„Arduino CAP-ESR-FREQ“matuoklis: 6 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

CAP-ESR-FREQ matuoklis su „Arduino Duemilanove“.

Šioje instrukcijoje rasite visą būtiną informaciją apie matavimo prietaisą, pagrįstą „Arduino Duemilanove“. Naudodami šį prietaisą galite išmatuoti tris dalykus: kondensatoriaus vertes nanofaradose ir mikrofaradose, lygiavertę serijos varžą (ESR reikšmę) ir paskutinį, bet ne mažiau svarbų dažnį tarp 1 Herz ir 3 MegaHerz. Visi trys dizainai yra pagrįsti aprašymais, kuriuos radau „Arduino“forume ir „Hackerstore“. Pridėjęs keletą atnaujinimų, sujungiau juos į vieną instrumentą, valdomą tik viena „Arduino“programa. Skirtingi skaitikliai pasirenkami per trijų padėčių jungiklį S2, prijungtą prie kaiščių A1, A2 ir A3. ESR nulinis nustatymas ir skaitiklio pasirinkimo atstatymas atliekamas vienu mygtuku S3 ant A4. Jungiklis S1 yra maitinimo įjungimo/išjungimo jungiklis, reikalingas 9 V nuolatinės srovės akumuliatoriaus energijai, kai skaitiklis nėra prijungtas prie kompiuterio per USB. Šie kaiščiai naudojami įėjimui: A0: esr vertės įvestis. A5: kondensatoriaus įvestis. D5: dažnis įvesties.

Skaitiklis naudoja skystųjų kristalų ekraną (LCD), pagrįstą „Hitachi HD44780“(arba suderinamu) mikroschemų rinkiniu, kuris yra daugelyje tekstinių LCD ekranų. Biblioteka veikia 4 bitų režimu (t. Y. Naudojant 4 duomenų eilutes be rs, enable ir rw valdymo eilučių). Aš pradėjau šį projektą su LCD, turinčiu tik 2 duomenų linijas (SDA ir SCL I2C jungtys), bet, deja, tai prieštaravo kitai programinei įrangai, kurią naudojau matuokliams. Pirmiausia paaiškinsiu tris skirtingus skaitiklius ir galiausiai surinkimo instrukcijas. Su kiekvieno tipo skaitikliais taip pat galite atsisiųsti atskirą „Arduino ino“failą, jei norite įdiegti tik to tipo skaitiklį.

1 žingsnis: kondensatoriaus matuoklis

Skaitmeninis kondensatoriaus matuoklis yra sukurtas pagal „Hackerstore“dizainą. Kondensatoriaus vertės matavimas:

Talpa yra kondensatoriaus gebėjimo kaupti elektros krūvį matas. „Arduino“matuoklis remiasi ta pačia pagrindine kondensatorių savybe: laiko konstanta. Ši laiko konstanta apibrėžiama kaip laikas, per kurį kondensatoriaus įtampa pasiekia 63,2% jo įtampos, kai visiškai įkrauta. „Arduino“gali išmatuoti talpą, nes laikas, kurį kondensatorius įkrauna, yra tiesiogiai susijęs su jo talpa pagal lygtį TC = R x C. TC yra kondensatoriaus laiko konstanta (sekundėmis). R yra grandinės varža (omais). C yra kondensatoriaus talpa (Farade). Faradų talpos vertės gavimo formulė yra C = TC/R.

Šiame matuoklyje per potmetrą P1 galima nustatyti R reikšmę kalibravimui tarp 15 kOhm ir 25 kOhm. Kondensatorius įkraunamas per kaištį D12 ir išleidžiamas kitam matavimui per kaištį D7. Įkrautos įtampos vertė matuojama per kaištį A5. Visa šio kaiščio analoginė vertė yra 1023, taigi 63,2% yra 647. Kai ši vertė pasiekiama, programa apskaičiuoja kondensatoriaus vertę pagal aukščiau nurodytą formulę.

2 žingsnis: ESR matuoklis

ESR apibrėžimą rasite

Žiūrėkite originalią „Arduino“forumo temą https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0Ačiū szmeu už šios temos pradžią ir mikanb už jo esr50_AutoRange dizainą. Aš naudoju šį dizainą, įskaitant daugumą komentarų ir patobulinimų, skirtų mano esr skaitiklio dizainui.

ATNAUJINIMAS 2021 m. Gegužės mėn.: Mano ESR matuoklis kartais elgiasi keistai. Daug laiko praleidau ieškodamas priežasties (-ių), bet jos neradau. Sprendimas gali būti originalių „Arduino“forumo puslapių patikrinimas, kaip minėta aukščiau …

Ekvivalentinis serijos pasipriešinimas (ESR) yra vidinis pasipriešinimas, rodomas nuosekliai su įrenginio talpa. Jis gali būti naudojamas surasti sugedusius kondensatorius remonto metu. Nė vienas kondensatorius nėra tobulas, o ESR kyla dėl laidų, aliuminio folijos ir elektrolito atsparumo. Dažnai tai yra svarbus maitinimo šaltinio projektavimo parametras, kai išėjimo kondensatoriaus ESR gali paveikti reguliatoriaus stabilumą (ty sukelti svyravimus arba per daug reaguoti į apkrovos pereinamuosius laikus). Tai viena iš ne idealių kondensatoriaus savybių, dėl kurios gali kilti įvairių elektroninių grandinių veikimo problemų. Didelė ESR vertė pablogina našumą dėl energijos nuostolių, triukšmo ir didesnio įtampos kritimo.

