaki kod 16 ölçümün ortalamasını alarak gürültüyü azaltır ve sonucu volt olarak yazar:

const float VREF = 5.0;    // Arduino Uno analog referansı
const float ORAN = 5.0;    // modülün bölme oranı (30k / 7,5k)

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  long toplam = 0;
  for (int i = 0; i < 16; i++) toplam += analogRead(A0);
  float adc = toplam / 16.0;
  float volt = adc * VREF / 1023.0 * ORAN;
  Serial.print(volt, 2);
  Serial.println(" V");
  delay(500);
}

Güvenlik uyarısı: Modül yalnızca 25V'a kadar DC gerilim içindir. 220V şebekeye kesinlikle bağlamayın. Kaynağı ters bağlamak analog pine negatif gerilim uygular ve girişe zarar verebilir.

Ölçüm neden hatalı çıkar?

Voltaj sensörü ölçümünün hatalı çıkmasının en yaygın nedeni, Arduino'nun 5V hattının tam 5,00V olmamasıdır. Kodda referans olarak 5,0 yazılır, ama USB'den beslenen bir kartta bu gerilim birkaç yüz milivolt düşük olabilir. Referanstaki her sapma sonuca aynı oranda yansır.

• Referans gerilimi: Arduino'nun 5V pinini multimetreyle ölçün ve VREF değerini buna göre düzeltin.
• Direnç toleransı: Dirençlerin yüzde birkaçlık sapması oranı değiştirir. Bilinen bir gerilimi ölçüp ORAN değerini düzelterek kalibre edin.
• Gürültü: Uzun kablolar ve motorlar okumayı oynatır; ortalama almak ve kabloları kısa tutmak yardımcı olur.
• Çözünürlük: 10 bit ADC ile girişte yaklaşık 0,024V'luk adımlar elde edilir; daha ince ölçüm için ayrı bir ADC ya da INA219 gibi bir modül gerekir.

Kalibrasyon için multimetre ile gerilim ölçümü yazımızdaki adımları uygulayabilirsiniz.

ESP32'de voltaj sensörü nasıl kullanılır?

ESP32'de voltaj sensörü kullanılabilir, ancak ESP32'nin analog girişi en fazla 3,3V kabul ettiği için ölçülecek gerilim 3,3 × 5 = 16,5V'u geçmemelidir. Bu, 12V akü ve adaptörler için yeterlidir. 24V'luk bir sistemde S pini 4,8V verir ve ESP32 girişine zarar verir; bu durumda daha yüksek oranlı bir bölücü ya da başka bir modül gerekir.

ESP32'nin ADC'si 12 bittir (0-4095) ve uç değerlere yakın bölgede doğrusal değildir. Arduino-ESP32 çekirdeğindeki analogReadMilliVolts() fonksiyonu kalibre edilmiş değeri milivolt olarak verir; volt hesabı için bu değeri 1000'e bölüp 5 ile çarpmanız yeterlidir. Wi-Fi açıkken ADC2 pinleri kullanılamadığı için S pinini GPIO34 gibi bir ADC1 pinine bağlayın. ESP32 30 pin geliştirme kartında GPIO32-39 ADC1 pinleridir.

Hangi gerilim ölçüm modülünü seçmeliyim?

Yalnızca DC gerilimi izlemek için 0-25V voltaj sensörü yeterlidir; akımı da ölçmek ya da daha hassas sonuç almak gerekiyorsa başka modüllere bakılır. Max471 gerilim ve akım sensörü aynı 5:1 bölücüyü 3A'e kadar akım ölçümüyle birleştirir; ürün sayfasına göre 3,3V sistemlerde ölçüm aralığı 3-16,5V'tur. INA219 akım sensörü modülü ise I2C ile hem gerilimi hem ±3,2A'e kadar akımı ölçer; kullanımını INA219 yazımızda anlattık. Şebeke gerilimini izlemek için transformatörle yalıtılmış ZMPT101B AC voltaj sensörü kullanılır; bu modülle çalışmak 220V tehlikesi nedeniyle deneyim ve dikkat ister.

Diğer seçenekler için sensörler kategorisine göz atabilirsiniz.

Sık sorulan sorular

Voltaj sensörü modülü ile 220V ölçülebilir mi?

Hayır, 0-25V voltaj sensörü modülü 220V şebeke gerilimi için kesinlikle uygun değildir. Modül yalıtımsız bir direnç bölücüdür; şebekeye bağlandığında hem modül hem Arduino zarar görür ve elektrik çarpması tehlikesi doğar. AC şebeke gerilimini izlemek için transformatörle yalıtılmış ZMPT101B gibi bir AC voltaj sensörü kullanılır ve bağlantı yetkin biri tarafından yapılmalıdır.

25V'tan yüksek gerilim nasıl ölçülür?

25V'tan yüksek DC gerilim için daha yüksek oranlı bir gerilim bölücü kurmanız gerekir. Oran, en yüksek giriş geriliminde çıkış 5V'u (ESP32'de 3,3V'u) aşmayacak biçimde seçilir. Örneğin 100 kΩ ve 10 kΩ ile oran 1/11 olur ve Arduino ile en fazla 55V ölçülür. Dirençlerin gerilim ve güç değerlerine de dikkat edin; yüksek gerilimli DC hatlar da tehlikelidir.

Modüldeki + pini ne işe yarar?

Ürün sayfasına göre çıkış tarafındaki + pini modül üzerinde hiçbir yere bağlı değildir, bu yüzden boş bırakılır. Ölçüm için yalnızca S (sinyal) ve - (GND) pinleri kullanılır. Bazı kullanıcılar bu pini Arduino'nun 5V'una bağlar; zarar vermez ama bir işe de yaramaz. Kablolamayı sade tutmak için iki kablo yeterlidir.

Akü gerilimini sürekli ölçmek aküyü boşaltır mı?

Voltaj sensörü aküden çok az akım çeker, ancak sıfır değildir. 37,5 kΩ'luk bölücü 12,6V'luk aküden yaklaşık 0,34 mA çeker; bu da günde 8 mAh civarı eder. Büyük bir akü için önemsizdir, ama küçük bir pil ya da aylarca bekleyen bir sistemde hesaba katılmalıdır. Gerekirse bölücüyü bir MOSFET ile yalnızca ölçüm anında devreye alabilirsiniz.

Voltaj sensörü negatif gerilim ölçebilir mi?

Hayır, bu modül negatif gerilim ölçemez. Kaynak ters bağlanırsa S pininde negatif gerilim oluşur; Arduino'nun analog girişi bunu okuyamaz ve giriş zarar görebilir. Kutupları bağlantıdan önce multimetreyle kontrol edin. Hem pozitif hem negatif gerilim ölçmeniz gerekiyorsa ofset ekleyen bir işlemsel yükselteç devresi ya da farklı bir ölçüm modülü kullanılır.

Özet

• 0-25V voltaj sensörü, yaygın olarak 30 kΩ ve 7,5 kΩ dirençten oluşan, gerilimi 5'e bölen bir gerilim bölücüdür.
• Kaynak VCC ve GND klemensine, modülün S pini A0'a, - pini Arduino GND'ye bağlanır; + pini boş kalır.
• Volt = ADC değeri × VREF / 1023 × 5; doğru sonuç için VREF ve oran multimetreyle kalibre edilir.
• ESP32'de analog giriş 3,3V ile sınırlı olduğundan güvenli üst sınır yaklaşık 16,5V'tur; ADC1 pini kullanılır.
• Modül yalnızca DC içindir; 220V şebekeye bağlanmaz, ters kutup girişe zarar verir.