مقدمه
از ورودیهای آنالوگ در میکروکنترلر ها معمولا جهت کنترل و تنظیم خروجی استفاده میشود. برای مثال: کم و زیاد کردن نور یک لامپ یا صدای یک بلندگو.
با تغییر پیوسته ولتاژ این پایه ها از 0 تا Vcc میتوان ورودی آنالوگ را کنترل کرد. میکروکنترلر مقادیر آنالوگ را از طریق روش ADC (Analog to Digital Converter) برای پردازش به سیگنال دیجیتال تبدیل میکند.
سیگنال ورودی باید از جنس ولتاژ باشد. این ولتاژ متغییر را میتوان از طریق پتانسیومتر تولید کرد. یکی از کاربردهای مهم پتانسیومتر: ایجاد ولتاژهای 0 تا Vcc برای اتصال به پایه ورودی آنالوگ. در واقع پتانسیومتر یک مقاومت متغییر است که عمل تنظیم ولتاژ را انجام میدهد.
پتانسیومترها در ظرفیتهای مختلف و با تنوع گوناگون ساخته میشوند. با اینکه ساختار بسیار ساده ای دارند اما در الکترونیک و رباتیک بسیار پرکاربرد هستند.
در ضمن پتانسیومترها دارای دو نوع مکانیکال و دیجیتال هستند. در نوع مکانیکال، پتانسیومتر به صورت دستی و توسط پیچ تنظیم میشود. اما در مدل دیجیتالی این تنظیم توسط برنامهنویسی و به صورت نرمافزاری انجام میگردد.

آنچه در این آموزش یاد میگیرید
هدف از مطالعه این آموزش یادگیری نحوه عملکرد و به کارگیری یک قطعه مهم در الکترونیک به نام پتانسیومتر میباشد. ابتدا اصول و نحوه کارکرد و انواع آن را بیان کرده و سپس پروژه ای در راستای تفهیم مسائل بیان شده انجام میدهیم.
در انتهای این آموزش شما با موارد زیر آشنا شدهاید:
• ساختار یک پتانسیومتر
• انواع پتانسیومتر
• نحوه عملکرد
• انجام تست و مقایسه ای ساده جهت تثبیت مفاهیم ارائه شده

پتانسیومتر چگونه کار می کند؟
هر پتانسیومتر دارای 3 پایه میباشد: دو پایه ترمینال که به 0 و VCC متصل میگردند؛ پایه وسط نیز به عنوان خروجی. در واقع شما با چرخش پتانسیومتر، وضعیت پایه وسط را تغییر میدهید.
ساختار اصلی پتانسیومترها به صورت زیر میباشد:

مقاومت کل پتانسیومتر، مقاومت بین پایههای GND و VCC میباشد. همانطور که مشاهده میکنید R1 مقاومت بین GND و OUTPUT، و R2 مقاومت بین OUTPUT و VCC میباشد. جمع R1 و R2 همواره برابر است با مقاومت کل پتانسیومتر.
نمونه شکل ساختاری و واقعی پتانسیومتر را مشاهده کردید. در مدارات الکترونیکی پتانسیومتر با سمبل و شکل زیر شناخته میشود:

نماد آن دقیقا مانند مقاومتهای ثابت است، با این تفاوت که یک سر قابل تنظیم (پین 2) هم دارد که از نقطه 1 تا نقطه 3 قابلیت تغییر دارد. پین های 1 و 3، پایه های ثابت پتانسیومتر و پین 2، پایه متغییر پتانسیومتر میباشد.
خواندن مقادیر پتانسیومتر هم بسیار ساده میباشد. برای مثال اگر روی پتانسیومتری نوشته شده باشد 103، بدین معناست که مقاومت کل پتانسیومتر 10 کیلواهم میباشد. و یا 252 به معنای 2.5 کیلواهم است.
هدف به کارگیری
هدف استفاده از پتانسیومتر عموما دو مورد میباشد:
• استفاده به عنوان رفرنس ولتاژی: با چرخش پتانسیومتر، مقدار پایه خروجی آن از 0 تا VCC تغییر میکند. مقدار این ولتاژ از یک رابطه ساده تقسیم مقاومتی قابل محاسبه میباشد:

مثلا می توان این پایه را برای ورودی آنالوگ آردوینو، بین 0 تا 5 ولت تغییر داد.
• استفاده به عنوان مقاومت متغیر: برای مثال اگر گفته میشود که پتانسیومتری 10 کیلواهم است، یعنی مقاومت بین پایه های 1 و 3 آن 10 کیلواهم میباشد.
برای فهم دقیق تر این مسئله میتوانید دو سر 2 و 3 پتانسومتر را به مولتی متر وصل کنید و مقاومت متغییر آن را با چرخش پایه وسط مشاهده کنید. بدین صورت درمییابید که این مقاومت از 0 تا 10 اهم تغییر میکند.

