Arduino CAP-ESR-FREQ mērītājs: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

CAP-ESR-FREQ mērītājs ar Arduino Duemilanove.

Šajā pamācībā varat atrast visu nepieciešamo informāciju par mērinstrumentu, kura pamatā ir Arduino Duemilanove. Ar šo instrumentu var izmērīt trīs lietas: kondensatora vērtības nanofaradās un mikrofaradās, kondensatora ekvivalento sērijas pretestību (ESR vērtību) un pēdējās, bet ne mazāk svarīgās frekvences starp 1 Herz un 3 MegaHerz. Visi trīs modeļi ir balstīti uz aprakstiem, kurus atradu Arduino forumā un Hackerstore. Pēc dažu atjauninājumu pievienošanas es tos apvienoju vienā instrumentā, ko kontrolēju tikai ar vienu Arduino ino programmu. Dažādos skaitītājus izvēlas, izmantojot trīs pozīciju izvēles slēdzi S2, kas savienots ar tapām A1, A2 un A3. ESR nulles iestatīšana un skaitītāja izvēles atiestatīšana tiek veikta, izmantojot vienu spiedpogu S3 uz A4. Slēdzis S1 ir barošanas ieslēgšanas/izslēgšanas slēdzis, kas nepieciešams 9 V līdzstrāvas akumulatora jaudai, ja skaitītājs nav savienots ar datoru, izmantojot USB. Šīs tapas tiek izmantotas ievadīšanai: A0: esr vērtības ievade. A5: kondensatora ievade. D5: frekvence ievadi.

Skaitītājs izmanto šķidro kristālu displeju (LCD), kura pamatā ir Hitachi HD44780 (vai saderīgs) mikroshēmojums, kas atrodams lielākajā daļā teksta LCD. Bibliotēka darbojas 4 bitu režīmā (t.i., izmantojot 4 datu līnijas papildus rs, enable un rw vadības līnijām). Es sāku šo projektu ar lcd ar tikai 2 datu līnijām (SDA un SCL I2C savienojumi), bet diemžēl tas bija pretrunā ar citu programmatūru, ko izmantoju skaitītājiem. Vispirms es paskaidrošu viņam trīs dažādus skaitītājus un visbeidzot montāžas instrukcijas. Izmantojot katra veida skaitītājus, varat lejupielādēt arī atsevišķu Arduino ino failu, ja vēlaties instalēt tikai konkrēto skaitītāja veidu.

1. darbība: kondensatora mērītājs

Digitālā kondensatora skaitītāja pamatā ir Hackerstore dizains. Kondensatora vērtības mērīšana:

Kapacitāte ir kondensatora spējas rādītājs, lai saglabātu elektrisko lādiņu. Arduino skaitītājs balstās uz to pašu kondensatoru pamatīpašību: laika konstanti. Šī laika konstante tiek definēta kā laiks, kas nepieciešams, lai spriegums kondensatorā sasniegtu 63,2% no tā sprieguma, kad tas ir pilnībā uzlādēts. Arduino var izmērīt kapacitāti, jo kondensatora uzlādes laiks ir tieši saistīts ar tā kapacitāti ar vienādojumu TC = R x C. TC ir kondensatora laika konstante (sekundēs). R ir ķēdes pretestība (omos). C ir kondensatora kapacitāte (Faradā). Formula kapacitātes vērtības iegūšanai Faradā ir C = TC/R.

Šajā skaitītājā R vērtību var iestatīt kalibrēšanai starp 15 kOhm un 25 kOhm, izmantojot potmetru P1. Kondensators tiek uzlādēts caur tapu D12 un izlādēts nākamajai mērīšanai, izmantojot tapu D7. Uzlādētā sprieguma vērtību mēra, izmantojot tapu A5. Pilna analogā vērtība uz šīs tapas ir 1023, tātad 63,2% tiek attēlota ar vērtību 647. Kad šī vērtība tiek sasniegta, programma aprēķina kondensatora vērtību, pamatojoties uz iepriekš minēto formulu.

2. darbība: ESR mērītājs

ESR definīciju skatiet vietnē

Skatiet sākotnējo Arduino foruma tēmu https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0Paldies szmeu par šīs tēmas sākumu un mikanb par viņa esr50_AutoRange dizainu. Es izmantoju šo dizainu, ieskaitot lielāko daļu komentāru un uzlabojumu manam esr skaitītāja dizainam.

