ESP32 S3 - Spannung messen
In dieser Anleitung lernen Sie, wie Sie mit einem Spannungssensor und einem ESP32 S3 Spannungen von 0 V bis 16,5 V messen. Wir gehen die Verdrahtung, den Code und jeden Schritt im Detail durch, damit Sie auch dann folgen können, wenn Sie neu auf dieser Plattform sind.
Was Sie bauen werden:
- Eine Schaltung, die einen Spannungssensor mit dem ESP32 S3 verbindet
- Code, der den rohen ADC-Wert vom Sensorausgang ausliest
- Eine Spannungsumrechnung, die den ADC-Wert in echte Volt umwandelt
- Eine Ausgabe im Serial Monitor, die aktuelle Spannungswerte anzeigt
Erforderliche Hardware
Oder Sie können die folgenden Kits kaufen:
| 1 | × | DIYables ESP32 S3 Starter-Kit (ESP32 S3 enthalten) | |
| 1 | × | DIYables Sensor-Kit (18 Sensoren/Displays) |
Überblick über Voltage Sensor
Ein Spannungssensor ist eine fertige Spannungsteilerschaltung, die mit bestimmten Widerständen das Messen von Spannung einfach macht. Er enthält zwei Widerstände – 30 kΩ und 7,5 kΩ –, die die Eingangsspannung auf einen Wert herunterteilen, den der ADC Ihres ESP32 S3 sicher lesen kann. Bei einer ADC-Referenzspannung von 3,3 V kann der Sensor Gleichspannungen von 0 V bis 16,5 V messen.
Wichtige Spezifikationen
- Eingangsspannungsbereich: 0 V bis 25 V DC (bei 5 V ADC-Referenz) / 0 V bis 16,5 V DC (bei 3,3 V ADC-Referenz)
- Widerstandsteiler: 30 kΩ (R1) und 7,5 kΩ (R2)
- Ausgangsspannung: proportional zum Eingang, skaliert auf den ADC-Bereich
Pinbelegung
Ein Spannungssensor hat zwei Pingruppen. Die Eingangsschnittstelle wird mit der zu messenden Schaltung verbunden, die Ausgangsschnittstelle mit dem ESP32 S3.
- VCC-Pin (Eingang): Mit dem positiven Messpunkt (höhere Spannung) verbinden.
- GND-Pin (Eingang): Mit dem negativen Messpunkt (niedrigere Spannung) verbinden.
- Vout-/S-Pin (Ausgang): Mit einem ADC-fähigen GPIO des ESP32 S3 verbinden.
- NC-/+-Pin (Ausgang): Nicht anschließen – dieser Pin wird nicht verwendet.
- GND-/--Pin (Ausgang): Mit GND des ESP32 S3 verbinden.
Verdrahtungsdiagramm
Schließen Sie den Spannungssensor wie im folgenden Schaltplan gezeigt mit Jumperkabeln an Ihren ESP32 S3 an. Achten Sie darauf, dass der Vout-Pin des Sensors an einen ADC-fähigen GPIO geht, damit der ESP32 S3 die skalierte Spannung genau auslesen kann.
Dieses Bild wurde mit Fritzing erstellt. Klicken Sie, um das Bild zu vergrößern.
Sicherheitshinweise
Der Ausgang des Spannungssensors ist bereits auf den 3,3-V-ADC-Eingang des ESP32 S3 skaliert, überschreiten Sie daher an den Eingangspins des Sensors nicht 16,5 V. Überprüfen Sie Ihre Verdrahtung immer doppelt, bevor Sie Spannung anlegen, damit keine Überspannung an den ADC-Pin gelangt.
| Spannungssensor Pin | ESP32 S3 Pin |
|---|---|
| Vout (S) | GPIO1 (oder ein beliebiger ADC-fähiger GPIO) |
| GND (-) | GND |
ESP32 S3 Code
Das Messen der Spannung mit dem ESP32 S3 umfasst das Abtasten des ADC, das Anwenden des Teilerverhältnisses des Sensors und die Ausgabe des Ergebnisses im Serial Monitor. Der folgende Code führt alle drei Schritte aus und gibt jede Sekunde einen neuen Messwert aus.
Schnelle Schritte
- Neu beim ESP32 S3? Arbeiten Sie zuerst unsere Anleitung Erste Schritte mit dem ESP32 S3 durch.
- Verbinden Sie den ESP32 S3 wie im Schaltplan gezeigt mit dem Spannungssensor.