انواع پتانسیومتر
انواع پتانسیومتر از نظر کارایی
با اینکه اصول عملکردی همه پتانسیومترها یکسان است، اما مدل های مختلف آنها کاربردهای متفاوتی در مدارهای الکتریکی دارند.

طبق تصویر بالا انواع این پتانسیومترها از نظر کاربرد عبارتاند از :
پتانسیومترهای تک دور (Single-Turn)
این پتانسیومتر ها اغلب کمتر از یک دور دارند. می توانید مدل های مختلف آن ها را در عکس پایین مشاهده کنید.
ویژگی ها:
• با توجه به توان موردنیاز، ابعاد آنها تغییر میکند.
• به علت تعداد دور کم دارای دقت پایینی هستند.
• هم به صورت DIP و هم SMD وجود دارند.
• در مدارهای الکتریکی نقش مهم و کاربرد فراوانی دارند.
کاربردها:
• استفاده در منابع تغذیه برای تنظیم جریان و ولتاژ
• تنظیم و محدود کردن جریان اتصال کوتاه
• کنترل سرعت فن و موتورهای DC
• آمپلی فایرها
• اعمال کنترلی

پتانسیومترهای چند دور (Multi-Turn)
تعداد دور این مدل ها بیشتر از یک دور میباشد. بنابراین میتوانند دقت بالاتری از تغییرات مقاومت را در اختیار شما بگذارند. همچنین دارای دو مدل توان پایین و توان بالا برای کاربردهای گوناگون میباشند.
موارد کاربرد:
• تنظیم جریان و ولتاژ مبدل های الکترونیک
• تنظیم کنتراست LCD
• استفاده در مواردی که به دقت بالایی نیاز دارید

پتانسیومترهای اسلایدی (لغزان)
همانطور که از اسم و تصویر آنها مشخص است، مقدار مقاومت این پتانسیومترها با حرکت خطی و مستقیم پایه متحرک، تغییر میکند.
گاهی اوقات و در بعضی از موارد نیاز دارید مقاومت را به صورت حرکت خطی تغییر دهید. مانند:
• اکولایزرها
• افزایش و کاهش صدا در سیستم های صوتی
• استفاده در اسباب بازی ها (به عنوان کاهش و افزایش سرعت توسط پدال گاز و یا ترمز)
• و …

پتانسیومترهای دیجیتال
بعضی وقت ها میخواهید به صورت نرمافزاری و بدون استفاده از پتانسیومترهای معمول، مقاومت متغییری در دسترس داشته باشید. ماژولها و آیسیهای متنوعی در این زمینه وجود دارند:
• X9C104
• X9C103S
• DS3502

پتانسیومترهای سطحی
این پتانسیومترها بسیار نازک بوده و برای کاربردهای خاص استفاده می شوند. مقاومت این نوع پتانسیومتر، توسط فشار دست کاربر قابل تنظیم میباشد؛ یعنی با حرکت انگشت بر روی صفحه، میزان مقاومت خروجی تغییر میکند.

تنوع از نظر خطی یا غیرخطی بودن
پتانسیومترها دو نوع خطی و غیرخطی نیز دارند. در نوع خطی، تغییرات مقاومت برحسب موقعیت گیره چرخش، خطی میباشد. اما در نوع غیر خطی این تغییرات به صورت غیرخطی اتفاق می افتند. حرف B بر روی پتانسیومترهای چرخشی بیانگر خطی، و حرف A نشان دهنده غیرخطی بودن است.

پتانسیومترهای خطی
همانطور که بیان شد در این پتانسیومترها، تغییرات مقاومت بر اثر چرخش و یا جابهجایی گیره به صورت خطی میباشد. یعنی تغییرات در مقاومت های پایین و مقاومت های بالا برابر است. مثلا اگر گیره در حالت وسط خودش باشد، مقاومت خروجی نصف مقاومت کل میباشد.
اکثر نمونه های موجود در بازار از نوع خطی میباشند.

