Arduino & C. – Misurare con il multimetro digitale

In questo post inizierò a rispondere ad alcune domande che mi sono posto io stesso (anticipando forse le vostre domande) e cioè:

  1. perché ho scelto un resistore da 220 Ohm?
  2. come faccio a misurare la corrente che sta passando nel circuito?
  3. sono daltonico, non vedo bene i colori, come faccio a scegliere il resistore giusto?
  4. se ho un LED con due terminali della stessa lunghezza come capisco qual è l’ànodo e il càtodo?

Iniziamo dalla prima:

1. Perché ho scelto un resistore da 220 Ohm?

Bisogna fare un po’ di calcoli, utilizzando anche delle formule matematiche, anche se molto semplici.

Prima di tutto fissiamo alcuni valori (V = Volt; A=Ampère; mA=milli-Ampère cioè un millesimo di Ampère; Ohm o Ω è la misura di resistenza):

  • l’alimentazione di una scheda Arduino è solitamente di 5 V (può essere anche di 3.3 V, verificate!)
  • la corrente presente nel circuito non può normalmente superare i 20 mA (si potrebbe arrivare a 30-40 mA, ma si rischia di scaldare prima e di bruciare poi qualche componente)
  • un LED deve avere una corrente tra i 15 mA e i 20 mA
  • la caduta di tensione tra i terminali di un LED dipende dal suo colore. Normalmente si registrano questi valori di tensione: rosso = 1,8 V; giallo = 1,9 V; verde = 2,0 V; arancio = 2,0 V; bianco 3,0 V; blu = 3,5 V.

La formula fondamentale che mette in relazione tensione, resistenza e corrente è questa:

V = R * I

La formula che calcola la potenza (in senso fisico è il “lavoro” fatto dal sistema, ovvero il “consumo”) è questa:

P = V * I

cioè

P = R * I * I

(P = R * I^2)

Dato che sul circuito collegato ad Arduino non possiamo/vogliamo avere più di 20 mA, utilizziamo la formula fondamentale e la trasformiamo così:

R = V / I

Prendiamo ora i valori reali per un LED rosso e facciamo il calcolo:

R = (5 – 1,8) / 0,020 = 160 Ohm

Per un LED bianco, invece:

R = (5 – 3,0) / 0,020 = 100 Ohm

 

Commercialmente sono valori di resistori non disponibili, quindi potremmo utilizzare una resistenza da 180 Ohm o da 220 Ohm. Ovviamente più grande è il valore del resistore, più il LED apparirà meno luminoso, fino a spegnersi.

Certamente avrete notato che nel calcolo della resistenza abbiamo sottratto la tensione del LED alla tensione di alimentazione. In questo caso, avendo inserito nel circuito un LED che possiamo considerare come un secondo resistore, la formula diventa la seguente:

R = (Va – Vled) / I

Altra considerazione: perché prendiamo come tensione di alimentazione esattamente di 5 Volt? Come ho già detto, le schede Arduino sono alimentate a 5 V, tranne quelle che hanno un’alimentazione di 3,3 V (attenzione a fare i calcoli giusti!).

Se abbiamo qualche dubbio in merito, possiamo fare una misurazione più precisa con il multimetro digitale.

Come possiamo fare il calcolo della tensione? Procediamo in questo modo:

  1. stacchiamo l’alimentazione della scheda Arduino (cavo USB, o alimentatore, o pile): mai effettuare modifiche sulle connessioni con la scheda alimentata!
  2. togliamo tutto e lasciamo collegati due jumper (ponticelli o cavetti) sulla scheda: uno a GND e uno a uno dei pin (diciamo il numero 8)
  3. l’altra estremità dei due ponticelli non deve essere collegata
  4. prendiamo il multimetro digitale e colleghiamo il cavo nero a COM (cioè al “comune” o GND o “terra” o “massa”, vedete voi… sono tutti sinonimi); poi collegate il cavo rosso al connettore che riporta il simbolo V (Volt). Il voltaggio della scheda Arduino è basso, quindi non ci sono problemi, ma comunque il multimetro che ho io arriva a un massimo di 1000V in continua e 750V in alternata, quindi problemi zero. Se invece dovete misurare la corrente (Ampère) potreste avere connettori separati (come ho io) per correnti fino a 10A oppure per correnti più piccole (milli- o micro- Ampère) e quindi bisogna stare attenti…
  5. girate il selettore (di solito una “ruota” con tante indicazioni intorno, in base a tipo di misurazione e grandezza da misurare) e posizionatelo su Volt in corrente continua (indicato da una linea orizzontale diritta con sotto una linea tratteggiata), massimo 60V (6V potrebbe bastare, ma per prudenza usiamo un ordine di grandezza superiore)
  6. attaccate il cavo USB della scheda al PC per alimentarla (se la scheda ha ancora lo sketch precedente (quello con cui facevamo lampeggiare un LED), avremo una tensione che alternativamente va su e va giù, ma senza LED non lo vediamo, quindi misuriamo)
  7. con il puntale nero del multimetro tocchiamo il cavetto collegato a GND, poi con il puntale rosso tocchiamo l’altro cavetto collegato al PIN 8

Sul display del multimetro dovremmo vedere la misura che va da 0V a 4,98V e poi di nuovo a 0V e poi di nuovo 4,98V.