- Verbinden Sie das ESP32 S3 Board über ein USB-Kabel mit Ihrem PC.
- Öffnen Sie die Arduino IDE auf Ihrem PC.
- Wählen Sie in der Arduino IDE das richtige ESP32 S3 Board und den COM-Port aus.
- Kopieren Sie den obigen Code und fügen Sie ihn in die Arduino IDE ein.
- Klicken Sie in der Arduino IDE auf die Schaltfläche Upload, um den Code zu kompilieren und auf den ESP32 S3 hochzuladen.
- Öffnen Sie den Serial Monitor in der Arduino IDE.
- Testen Sie, indem Sie 5 V und 3,3 V auf dem ESP32 S3 Board messen.
- Beobachten Sie die Messwerte im Serial Monitor.
- Profi-Tipp: Vergleichen Sie den angezeigten Wert mit einer bekannten Referenzspannung (etwa der 3,3-V-Schiene des ESP32 S3), um die Genauigkeit Ihres Aufbaus schnell einzuschätzen.
Serial Monitor
Nach dem Hochladen zeigt der Serial Monitor jede Sekunde einen neuen Spannungswert an. Die folgenden Werte wurden 2026 beim Messen der 5-V- und 3,3-V-Schiene des ESP32 S3 aufgezeichnet:
※ Notiz:
Möglicherweise stellen Sie fest, dass das Messergebnis leicht vom tatsächlichen Wert abweicht. Der Code verwendet die Funktion analogRead(), um Werte vom ADC zu lesen, der mit dem Spannungssensor verbunden ist. Der ADC des ESP32 S3 eignet sich für Projekte, die keine hohe Genauigkeit erfordern. Bei Projekten, die präzise Messungen benötigen, beachten Sie:
- Der ADC des ESP32 S3 ist nicht perfekt genau und muss eventuell kalibriert werden. Jedes Board kann sich leicht unterschiedlich verhalten.
- Die Kalibrierung kann für Anfänger schwierig sein und liefert nicht immer exakte Ergebnisse.
Für Projekte mit hoher Präzision sollten Sie einen externen ADC (z. B. ADS1115) mit dem ESP32 S3 verwenden. Wenn Sie den ADC dennoch kalibrieren möchten, lesen Sie den ESP32 ADC Calibration Driver.
Anwendungen
Die Spannungsmessung eröffnet mit dem ESP32 S3 zahlreiche reale Überwachungs- und Schutzaufgaben. Einige praktische Anwendungen:
- Batteriestandsanzeige: Überwachen Sie den Ladezustand eines LiPo- oder Bleiakkus und zeigen Sie ihn auf einem OLED oder einer LED-Balkenanzeige an.
- Überwachung der Stromversorgung: Prüfen Sie kontinuierlich eine DC-Schiene und lösen Sie eine Warnung aus, wenn die Spannung unter einen sicheren Schwellenwert fällt.
- Solarpanel-Überwachung: Verfolgen Sie die Ausgangsspannung eines Solarpanels, um Daten zur Energieerzeugung über die Zeit zu protokollieren.
- Lasttests: Messen Sie den Spannungsabfall über einer Last, um die Stromaufnahme zu berechnen und Fehler zu erkennen.
- Kfz-Diagnose: Lesen Sie die Spannung einer 12-V-Autobatterie über den Teiler des Sensors aus und warnen Sie, wenn die Batterie schwach ist.
Video Tutorial
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Sehen Sie sich unten die Schritt-für-Schritt-Videoanleitung für dieses ESP32 S3 Projekt an.
Herausforderungen
Da Sie nun eine funktionierende Spannungsmessschaltung mit dem ESP32 S3 haben, erweitern Sie das Projekt mit diesen Übungen, um Ihr Verständnis zu vertiefen.
- Anfänger: Ändern Sie den GPIO-Pin für das Signal des Spannungssensors, passen Sie den Code entsprechend an und prüfen Sie, ob die Messwerte weiterhin korrekt angezeigt werden.
- Fortgeschritten: Fügen Sie im Code eine Schwellenwertprüfung hinzu, sodass der ESP32 S3 eine LED einschaltet, wenn die gemessene Spannung unter einen benutzerdefinierten Mindestwert fällt.
- Experte: Speichern Sie die Spannungswerte auf einer SD-Karte oder senden Sie sie per WLAN an ein Web-Dashboard, um ein einfaches System zur Fernüberwachung der Spannung zu erstellen.