پتانسیومترهای غیر خطی
در این پتانسیومترها، تغییرات مقاومت بر اثر چرخش و یا جابهجایی گیره به صورت غیرخطی میباشد. تغییرات مقاومت در پتانسومترهای غیر خطی، یا در اول حرکت و یا در آخر با شیب تند و به صورت لگاریتمی اتفاق می افتد.

لوازمی که به آن احتیاج دارید

قطعات موردنیاز
تست و مقایسه پتانسیومترها
برای تست و مقایسه پتانسیومترها از سه عدد پتانسیومتر با مشخصات زیر استفاده کردهایم:
1- پتانسیومتر ولومی 2 کیلواهم

2- پتانسیومتر تریمر خوابیده 1 مگااهم

3- مولتی ترن 1 کیلواهم ایستاده

گام اول: سیمبندی
ابتدا برای انجام تست اول، مدار زیر را آماده کنید.

ما برای این آزمایش از دو عدد باتری لیتیومی به صورت سری استفاده کرده ایم.
پایه های 1 و 3 هر پتانسیومتر را به پایه های مثبت و منفی باتری وصل کرده ایم. این ولتاژ حدود 7.4 ولت میباشد.
ولتاژ متغیر توسط پایه های 2 ایجاد میشود. بنابراین یک عدد سیم برای اندازه گیری ولتاژ به هر یک از این پایه ها وصل کردهایم.
گام دوم: تست و مقایسه ولتاژی
همانطور که گفته شد یکی از کاربردهای پتانسیومترها در مدارها ایجاد رفرنس های مختلف ولتاژی میباشد. به همین جهت سه عدد پتانسیومتر پرکاربرد در مدارات الکترونیکی را آورده ایم تا این مورد را در آنها تست و مقایسه کنیم.
ابتدا از طریق باتری 7.4 ولت، تغذیه پتانسیومترها را تامین میکنیم. سپس ولتاژ بین زمین و پایه 2 همه پتانسیومترها را با چرخش آن اندازه گیری میکنیم:
همانطور که در فیلم بالا مشاهده میکنید، ابتدا ولتاژ رفرنس باتری را اندازه گرفته ایم. مقدار دقیق این ولتاژ 7.43 ولت میباشد.
در گام های بعدی به ترتیب تغییرات ولتاژ در 3 پتانسیومتر را ملاحضه میکنیم و با چرخش پتانسیومتر آنها را از 0 تا ماکزیمم ولتاژ افزایش میدهیم:
پتانسیومتر ولومی 2 کیلواهم:
• مینیمم ولتاژ : 0.08 ولت
• ماکزیمم ولتاژ: 7.15 ولت
• دقت تغییرات ولتاژ: پایین
پتانسیومتر تریمر خوابیده 1 مگااهم:
• مینیمم ولتاژ : 0.00 ولت
• ماکزیمم ولتاژ: 7.25 ولت
• دقت تغییرات ولتاژ: پایین
مولتی ترن 1 کیلواهم ایستاده:
• مینیمم ولتاژ : 0.04 ولت
• ماکزیمم ولتاژ: 7.4 ولت
• دقت تغییرات ولتاژ: بالا
گام سوم: تست و مقایسه دقت مقاومت ها
همانطور که ذکر شد، هدف دوم استفاده از پتانسیومترها به عنوان مقاومت متغیر میباشد.
در آزمایش زیر، ابتدا مقاومت کل پتانسیومترها را از پایه های 1 و 3 اندازهگیری میکنیم. سپس یک پین مولتی متر را به GND و پین دیگر آن را به پایههای 2 وصل کرده و با چرخش آن تغییرات مقاومت را مشاهده میکنیم:
آموزش اتصال و استفاده از پتانسیومتر با آردوینو
تا اینجا با ساختار و انواع پتانسیومترها آشنا شدیم. و تست های ولتاژی و مقاومتی آن را از طریق مولتیمتر مشاهده کردیم.
هماکنون میخواهیم نحوه استفاده از آن به عنوان ورودی آنالوگ در آردوینو را بررسی کنیم.
در این قسمت، با سه پتانسیومتر بیان شده، نور سه LED را از طریق ورودی آنالوگ کنترل میکنیم. در ضمن ولتاژ پایه های وسط هر پتانسیومتر را هم همزمان بر روی سریال مانیتور نمایش میدهیم.
در قدم اول سیم بندی مدار را انجام میدهیم:
گام اول: سیمبندی
مانند شکل زیر سیمبندی را انجام دهید. خروجی 3 پتانسیومتر را به ترتیب به پایه های شماره A1، A0 و A2 متصل کنید.