Bandymo metu žinoma srovė per kondensatorių praeina labai trumpą laiką, todėl kondensatorius visiškai neįsikrauna. Srovė sukuria įtampą per kondensatorių. Ši įtampa bus kondensatoriaus srovės ir ESR produktas ir nereikšminga įtampa dėl mažo krūvio kondensatoriuje. Kadangi srovė yra žinoma, ESR vertė apskaičiuojama dalijant išmatuotą įtampą iš srovės. Tada rezultatai rodomi skaitiklio ekrane. Bandomosios srovės generuojamos per tranzistorius Q1 ir Q2, jų vertės yra 5mA (aukšto diapazono nustatymas) ir 50mA, (žemo diapazono nustatymas) per R4 ir R6. Iškrovimas atliekamas per tranzistorių Q3. Kondensatoriaus įtampa matuojama naudojant analoginį įėjimą A0.

3 žingsnis: dažnio matuoklis

Originalių duomenų ieškokite „Arduino“forume: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0#main_content_section. Dėkojame arduinoaleman už puikų dažnio matuoklio dizainą.

Dažnio skaitiklis veikia taip: 16 bitų laikmatis/skaitiklis1 susumuoja visus laikrodžius, gaunamus iš kaiščio D5. Laikmatis/skaitiklis2 sukurs pertraukimą kas milisekundę (1000 kartų per sekundę). Jei „Timer/Counter1“yra perpildymas, perpildymo_skaitiklis bus padidintas vienu. Po 1000 pertraukimų (= lygiai viena sekundė) perpildymų skaičius bus padaugintas iš 65536 (tai yra, kai skaitiklis teka). 1000 ciklo metu bus pridėta dabartinė skaitiklio vertė, kuri parodys bendrą paskutinę sekundę įvestų laikrodžio žymių skaičių. Ir tai atitinka dažnį, kurį norėjote išmatuoti (dažnis = laikrodžiai per sekundę). Procedūros matavimas (1000) sukurs skaitiklius ir juos inicijuos. Po to ciklas WHILE palauks, kol pertraukos tarnybinė rutina nustatys matavimo_reikšmę į TRUE. Tai yra tiksliai po 1 sekundės (1000 ms arba 1000 pertraukimų). Mėgėjams šis dažnių skaitiklis veikia labai gerai (be žemesnių dažnių, galite gauti 4 ar 5 skaitmenų tikslumą). Ypač naudojant aukštesnius dažnius, skaitiklis tampa labai tikslus. Aš nusprendžiau rodyti tik 4 skaitmenis. Tačiau tai galite reguliuoti skystųjų kristalų ekrano išvesties skyriuje. Kaip dažnio įvestį turite naudoti „Arduino“D5 kaištį. Tai būtina sąlyga norint naudoti ATmega lusto 16 bitų laikmatį/skaitiklį1. (patikrinkite, ar nėra kitų plokščių „Arduino“kaiščio). Norint išmatuoti analoginius arba žemos įtampos signalus, pridedamas išankstinis stiprintuvas su išankstinio stiprintuvo tranzistoriumi BC547 ir bloko impulsų formuotoju (Schmitt trigeris) su 74HC14N IC.

4 žingsnis: komponentų surinkimas

ESR ir BŽŪP grandinės yra sumontuotos ant plokštės su 0,1 colio atstumu. FREQ grandinė sumontuota ant atskiros plokštės (ši grandinė buvo pridėta vėliau). Laidiniams sujungimams naudojamos antenos. LCD ekranas sumontuotas viršutiniame dėžutės dangtelyje kartu su įjungimo/išjungimo jungikliu. (Ir vienas atsarginis jungiklis būsimiems atnaujinimams). Išdėstymas buvo padarytas ant popieriaus (daug lengviau nei naudojant „Fritzing“ar kitas dizaino programas). Šis popieriaus išdėstymas vėliau taip pat buvo naudojamas tikrajai grandinei patikrinti.

5 žingsnis: dėžutės surinkimas

Visoms sudedamosioms dalims ir abiems plokštėms sumontuoti buvo naudojama juoda plastikinė dėžutė (matmenys P x D x A 120 x 120 x 60 mm). „Arduino“, „perfboard“grandinės ir akumuliatoriaus laikiklis yra sumontuoti ant 6 mm medinės tvirtinimo plokštės, kad būtų lengviau surinkti ir lituoti. Tokiu būdu viską galima surinkti ir, kai baigsite, įdėti į dėžę. Po plokštėmis ir „Arduino“nailono tarpikliais buvo naudojamos plokštės, kad jos nesulenktų.

6 žingsnis: galutinė instaliacija

Galiausiai visos vidinės laidinės jungtys yra lituojamos. Kai tai buvo baigta, aš išbandžiau esr perjungimo tranzistorius per bandymo jungtis T1, T2 ir T3 laidų schemoje. Parašiau nedidelę bandomąją programą, kad prijungtas išvestis D8, D9 ir D10 iš HIGH į LOW pakeistumėte kas sekundę, o osciloskopu tai patikrinau jungtyse T1, T2 ir T3. Norėdami prijungti bandomus kondensatorius, buvo sukurta pora trumpų bandymo laidų. pagamintas naudojant krokodilo spaustuko jungtis.

Dažnio matavimui gali būti naudojami ilgesni bandymo laidai.

Laimingų bandymų!