Messung an einer 9 V Batterie

Nun besteht die Aufgabe darin die Spannung einer 9 V Batterie mit Hilfe unseres Microcontrollers und einem Arduino Programm zu messen.

Es ist zu beachten, dass mit dem ESP32 maximal eine Spannung von 3,3 V messbar ist. Damit wir dennoch die maximale Spannung unserer 9 V Batterie messen können benötigen wir einen Spannungsteiler.

Material:

• Breadboard
• ESP32
• USB-Kabel
• Jumper Kabel (2x)
• Widerstände (100 kΩ und 10 kΩ)
  
• Batterie (9 V)
• Arduino IDE oder Ardublockly

Die Schaltung ähnelt der Messschaltung mit der 1,5 V Batterie jedoch muss nun noch ein Spannungsteiler eingebaut werden um die maximale Messspannung von 3,3 V am Eingangspin nicht zu überschreiten. 

Wir rechnen zunächst die passenden Widerstände für den Spannungsteiler aus. 

Dabei nehmen wir für \(R_\mathrm{1}\) einen Widerstand von 100 kΩ. Dieser Wert ist zunächst frei gewählt. Mit der nachfolgenden Formel errechnen wir den Wert für \(R_\mathrm{2}\), sodass über diesem Widerstand genau 3,3 V (also die maximal mit dem ESP32 messbare Spannung) abfallen.

\(3,3\,\mathrm{V}=\frac{9\,\mathrm{V}\cdot R_\mathrm{2}}{100\,\mathrm{k}\Omega+R_\mathrm{2}}\)

\(R_\mathrm{2} = 57,9 \,\mathrm{k}\Omega\)

Wir erhalten einen Wert von 57,9 kΩ. Es ist auch möglich einen kleineren Widerstand für R_\mathrm{2} zu verwenden. Wichtig ist, dass der Spannungsabfall über R_\mathrm{2} den Wert von 3,3 V nicht überschreitet. Da in unserem Uniroi Kit der nächstgelegene Widerstand 10 kΩ sind, verwenden wir diesen.

Berechnen wir nun die über diesem 10 kΩ Widerstand abfallende Spannung erhalten wir folgenden Wert für V_\mathrm{out}:

Formel:

\( V_\mathrm{out} = \frac{V_\mathrm{in}\cdot R_\mathrm{2}}{R_\mathrm{1}+R_\mathrm{2}} \)

\( V_\mathrm{out} = \frac{9\,\mathrm{V}\cdot 10\,\mathrm{k}\Omega}{110\,\mathrm{k}\Omega } = 0,8182\,\mathrm{V} \)

Mit einem Spannungsabfall von ca. 0,8 V über \(R_\mathrm{2}\) wird die maximal messbare Spannung von 3,3 V nicht überschritten.

Bauen Sie die Schaltung folgendermaßen auf:

Steckplatine:

Abbildung 1: Steckplatine
Quelle: BBS 2 Wolfsburg

Abbildung 2: Schaltplan
Quelle: BBS 2 Wolfsburg

Abbildung 3: Messschaltung mit einer 9V Batterie
Quelle: BBS 2 Wolfsburg

Zur Programmierung können Sie die Arduino IDE oder Ardublockly verwenden.

Nach erfolgreicher Programmierung und Anschluss des ESP32 können Sie über den seriellen Monitor die gemessene Spannung ablesen.

Adurblockly Code:

Source Code:

void setup()
{
  Serial.begin(115200); // starten des seriellen Monitors
}

void loop() 
{
  Serial.println(analogRead(34));                                    // Ausgabe des über "analogRead" an PIN 34 eingelesenen Werts
  float voltage = (float)analogRead(34)/4096 * 3.3 * 110000 / 10000; // Umrechnung in einen Spannungswert
  Serial.print(voltage,1);                                           // Ausgabe des Spannungswerts
  Serial.println("v");
  delay(1000);                                                       // Wartezeit von einer Sekunde
}