Как я могу использовать вход 12 В на цифровом выводе Arduino?

Хорошие новости! Это будет дешево! :-)

Простой резистивный делитель снизит 12 В до 5 В, которые может переварить Arduino. Выходное напряжение можно рассчитать как

$V_{OUT} = \dfrac{R2}{R1+R2} V_{IN}$

Хорошим выбором являются номиналы резисторов в диапазоне 10 кОм. Если ваш R2 составляет 10 кОм, то R1 должен быть 14 кОм. Теперь 14 кОм не стандартное значение, а 15 кОм. Ваше входное напряжение будет 4,8 В вместо 5 В, но Arduino будет воспринимать это как высокий уровень. У вас также есть небольшой запас на случай, если 12 В окажется слишком высоким. Даже 18 кОм по-прежнему дадут вам достаточно высокие 4,3 В, но тогда вы должны начать думать о 12 В как о слишком низком уровне. Будет ли напряжение по-прежнему восприниматься как высокое? Я бы остановился на 15 кОм.

редактировать
Вы упомянули автомобильную среду, и тогда вам нужна дополнительная защита. 12 В автомобиля никогда не бывает 12 В, но в большинстве случаев выше, с пиками на несколько вольт выше номинальных 12 В. (На самом деле номинал больше похож на 12,9 В, по 2,15 В на ячейку.) диод параллельно R2, и это должно отсекать любое напряжение, превышающее 5 В стабилитрона. Но напряжение стабилитрона зависит от тока, и при низком входном токе, который дают резисторы, оно отключится при более низких напряжениях. Лучшим решением было бы установить диод Шоттки между входом Arduino и источником питания 5 В. Тогда любое входное напряжение выше примерно 5,2 В приведет к тому, что диод Шоттки будет работать, а входное напряжение будет ограничено 5,2 В. Для этого вам действительно нужен диод Шоттки, обычный PN-диод имеет 0.

Оптрон Better
Michael's - хорошая альтернатива, хотя и немного дороже. Вы часто будете использовать оптопару для изоляции входа от вывода, но вы также можете использовать ее для защиты входа, как здесь.

Как это работает: входной ток зажигает внутренний инфракрасный светодиод, который вызывает выходной ток через фототранзистор. Соотношение между входным и выходным током называется CTR , что означает коэффициент передачи тока. CNY17 имеет минимальный CTR 40 %, что означает, что вам нужно 10 мА на входе для 4 мА на выходе. Перейдем к входу 10 мА. Тогда R1 должно быть (12 В - 1,5 В) / 10 мА = 1 кОм. Выходной резистор должен вызвать падение на 5 В при 4 мА, тогда это должно быть 5 В / 4 мА = 1250 Ом. Лучше чуть повыше, все равно больше 5В напряжение не упадет. 4,7 кОм ограничит ток примерно до 1 мА.

Vcc — это источник питания Arduino 5 В, Vout поступает на вход Arduino. Обратите внимание, что вход будет инвертирован: низкий уровень, если есть 12 В, и высокий, если его нет. Если вы этого не хотите, вы можете поменять местами выход оптопары и подтягивающий резистор.

edit 2
Как решение с оптопарой не решает проблему перенапряжения? Резисторный делитель логометрический: выходное напряжение является фиксированным отношением входного. Если вы рассчитали 5 В на выходе при 12 В на входе, то 24 В на входе дадут 10 В на выходе. Не в порядке, следовательно, защитный диод.

В схеме оптопары видно, что правая сторона, которая подключается к входному контакту Arduino, вообще не имеет напряжения выше 5 В. Если оптопара включена, транзистор будет потреблять ток, я использовал 4 мА в приведенном выше примере. 1,2 кОм вызовет падение напряжения на 4,8 В в соответствии с законом Ома (ток, умноженный на сопротивление = напряжению). Тогда выходное напряжение будет 5 В (Vcc) - 4,8 В на резисторе = 0,2 В, это низкий уровень. Если ток будет ниже, падение напряжения также будет меньше, а выходное напряжение возрастет. Ток 1 мА, например, вызовет падение на 1,2 В, а выходное напряжение будет 5 В - 1,2 В = 3,8 В. Минимальный ток равен нулю. Тогда у вас не будет напряжения на резисторе, и на выходе будет 5 В. Это максимум, вот.

Что, если входное напряжение станет слишком высоким? Вы случайно подключили аккумулятор на 24 В вместо 12 В. Тогда ток светодиода удвоится, с 10 мА до 20 мА. CTR 40 % вызовет выходной ток 8 мА вместо расчетных 4 мА. 8 мА через резистор 1,2 кОм будет падением 9,6 В. Но от источника питания 5 В это было бы отрицательным, а это невозможно; здесь нельзя опускаться ниже 0 В. Таким образом, в то время как оптопара очень хотела бы потреблять 8 мА, резистор будет ограничивать это. Максимальный ток через него - это когда на него подаются полные 5 В. Тогда на выходе действительно будет 0 В, а ток 5 В / 1,2 кОм = 4,2 мА. Таким образом, какой бы источник питания вы ни подключили, выходной ток не превысит этого значения, а напряжение останется в диапазоне от 0 до 5 В. Дополнительная защита не требуется.

Если вы ожидаете перенапряжения, вам придется проверить, может ли светодиод оптопары выдержать повышенный ток, но 20 мА не будут проблемой для большинства оптопары (они часто рассчитаны на максимум 50 мА), и, кроме того, это для двойного входное напряжение, чего, вероятно, не произойдет в реальной жизни.

Хороший способ изолировать сигнал переключателя 12 В — пропустить его через оптопару. Схема будет настроена примерно так.

Vi на диаграмме представляет 12 В в вашей цепи, которая переключается вашим переключателем (S1). Выберите R1, чтобы ограничить ток через часть D1 оптопары до уровня, который находится в пределах номинальных значений выбранного компонента.

Оптопары не являются самыми быстрыми компонентами в мире, особенно самыми дешевыми, но в случае медленного действия, такого как переключатель, управляемый человеком, скорость соединителя не имеет большого значения.

Для независимости от напряжения используйте резистор для регулирования тока и стабилитрон для регулирования напряжения, например:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

С резистором 30 кОм это будет выдавать 4,99 В и потреблять всего около 234 мкА при 12 В.
В этом случае:
R1 потребляет 234 мкА x (12 В - 4,99 В) = 1,64 мВт.
D1 потребляет 234 мкА x 4,99 В = 1,17 мВт.

Общая потребляемая мощность: 2,81 мВт (при высоком входе)

Вы также можете использовать диод и резистор следующим образом:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Я бы сделал резистор довольно жестким, иначе вы будете потреблять много энергии от этой схемы. Прелесть этой схемы (по сравнению с делителем напряжения) в том, что ее не волнует, составляет ли ваше исходное напряжение 12 В, 14 В или 15 В: оно будет 5 В (фактически 5,2-5,3 В в зависимости от диода) независимо от входное напряжение.

Немного поздно, но в моей машине я использую LM7805. Отлично работает и стоит дешево.