Per vedere la tensione stabile, carichiamo uno sketch che accenda stabilmente il PIN 8:


void setup() {
pinMode(13,OUTPUT);
digitalWrite(13,LOW);
pinMode(8, OUTPUT);
digitalWrite(8, HIGH);
}


void loop() {


}

Ora riproviamo a misurare la tensione: dopo una breve attesa, nel mio caso ho visto salire il valore a 4,99V e poi a 5,00V, quindi sono sicuro che la tensione è corretta.

Per poter toccare i cavetti con i puntali in modo stabile, senza avere un contatto incerto, potete utilizzare dei “coccodrilli”, cioè delle piccole pinze a coccodrillo come nell’immagine seguente:

coccodrilli

Se non avete pinze a coccodrillo, potete utilizzare uno dei seguenti trucchetti:

  • inserire le due estremità libere dei ponticelli in altrettanti fori della breadboard, facendo però attenzione di non inserire fino in fondo. Con il puntale potete poi toccare la parte di filo che sporge dal cavo e dalla breadboard, senza che questo “scappi via”.
  • in alternativa potete utilizzare delle mollette da bucato. Winking smile

 

2. Come faccio a misurare la corrente che sta passando nel circuito?

A proposito di misure: ma quanta corrente c’è in Arduino se non mettiamo alcun carico (come un LED)?

Riprendiamo il multimetro e cambiamo la posizione del connettore rosso: da V al simbolo di mA e poi spostiamo il selettore su A (di Ampère) a corrente continua, massimo 600m. Risultato = 85,5A.

Abbiamo la tensione (5V), abbiamo la corrente (85,5A), quindi possiamo misurare quanta resistenza c’è sul circuito. Applichiamo la formula  V = R * I, ovvero  R = V / I, cioè  R = 5 / 0,0855 = circa 58 Ohm.

3. Sono daltonico, non vedo bene i colori, come faccio a scegliere il resistore giusto?

Io non sono daltonico, ma anch’io ho qualche problema nell’identificare i colori, specialmente quando scuri: posso confondere il marrone con il verde scuro o con il grigio scuro e qualche volta con il blu scuro, a seconda della tonalità del colore stesso e della scarsa luminosità ambientale, quindi questo problema me lo sono subito posto anch’io.

Anche in questo caso la soluzione è il multimetro. Basta procedere nel seguente modo:

  1. mettere il connettore nero su COM (cioè a massa): va sempre lì, quindi non lo dirò più!  Winking smile
  2. mettere il connettore rosso sul simbolo di Ohm (cioè la lettera greca òmega)
  3. spostare il selettore sulla zona del simbolo degli Ohm (dato che parliamo di resistenze che vanno da 220 Ohm a valori anche di milioni di Ohm, cioè MOhm, possiamo provare con il valore 600 Ohm)
  4. prendiamo un terminale del resistore (staccato dal circuito!) e lo stringiamo con il puntale nero (con il dito, con un coccodrillo, con una molletta…)
  5. poi prendiamo l’altro terminale del resistore e lo stringiamo con il puntale rosso

Probabilmente bisogna lasciare un po’ di tempo al multimetro per assestarsi: nel mio caso, con un resistore da 220 Ohm, la misura è partita da circa 250 Ohm per poi scendere, prima velocemente e poi molto più lentamente, fino a 222 Ohm. Forse, attendendo ancora un po’, sarebbe arrivata vicino ai 220 Ohm dichiarati, ma non è troppo importante: 2 Ohm di differenza è una misura veramente piccola che non cambia la sostanza.

4. Se ho un LED con due terminali della stessa lunghezza come capisco qual è l’ànodo e il càtodo?

Normalmente i LED hanno l’ànodo più lungo del càtodo, proprio per poterli riconoscere subito. In qualche caso potrebbero essere della stessa lunghezza, perché magari sono stati tagliati per poter saldare il LED su di un circuito stampato. Come facciamo quindi a riconoscere i due terminali?

Questa operazione è molto semplice e possiamo utilizzare il seguente metodo: create un circuito come quello del mio post del 4 settembre 2017 e inviate lo sketch Blink (modificato per attivare il pin appropriato) alla scheda Arduino. Se il LED si accende, funziona ed è posizionato correttamente; se non si accende potrebbe essere bruciato (oppure è invertito, nel qual caso basta invertire il LED per verificare se funziona).

Una volta accertato in quale posizione funziona, sapete che il terminale collegato all’alimentazione è l’ànodo, mentre il terminale collegato a GND è il càtodo.

Per finire

Attenzione a utilizzare l’ordine di grandezza corretto nei calcoli:

  • nelle formule la tensione si indica in Volt (V): se sono (per esempio) milli-Volt bisogna convertire il valore in Volt
  • nelle formule la corrente si indica in Ampère (A): se sono (per esempio) milli-Ampère bisogna convertire il valore in Ampère
  • nelle formule la resistenza si indica in Ohm: se sono (per esempio) kilo-Ohm bisogna convertire il valore in Ohm

Ovviamente voi potreste avere dei valori leggermente diversi: va benissimo (se non sono MOLTO diversi), perché non è detto che i valori siano assolutamente precisi, l’importante è che siano abbastanza vicini e che teniate sempre presente i calcoli che abbiamo fatto in questo post per adattarli alla vostra situazione reale.

Buona misurazione!  Open-mouthed smile

Pubblicato il 6 settembre 2017, in Arduino, Elettronica, IoT, Programmazione, VS 2017 con tag , , , , . Aggiungi il permalink ai segnalibri. Lascia un commento.

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