Arduino merilnik CAP-ESR-FREQ: 6 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Merilnik CAP-ESR-FREQ z Arduino Duemilanovo.

V tem navodilu lahko najdete vse potrebne informacije o merilnem instrumentu, ki temelji na Arduino Duemilanovem. S tem instrumentom lahko izmerite tri stvari: vrednosti kondenzatorjev v nanofaradih in mikrofaradih, ekvivalentno serijsko upornost (vrednost ESR) kondenzatorja in nenazadnje frekvence med 1 hercem in 3 megaherci. Vsi trije modeli temeljijo na opisih, ki sem jih našel na forumu Arduino in v Hackerstoreju. Ko sem dodal nekaj posodobitev, sem jih združil v en instrument, ki ga upravlja samo en program Arduino ino. Različni števci se izberejo s tripostavnim izbirnim stikalom S2, priključenim na zatiče A1, A2 in A3. Ničenje ESR in ponastavitev števca se izvedeta z enim samim gumbom S3 na A4. Stikalo S1 je stikalo za vklop/izklop napajanja, potrebno za napajanje baterije 9 V DC, ko merilnik ni povezan z računalnikom prek USB -ja. Ti zatiči se uporabljajo za vnos: A0: vnos vrednosti esr. A5: vhod kondenzatorja. D5: frekvenca vnos.

Merilnik uporablja zaslon s tekočimi kristali (LCD), ki temelji na čipu Hitachi HD44780 (ali združljivem) naboru čipov, ki ga najdemo na večini LCD z besedilom. Knjižnica deluje v 4-bitnem načinu (to pomeni, da poleg krmilnih vrstic rs, enable in rw uporablja še 4 podatkovne vrstice). Ta projekt sem začel z LCD -jem, ki ima samo 2 podatkovni povezavi (povezave SDA in SCL I2C), vendar je to na žalost v nasprotju z drugo programsko opremo, ki sem jo uporabil za števce. Najprej bom razložil tri različne števce in na koncu navodila za montažo. Z vsako vrsto števca lahko prenesete tudi ločeno datoteko Arduino ino, če želite namestiti samo to vrsto merilnika.

Korak: Merilnik kondenzatorja

Digitalni števec kondenzatorjev temelji na zasnovi podjetja Hackerstore. Merjenje vrednosti kondenzatorja:

Kapaciteta je merilo sposobnosti kondenzatorja, da shrani električni naboj. Merilnik Arduino se opira na isto osnovno lastnost kondenzatorjev: časovno konstanto. Ta časovna konstanta je opredeljena kot čas, ko napetost na kondenzatorju doseže 63,2% svoje napetosti, ko je popolnoma napolnjena. Arduino lahko meri kapacitivnost, ker je čas polnjenja kondenzatorja neposredno povezan z njegovo kapacitivnostjo z enačbo TC = R x C. TC je časovna konstanta kondenzatorja (v sekundah). R je upor tokokroga (v ohmih). C je kapacitivnost kondenzatorja (v Faradih). Formula za pridobivanje vrednosti kapacitivnosti v Farads je C = TC/R.

V tem merilniku lahko vrednost R nastavite za kalibracijo med 15 kOhm in 25 kOhm prek merilnika števca P1. Kondenzator se napolni preko zatiča D12 in izprazni za naslednje merjenje preko zatiča D7. Vrednost napolnjene napetosti se meri preko zatiča A5. Celotna analogna vrednost na tem zatiču je 1023, zato je 63,2% predstavljeno z vrednostjo 647. Ko je ta vrednost dosežena, program izračuna vrednost kondenzatorja na podlagi zgoraj omenjene formule.

2. korak: Merilnik ESR

Za definicijo ESR glejte

Za izvirno temo foruma Arduino https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0 hvala szmeu za začetek te teme in mikanb za oblikovanje esr50_AutoRange. Uporabil sem to zasnovo, vključno z večino komentarjev in izboljšav pri oblikovanju merilnika esr.

Posodobitev maj 2021: Moj merilnik ESR se včasih obnaša čudno. Veliko časa sem porabil za iskanje vzrokov, vendar jih nisem našel. Preverjanje prvotnih strani foruma Arduino, kot je omenjeno zgoraj, bi lahko bila rešitev….

Enakovredna serijska upornost (ESR) je notranji upor, ki se pojavi zaporedno s kapacitivnostjo naprave. Z njim lahko med popravljanjem poiščete okvarjene kondenzatorje. Noben kondenzator ni popoln, ESR pa izhaja iz upora vodnikov, aluminijaste folije in elektrolita. Pogosto je pomemben parameter pri načrtovanju napajanja, kjer lahko ESR izhodnega kondenzatorja vpliva na stabilnost regulatorja (tj. Povzroči, da ta niha ali preveč reagira na prehodne obremenitve v obremenitvi). To je ena od neidealnih značilnosti kondenzatorja, ki lahko povzroči različne težave pri delovanju elektronskih vezij. Visoka vrednost ESR poslabša delovanje zaradi izgube energije, hrupa in večjega padca napetosti.

