Неточные показания напряжения на esp32 в отличие от мультиметра

Я вижу несколько проблем с вашей настройкой:

• Вы только принимаете измерение каждые 100 мс. Это измерение принимает напряжение в течение очень короткого промежутка времени. Но самая низкая струна на гитаре в стандартном тюнинге имеет 82,41 Гц (E2). Вы измеряете на 10 Гц. Согласно теореме выборки Найквиста–Шеннона, вам нужно измерить, по крайней мере, дважды частоту вашей самой низкой частоты, чтобы измерить. В противном случае ваши измеренные данные не будут иметь никакого реального значения и не будут представлять входную волну. Так что вам нужно измерить, по крайней мере, с 165Hz.

• Усилитель может выводить напряжение до своего напряжения питания, то есть 5 В. Вы подключаете выход непосредственно к ESP32, который представляет собой устройство 3,3 В. Это может повредить контакт, который вы используете.

• В настоящее время вы пытаетесь измерить сигнал непосредственно. Но вы написали, что хотите иметь амплитуду. В настоящее время вам нужно будет вычислить это в коде (например, взяв минимальное и максимальное значения в диапазоне времени, превышающем один период самой низкой частоты, то есть не менее 12 мс (1/82, 4 Гц)). Мультиметр, скорее всего, сделает это в аппаратном обеспечении с аналоговой электроникой.

• Я не уверен, хорошо ли подключать динамик и ESP параллельно. Поскольку динамик-это в основном индуктор, движущийся в магнитном поле, вы можете получить обратное напряжение, вызванное им. Это может быть вредно для экстрасенсорного восприятия. Другие здесь могут знать об этом больше.

• Вы подключаете заземление Arduino к заземлению динамика. Но это, скорее всего, не то же самое, что усилители земли. Скорее всего, усилитель управляет динамиком симметрично, так и с отрицательными напряжениями относительно земли динамика. Это может повредить АЦП Arduino. Также неясно, насколько хороша эта земля на самом деле. Этот вывод не предназначен для заземления микроконтроллера. Управление динамиком отличается от измерения напряжения с помощью Arduino, поэтому для этого вам понадобятся разные усилители.

Я не специалист в области аналоговой электроники, но я думаю, что вы могли бы использовать диод, чтобы получить одну полуволну, а затем подать ее в фильтр низких частот. Полученное напряжение является относительно стабильным (в зависимости от частоты среза фильтра) и может быть измерено с помощью ESP. Я уверен, что это даст вам только грубое измерение амплитуды, но достаточно для типичных приложений, таких как визуализация амплитуды. Для действительно точных измерений вам, скорее всего, потребуется использовать более сложную электронику для работы с нелинейностями деталей (особенно диода).

Мне удалось получить точные показания, следуя предложению @chrisl в комментарии.

Вместо того чтобы пытаться получить значения в заданных точках, я теперь усредняю 500 значений, и показания получаются такими, как и ожидалось.

Новый код:

int ampedVoltagePin = 12;
int counter = 0;
int sumOfVoltages = 0;
int sampleSize = 500;
int average;

void setup() {
  pinMode(ampedVoltagePin, INPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {

  sumOfVoltages += analogRead(ampedVoltagePin);
  
  if (counter > sampleSize -2) {
    average = sumOfVoltages/sampleSize;
    Serial.println(average);
    sumOfVoltages = 0;
    counter = 0;
  }
  
  counter ++;
}

Да, вам действительно нужно сделать выборку со скоростью не менее 2 раз выше самой высокой гармоники, которую вы хотите рассмотреть. Но это не самая большая твоя проблема.

LM386 обычно используется с выходным конденсатором. Спецификации чипа говорят, что он "самобалансирующийся", что означает, что его выход находится на половине напряжения питания, когда нет сигнала, а затем качается вверх и вниз от этого. Индуктивность динамика здесь не проблема, дело в том, что он имеет очень низкое сопротивление постоянному току (обычно 8 Ом), и вы помещаете его через источник постоянного тока 2,5 В (выход LM386). Это не очень хорошо для усилителя, и это ужасно для динамика, так как он находится за пределами своей нормальной центральной рабочей точки.

Поэтому используйте большой электролитический конденсатор между LM386 и динамиком. В паспорте указано 250 uFd, но это не критично. Обратите внимание, что вывод + конденсатора должен быть подключен к выходу LM386. Но вход Arduino должен подключаться к усилителю напрямую, как вы делаете это сейчас, и вы должны вычесть +2,5 В из каждого показания, чтобы получить сигнал переменного тока. Затем вы можете обрабатывать это, как вы хотите, например, принимая абсолютное значение и фильтрацию (усреднение с постоянной времени).