Arduino Widerstand messen – ein Arduino Ohmmeter

In verschiedenen Arduino Projekten ist es notwendig Widerstände zu messen, um beispielsweise ein Widerstandsthermometer auszulesen. Grundsätzlich lässt sich ein Arduino zusammen mit einem Messwiderstand als ein einfaches Ohmmeter benutzen. Dazu sind nur ein zusätzlicher Widerstand und einige Kabel notwendig. Zusätzlich wäre es gut, ein Multimeter zu besitzen, um das Arduino-Ohmmeter zu kalibrieren.

Stückliste                            Werkzeuge

1 x Arduino                        Multimeter (optional)

1 x Widerstand

Das Tutorial unterteilt lässt sich in die Abschnitte physikalische Grundlagen, Aufbau des Ohmmeters und Optimierung der Widerstandsmessung unterteilen.

Theoretische Grundlagen der Widerstandsmessung

Die Messung eines Widerstands mit einem Arduino erfolgt im einfachsten Fall durch die Messung einer Spannung, die über den zu messenden Widerstand abfällt. Dazu ist es notwendig eine kleine Schaltung zu bauen, die die Widerstandsmessung ermöglicht. Betrachten wir erstmal den theoretischen Hintergrund der Messung.

Auf dem dargestellten Schaltplan sind die Widerstände R1 und R2 in Reihe geschaltet. Zwischen den beiden ist eine Spannungsmessung vorgesehen, die den Spannungsabfall über dem Widerstand R1 misst. Auf Basis der so ermittelten Messdaten lässt sich der Wert von R2 rechnerisch ermitteln. Dazu muss die folgende Gleichung nach R1 aufgelöst werden. Die genauen Zusammenhänge werden zum Beispiel hier erklärt.

Möchten wir nun den Wert von R1 ermitteln, benötigen wir die Werte von R2, U1 und U2. Der Widerstand R2 ist der sogenannte Messwiderstand. Dessen Wert muss einmal ermittelt und im Programmcode hinterlegt werden. Die Spannungen U1 und U2 können aus der Gesamtspannung (Uges) und der zwischen den Widerständen gemessenen Teilspannung errechnet werden.

U1 = gemessene Spannung

U2 = Uges – U1

Nun haben wir alle Größen, die wir für die Messung des Widerstands R1 benötigen. Jetzt müssen wir nur noch die Spannung U1 richtig messen. Dazu ist es erforderlich die Funktionsweise der anlogen Eingänge des Arduinos zu kennen. Diese ermitteln aus einer am Eingang angelegten Spannung einen Messwert als ganze Zahl (0 – 1023). Dazu wird die maximal mögliche Spannung – also die Spannung mit der der Arduino versorgt wird – in 1024 Teile zerlegt und die gemessene Spannung mit dem Befehl analogRead() als Anteil von 1024 zurückgegeben.

Sofern der Arduino mit 5V (USB-Betrieb) versorgt wird, ergibt sich die folgende Zuordnung von Spannungen und Messwerten.

Angelegte Spannung – Messwert am analogen Eingang

0V – 0

1V – 204

2,5V – 512

4V – 818

5V- 1023

Möchte man nun aus dem an einem anlogen Eingang gemessenen Wert eine Spannung ermitteln, muss der Messwert durch die gesamte Anzahl von Anteilen (1024) geteilt und das Ergebnis mit der maximal möglichen Spannung (z. B. 5V) multipliziert werden.

Aus diesen beiden Sachverhalten (Spannungsermittlung und Widerstandsberechnung) lässt sich nun ein kleines Programm erstellen, dass Widerstände mit einem Arduino messen kann.