デジタル電圧計
2023.06.01
YouTube でも紹介しています。画像をクリックすると再生できます。
前回はアナログ風ゲージを紹介しました。
アナログ風ゲージ
今回は、見栄えにこだわったデジタル電圧計です。
上記2つの画像は、16ビットADコンバータADS1115で測定した乾電池の電圧を表示したものです。
4桁の7セグメントLEDを使うのであれば右の数値のみの表示でもよいとは思うのですが、
TFT LCD DISPLAY を使用する際には外見にもこだわりましょう。
さて、前回アナログ風ゲージとの違いはフレームなどの背景を予め用意して、初期処理にて描画しています。
ビットマップ画像作成ツールで視覚的に背景画像を作成した後で、バイナリーデータを配列に変換するプログラムをちょちょっと書けば背景は完成です。
元ネタは下記のYouTube動画です。
ESP32 and ADS1115 ADC- Voltmeter project
12 Useful & Interesting ESP32 Projects for Beginners!
ソースコードは、gitHub に公開されています。
VolosR/ESPADS1115
まずは実行環境を整備します。
16ビットのADコンバータ ADS1115
●ADS1115搭載 16BitADC 4CH 可変ゲインアンプ付き
広い電源電圧:2.0～5.5V/
低消費電流: 連続モード時150μA シングルショットモード時オートシャットダウン機能あり/
データレート設定可能:8SPS～860SPS/
低ドリフト電圧リファレンス内蔵/
オシレータ内蔵/
プログラマブルゲインアンプ内蔵/
I2Cインターフェース:ピン接続でI2Cアドレス設定可能/
シングルエンドで4本もしくは差動式で2本の入力
| 分解能 | 16bit(65,536) |
| 電圧測定レンジ | ±6.144V、±4.096V、±2.048V、±1.024V、±0.512V、±0.256V
（ただし入力はVDDまで） |
| 測定ステップ(LSB) | 187.5uV、125uV、62.5uV、31.25uV、15.625uV、7.8125uV |
グランド基準の測定ではシングル・エンド、2点間の電圧を計測する場合は差動入力を用いますが、
極性を気にしたくないのであれば、差動入力が便利で、マイナス表示が可能です。
ADS1115に関しては、よみやさんのチャンネルを参考にするのがわかりやすいです。
[電子工作]ADS1115 16bit ADCを使ってみた
●WeMos D1 mini V3.0
Getting Started with WeMos D1 Mini
MCUに80MHzのESP-8266EX、4MBのSPI FLASH、80KBのRAM、オンボードWiFiと非常にコスパに優れていて、日本ではあまり知られていませんが海外では人気のボードです。
●Adafruit 1.14" 240x135 Color TFT Display + MicroSD Card Breakout - ST7789
Adafruit 1.14" 240x135 Color TFT Display + MicroSD Card Breakout - ST7789
●配線
| ST7789 | - | D1 Mini | - | ADS1115 | - | 負荷 |
|---|
| TFTCS | - | [D8]HCS | | | | |
| DC | - | [D3] | | | | |
| RST | - | [D4] | | | | |
| LIT | - | [D0] | | | | |
| SCK | - | [D5]HSCK | | | | |
| MISO | - | [D6]HMISO | | | | |
| MOSI | - | [D7]HMOSI | | | | |
| 3V | - | 3.3V | - | VDD | | |
| GND | - | GND | - | GND | | |
| | | D1 | - | SCL | | |
| | | D2 | - | SDA | | |
| | | D6 | - | ALRT | | |
| | | | | A0 | - | Vin |
| | | | | A1 | - | Vout |
●開発環境
ソースコードのビルドには、PlatformIOを使用しています。
Arduino開発環境構築 PlatformIO
プロジェクトを作成します。
$ mkdir -p ~/WeMosD1mini/EspAds1115
$ cd ~/WeMosD1mini/EspAds1115
$ pio init -b d1_mini
●ソースコードの変更点
1.ADS1115_liteライブラリは使わずにコードを直書きに変更しました
2.背景画像(flmuke.h)のトリミング（赤枠部分のみを使用）
const unsigned short fluke[32400] PROGMEM={・・・・・}
背景画像は、flmuke.h 内に配列データとして記述されていて、マイコンへのアップロード時にSPI FLASH領域に格納されます。
この背景画像ですが、下半分のゲージ部分がイケてないので、赤枠で示す上部のデジタル表示部分のみを使います。
そこで配列データからゲージ部分を削除しています。
3.フォントがうまく読み込めないので、TFT_eSPIライブラリを外しました
●ソースコード解説
void setup() {
・・・・・
// 初期処理で背景画像を描きます。
for(pos=0, y=0;y<135; y++) {
for(x=0; x<240; x++, pos++) {
color=pgm_read_word_near(&fluke[pos]);
tft.drawPixel(x, y, color);
}
}
・・・・・
// シングルエンドで使用する場合
// ads1115_init(ADS1115_MUX_P0_NG | ADS1115_PGA_6144MV);
// 差動入力する場合
ads1115_init(ADS1115_MUX_P0_N1 | ADS1115_PGA_6144MV);
・・・・・
}
文字消去のために背景画像上に背景と同色のグレーで長方形を描きます。
そこに取得した電圧値を描きます。
void loop() {
char buf[16];
tft.fillRect(50,52,164,40,0xA5F7);
sprintf(buf,"%5.3f", getVoltage());
tft.setCursor(60,86);
tft.print(buf);
delay(500);
}
ADS1115での測定間隔は0.5秒にしています。もっと細かくもでいきるのですが、変動する値の場合、極端に読み取りづらくなります。
フレーム内の「HOLD」「RANGE」ボタンは変化しません。
用途によって、これらの反転ボタンなどを用意して制御するとよいと思います。
●検証動画
キャンドルライトの電圧変化を計測してみました。
●ソースコード
■参考文献
・ADS1115 ゲイン設定可能なアンプが付いた16ビットのADコンバータ
・5ドル！ラズパイ・ゼロでIoT(37)A-Dコンバータの利用12 SPI ADS1120
・ADS1115/ADS1115.h
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