Medidor de Tensão Elétrica com Arduino Nano

Este projeto foi desenvolvido para o evento de divulgação científica Grande Desafio, destinado a jovens do ensino básico. Ele consiste em um medidor de tensão elétrica baseado em Arduino Nano, que permite a visualização e análise dos dados de potência em tempo real.

Objetivo

Construir um sistema de medição de tensão e potência elétrica simples, acessível e didático, utilizando:

• Arduino Nano
• Divisores de tensão
• Comunicação serial com computador
• Armazenamento opcional em cartão SD

O sistema também permite a visualização gráfica da potência gerada ao longo do tempo e o cálculo da energia acumulada.

Componentes Utilizados

• Arduino Nano
• Resistores para divisor de tensão (3 MΩ e 100 kΩ)
• Cartão microSD (opcional, para registro dos dados)
• Módulo leitor de cartão SD (opcional)
• Cabos de conexão
• Fonte de tensão a ser medida

Estrutura do Projeto

O projeto é composto por três arquivos principais:

1. basic_voltmeter.ino

Código Arduino que realiza a medição da tensão elétrica através de um divisor de tensão e envia as leituras via porta serial para o computador.

Funções principais:

• Leitura da tensão analógica no pino A0.
• Conversão da leitura para valor real considerando o divisor de tensão.
• Cálculo da potência instantânea assumindo resistência de carga conhecida.
• Envio do valor de potência via comunicação serial.

2. sd_voltimeter.ino

Versão alternativa do projeto que, além de enviar os dados via serial, armazena as medições em um cartão SD conectado ao Arduino.

Funções principais:

• Tudo que a versão básica (basic_voltmeter.ino) faz.
• Criação e escrita em um arquivo .csv no cartão SD com valores de tempo e potência.

3. serial_graph.py

Script Python utilizado no computador para:

• Ler dados de potência enviados pela serial.
• Exibir em tempo real o gráfico de Potência versus Tempo.
• Calcular a energia acumulada através da integração numérica pelo método dos trapézios.

Nota: O script assume a porta serial /dev/ttyUSB0 e taxa de transmissão de 9600 bps. Ajuste conforme necessário.

Instalação e Uso

1. Programar o Arduino:

   • Carregue o basic_voltmeter.ino ou sd_voltimeter.ino no Arduino Nano usando a IDE Arduino.

2. Instalar dependências Python:

   pip install pyserial matplotlib

3. Conectar o Arduino ao computador via USB.

4. Executar o script Python:

python3 serial_graph.py

5. (Opcional): se estiver usando a versão com cartão SD, retire o cartão após o experimento e acesse o arquivo .csv gerado.

Funcionamento Geral

• A tensão é reduzida por um divisor de tensão para manter-se dentro da faixa segura (0–5V) do Arduino.
• O Arduino lê essa tensão, calcula a potência instantânea e envia os dados via serial.
• O computador lê e plota os valores em tempo real, calculando também a energia acumulada.
• Na versão SD, as medições são salvas automaticamente em um cartão microSD.

Exemplo de Gráfico Gerado