Med preskusom za zelo kratek čas skozi kondenzator preide znani tok, tako da se kondenzator ne napolni popolnoma. Tok proizvaja napetost na kondenzatorju. Ta napetost bo produkt toka in ESR kondenzatorja ter zanemarljiva napetost zaradi majhnega naboja v kondenzatorju. Ker je tok znan, se vrednost ESR izračuna tako, da se izmerjena napetost deli s tokom. Rezultati se nato prikažejo na zaslonu merilnika. Preskusni tokovi nastajajo prek tranzistorjev Q1 in Q2, njihove vrednosti so 5mA (nastavitev visokega razpona) in 50 mA (nastavitev nizkega območja) prek R4 in R6. Odvajanje poteka preko tranzistorja Q3. Napetost kondenzatorja se meri preko analognega vhoda A0.

3. korak: Merilnik frekvence

Za izvirne podatke si oglejte forum Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0#main_content_section. Hvala arduinoalemanu za njegovo odlično zasnovo merilnika frekvenc.

Merilnik frekvenc deluje na naslednji način: 16 -časovni merilnik časa/števec1 bo sešteval vse ure, ki prihajajo iz zatiča D5. Časovnik/števec2 bo ustvaril prekinitev vsako milisekundo (1000 -krat na sekundo). Če je v časovniku/števcu1 prišlo do prelivanja, se bo števec prelivov povečal za eno. Po 1000 prekinitvah (= točno ena sekunda) se bo število prelivov pomnožilo s 65536 (takrat števec teče). V ciklu 1000 bo dodana trenutna vrednost števca, ki vam prikaže skupno število taktov ure, ki so prišli v zadnji sekundi. In to je enako frekvenci, ki ste jo želeli izmeriti (frekvenca = ure na sekundo). Meritev postopka (1000) nastavi števce in jih inicializira. Po tem bo zanka WHILE počakala, da rutina servisa prekinitve nastavi parameter_premer na TRUE. To je točno po 1 sekundi (1000 ms ali 1000 prekinitev). Za ljubitelje ta števec frekvenc deluje zelo dobro (poleg nižjih frekvenc lahko dobite 4 ali 5 -mestno natančnost). Še posebej pri višjih frekvencah postane števec zelo ostr. Odločil sem se, da bom prikazal samo 4 številke. To pa lahko prilagodite v razdelku LCD izhod. Kot frekvenčni vhod morate uporabiti pin D5 Arduina. To je predpogoj za uporabo 16 -bitnega merilnika časa/števca 1 čipa ATmega. (preverite, ali so na drugih ploščah Arduino pin). Za merjenje analognih signalov ali nizkonapetostnih signalov je dodan predojačevalnik s predojačevalnim tranzistorjem BC547 in oblikovalcem blokovnih impulzov (Schmittov sprožilec) z ICH 74HC14N.

4. korak: Sestavljanje komponent

Vezja ESR in CAP sta nameščena na kos plošče z luknjami 0,1 cm. Vezje FREQ je nameščeno na ločeni plošči (to vezje je bilo dodano kasneje). Za žične povezave se uporabljajo moške glave. Lcd zaslon je nameščen na zgornjem pokrovu škatle skupaj s stikalom za vklop/izklop. (In eno rezervno stikalo za prihodnje posodobitve). Postavitev je bila narejena na papirju (veliko lažje kot pri uporabi Fritzinga ali drugih oblikovalskih programov). Ta postavitev papirja je bila kasneje uporabljena tudi za preverjanje dejanskega vezja.

5. korak: Montaža škatle

Za montažo vseh komponent in obeh vezij je bila uporabljena črna plastična škatla (dimenzije ŠxGxV 120x120x60 mm). Arduino, vezja za perfboard in nosilec baterije so nameščeni na 6 mm leseno montažno ploščo za enostavno montažo in spajkanje. Na ta način je mogoče sestaviti vse in po končanem namestiti v škatlo. Pod vezji in najlonskimi distančniki Arduino smo uporabili za preprečevanje upogibanja plošč.

Korak 6: Končno ožičenje

Na koncu so vse notranje žične povezave spajkane. Ko je bilo to končano, sem preizkusil preklopne tranzistorje esr prek preskusnih povezav T1, T2 in T3 v shemi ožičenja. Napisal sem majhen preskusni program, s katerim sem vsako sekundo spremenil priključene izhode D8, D9 in D10 iz VISOKEGA v NIZKEGA in to preveril na povezavah T1, T2 in T3 z osciloskopom. narejen s krokodilskimi sponkami.

Za merjenje frekvence lahko uporabite daljše preskusne žice.

Veselo testiranje!