Arduino 与智能手机打造智能电压表——简单易做的 DIY 项目

组件与材料

项目简介

本项目演示如何利用 Arduino 模拟输入引脚测量电压，并通过分压电路将测量范围扩展至 55V。结合 PHPoC WiFi Shield，可在智能手机网页上实时查看电压值。

工作原理

Arduino 模拟输入最大仅支持 5V。为测量更高电压，需使用分压电路：

理论公式： V_measure = (R1 + R2) / R2 × V_in

选取 R1 = 1MΩ，R2 = 100kΩ，分压比 = 11，最大可测电压 = 11 × 5V = 55V。大阻值可限制流经引脚电流，保护 Arduino。

实际问题与校准

实际中存在两大误差源：

• 电阻标称值误差导致分压比偏差
• Arduino 供电电压波动致使模拟基准电压 (V_REF) 不稳定

解决方案分两步校准：

1. 测量真实分压比：将待测电压接 A0，已知 3.3V 接 A1，ratio = A1读值 / A0读值。运行 ResistorCalibration.ino 并通过串口绘图器获取比值。
2. 实时校准基准电压：主电路中将 3.3V 接 A1，每次测量前计算 V_REF = 1023 × 3.3 / A1值，再换算 V_in 和 V_measure。

操作步骤

1. 按“电阻校准接线图”接线，上传 ResistorCalibration.ino
2. 打开串口绘图器，记录 ratio 值
3. 将 ratio 写入 Voltmeter.ino 第 5 行
4. 按“主接线图”重新接线，上传 Voltmeter.ino
5. 将 voltmeter.php 与背景图 voltmeter_body.jpg 上传至 PHPoC Shield
6. 手机浏览器访问 https://phpoc_shield_ip/voltmeter.php 即可查看电压

核心代码片段

ResistorCalibration.ino（校准）

double ratio;
int analogReadAverage(int pin, int n) {
  unsigned long sum = 0;
  for (int i = 0; i < n; i++) { sum += analogRead(pin); delay(2); }
  return sum / n;
}
double resistorCalibration() {
  double A0 = analogReadAverage(A0, 20);
  double A1 = analogReadAverage(A1, 20);
  return A1 / A0;
}
void setup() { Serial.begin(9600); }
void loop() {
  ratio = resistorCalibration();
  Serial.print("ratio:"); Serial.println(ratio);
  delay(200);
}

Voltmeter.ino（主程序）

double ratio = 11.59; // 替换为校准值
double mapFloat(double x, double in_min, double in_max, double out_min, double out_max) {
  return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min;
}
double getVoltageReference() {
  double A1 = analogReadAverage(A1, 20);
  return 1023.0 * 3.3 / A1;
}
void loop() {
  double V_REF = getVoltageReference();
  double A0 = analogReadAverage(A0, 20);
  double V_in = mapFloat(A0, 0, 1023, 0, V_REF);
  double V_measure = ratio * V_in;
  Serial.println(V_measure);
  delay(200);
}

voltmeter.php（Web 界面）

利用 WebSocket 实时接收串口数据，在 Canvas 上绘制七段码风格电压表。需随 voltmeter_body.jpg 一同上传至 PHPoC Shield。

接线提示

文中提供多张实物接线照片，展示分压电路、PHPoC Shield 连接及手机端显示效果。