گام دوم:کدنویسی
پس از اینکه مدار را به صورت بالا آماده کردید، آردوینو خود را از طریق کابل به کامپیوتر وصل کنید و کد زیر را بر روی آن آپلود نمایید:
/*
Potentiometer
made on 23 Jan 2022
by Amir Mohammad Shojaee @ Electropeak
Home<iframe class="wp-embedded-content" sandbox="allow-scripts" security="restricted" style="position: absolute; clip: rect(1px, 1px, 1px, 1px);" title="“Home” — Electropeak" src="https://electropeak.com/learn/embed/#?secret=Sr5VkZciOL" data-secret="Sr5VkZciOL" width="600" height="338" frameborder="0" marginwidth="0" marginheight="0" scrolling="no"></iframe>
*/
int orange_LED = 6;
int green_LED = 9;
int yellow_LED = 10;
void setup() {
// initialize serial communication at 9600 bits per second:
Serial.begin(9600);
pinMode(orange_LED, OUTPUT);
pinMode(green_LED, OUTPUT);
pinMode(yellow_LED, OUTPUT);
}
void loop() {
int orange_pot = analogRead(A2); // read the input on analog pin 0:
float orange_voltage = orange_pot * (5.0 / 1023.0); // Convert the analog reading (which goes from 0 - 1023) to a voltage (0 - 5V):
int x = map(orange_pot, 0, 1023, 0, 255);
analogWrite(orange_LED, x); // print out the value you read:
int green_pot = analogRead(A1); // read the input on analog pin 0:
float green_voltage = green_pot * (5.0 / 1023.0); // Convert the analog reading (which goes from 0 - 1023) to a voltage (0 - 5V):
int y = map(green_pot, 0, 1023, 0, 255);
analogWrite(green_LED, y); // print out the value you read:
int yellow_pot = analogRead(A0); // read the input on analog pin 0:
float yellow_voltage = yellow_pot * (5.0 / 1023.0); // Convert the analog reading (which goes from 0 - 1023) to a voltage (0 - 5V):
int z = map(yellow_pot, 0, 1023, 0, 255);
analogWrite(yellow_LED, z); // print out the value you read:
Serial.print("orange_voltage:");
Serial.print(orange_voltage);
Serial.print(" green_voltage:");
Serial.print(green_voltage);
Serial.print(" yellow_voltage:");
Serial.println(yellow_voltage);
delay(300);
}
به نکات زیر توجه کنید:
• برای تنظیم نور LEDها از 3 پایه PWM با شماره های 6، 9 و 10 استفاده کردیم.
• با اجرای برنامه، ,ولتاژ پایه های وسط پتانسومترها بر روی سریال مانیتور نمایش داده میشود.
گام سوم: مشاهده خروجی
پس از آپلود کد بالا، سریال مانیتور را باز کنید. با چرخش پتانسیومتر ها، خروجی سریال مانیتور و همچنین LED باید به ترتیب طبق فیلم زیر تغییر کنند:
همانطور که مشاهده میکنید:
• دقت تغییرات LED زرد رنگ (پتانسیومتر مولتیترن) بالاتر میباشد.
• مینیمم و ماکزیمم ولتاژ هر کدام تقریبا همان 0 و 5 ولت است.
Comments (2)
سلام ببخشید یه سوال داشتم اون سوراخی که روی پتانسینومتر تریمری به صورت خوابیده هست همونی که مکعبیه چیه دقیقا
من رویه سنسور فرستنده ir خودم اون سوراخ رو با یه پنس فرو کردم به داخل و الان وقتی به اردوینو وصلش میکنم داغ میکنه خوده اردوینو هم خاموش میشه
با سلام
لطفا سوال خود را در انجمن مطرح کنید و عکس از قطعه خود نیز پیوست کنید