自制多量程欧姆表
本帖最后由 gckulo 于 2019-2-26 13:23 编辑欧姆表或万用表（欧姆档）是测量电阻的常用工具。而我们也只是把它作为一种消费的工具而已。进一步探究其原理，将其中的电学知识与ARDUINO编程结合，制作一个可以精确测量的多量程欧姆表。这是一次将科学、技术、工程与数学融合的过程，也是一个从消费者转变为生产者的有趣体验。
Step 1： 材料与软件
材料
纸盒 1个
arduino uno板 1个
舵机 1个
1000欧姆电阻 2个
杜邦线 若干
红色led灯 1个
绿色led灯 1个
直尺三角板 1套
圆规 1个
中性笔 1只
软件
mixly图形化编程软件
Step 2： 欧姆表原理
v为总电压，R1为已知电阻，Rx为电压表测得的阻值。根据欧姆定律，可求得待测电阻的阻值。自制的多量程欧姆表根据串联电路的欧姆定律制成。ARDUINO将电路中电压分配规律，转化为数字信号。通过数字的变化，反推出未知电阻的阻值。
Step 3： arduino电路连接示意图
可见，求得待测电阻的阻值，需要已知两个变量。一个是定值电阻，一个是电路的总电压。理论测量范围为0到无穷大。ARDUINO UNO可提供5V的电压。选择1KΩ定值电阻作为电路的已知电阻。ARDUINO UNO可以将电路中的0-5V电压转换成数字信号0-1023，且两者呈线性关系。如输入模拟信号管脚的电压为0V，转换之后的数字为0；模拟信号管脚电压为5V,转换之后的电压为1023。利用mixly图形化编程软件，可以实现两者转换以及结果显示。以上是实际电路示意图。红色导线一端接入ARDUINO UNO板5V管脚。另一端作为测量电阻的引脚；1KΩ电阻一端接地，另外一端连接黑色导线作为测量电阻的引脚，同时连接蓝色导线接入A0管脚。
Step 4： 编写程序
打开mixly软件，编辑程序，编译上传。打开串口监视器。R点和G连在一起，串口监视器显示0.00。R点和G点断开，电阻过大，串口监视器显示inf。R点与G点连接1000Ω电阻时，串口监视器显示1.00。
Step 5： 欧姆表加入刻度盘与指针
上述欧姆表测量的电阻值只能在电脑上显示。进一步改进，可利用舵机角度的变化表示阻值的大小，制成指针式多量程欧姆表。要解决的首要问题，是将测量到的电阻值转换成为舵机的角度。选择欧姆表的量程为0-10KΩ。舵机的旋转范围是0-180度，为了简化计算过程，舵机转动10度代表1 KΩ，转动5度代表最小刻度0.5 KΩ。现设置欧姆表量程为0-10 KΩ，因此舵机转动的最大角度为100度。使用直尺、半圆与圆规画出多量程欧姆表的刻度盘，在中央位置安装舵机与指针。舵机三根引脚分别接ARDUINO UNO电源管脚、接地端与A1管脚。
Step 6： 编写程序
Step 7： 测试与改进
经过测试，发现1 KΩ以上的电阻测量准确，但1 KΩ以下的电阻测量误差较大。并且舵机指针不具备复位功能。进一步改进多量程欧姆表，重新编写程序，设置多量程欧姆表的量程为0-1 KΩ与0-10 KΩ。当多量程欧姆表检测到电阻小于1 KΩ时，r值放大一百倍，显示到刻度盘上，同时绿灯亮，表示电阻小于1 KΩ；当检测到电阻大于1 KΩ时，r值放大10倍，显示到刻度盘上，同时红灯亮，表示电阻大于1 KΩ。没有检测到电阻值，舵机回复到初始位。
Step 8： 编写程序
Step 9： 最终作品自制多量程欧姆表的量程分别为0-1 KΩ与0-10KΩ。测量误差分别为±100Ω与±1000Ω。当待测电阻小于1KΩ时，红灯亮，指针转到相应位置；当待测电阻大于1KΩ时，绿灯亮，指针转到相应位置。
Step 10： 优化空间
如果想要进一步提高欧姆表的精度。可扩大舵机的最大旋转角度，同时缩小最小刻度对应的角度。如果想要扩大欧姆表的量程。可适当增加电路中定值电阻的阻值。
为什么不用一个显示屏来显示电阻值 为撒子拿电阻当指针？ 拿绣花针不香吗
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