UPDATE 2021. gada maijs: mans ESR mērītājs dažreiz uzvedas dīvaini. Es pavadīju daudz laika, lai atrastu iemeslu (-us), bet to neatradu. Oriģinālo Arduino foruma lapu pārbaude, kā minēts iepriekš, varētu būt risinājums….

Ekvivalenta sērijas pretestība (ESR) ir iekšējā pretestība, kas parādās sērijveidā ar ierīces kapacitāti. To var izmantot bojātu kondensatoru atrašanai remonta sesiju laikā. Neviens kondensators nav ideāls, un ESR nāk no vadu, alumīnija folijas un elektrolīta pretestības. Tas bieži ir svarīgs parametrs elektroapgādes projektēšanā, kad izejas kondensatora ESR var ietekmēt regulatora stabilitāti (ti, izraisot tā svārstības vai pārmērīgu reakciju uz slodzes pārejām). Tā ir viena no neideālām kondensatora īpašībām, kas var izraisīt dažādas darbības problēmas elektroniskajās shēmās. Augsta ESR vērtība pasliktina veiktspēju jaudas zudumu, trokšņa un lielāka sprieguma krituma dēļ.

Pārbaudes laikā zināma strāva tiek izvadīta caur kondensatoru ļoti īsu laiku, tāpēc kondensators pilnībā neuzlādējas. Strāva rada spriegumu pāri kondensatoram. Šis spriegums būs kondensatora strāvas un ESR produkts, kā arī nenozīmīgs spriegums, jo kondensatorā ir neliels lādiņš. Tā kā strāva ir zināma, ESR vērtību aprēķina, dalot izmērīto spriegumu ar strāvu. Rezultāti tiek parādīti skaitītāja displejā. Testa strāvas tiek ģenerētas, izmantojot tranzistorus Q1 un Q2, to vērtības ir 5mA (augsta diapazona iestatījums) un 50mA, (zema diapazona iestatījums), izmantojot R4 un R6. Izlāde tiek veikta, izmantojot tranzistoru Q3. Kondensatora spriegumu mēra, izmantojot analogo ieeju A0.

3. darbība: frekvences mērītājs

Sākotnējos datus skatiet Arduino forumā: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0#main_content_section. Paldies arduinoaleman par lielisko frekvences mērītāja dizainu.

Frekvenču skaitītājs darbojas šādi: 16 bitu taimeris/skaitītājs1 saskaitīs visus pulksteņus, kas nāk no tapas D5. Taimeris/skaitītājs2 radīs pārtraukumu ik pēc milisekundes (1000 reizes sekundē). Ja taimerī/skaitītājā1 ir pārpilde, pārplūdes_skaitītājs tiks palielināts par vienu. Pēc 1000 pārtraukumiem (= tieši viena sekunde) pārplūdes skaits tiks reizināts ar 65536 (tas ir tad, kad skaitītājs pārplūst). Ciklā 1000 tiks pievienota skaitītāja pašreizējā vērtība, norādot kopējo pulksteņa atzīmju skaitu, kas tika ievadīts pēdējā sekundē. Un tas ir līdzvērtīgs frekvencei, kuru vēlējāties izmērīt (frekvence = pulksteņi sekundē). Procedūras mērījums (1000) izveidos skaitītājus un inicializēs tos. Pēc tam WHILE cilpa gaidīs, kamēr pārtraukuma servisa rutīna iestatīs mērījumu_ gatavu uz TRUE. Tas ir tieši pēc 1 sekundes (1000 ms vai 1000 pārtraukumi). Hobijiem šis frekvenču skaitītājs darbojas ļoti labi (izņemot zemākas frekvences, jūs varat iegūt 4 vai 5 ciparu precizitāti). Īpaši ar augstākām frekvencēm skaitītājs kļūst ļoti precīzs. Esmu nolēmis parādīt tikai 4 ciparus. Tomēr to var pielāgot LCD izvades sadaļā. Kā frekvences ieeja jāizmanto Arduino D5 tapa. Tas ir priekšnoteikums, lai izmantotu ATmega mikroshēmas 16 bitu taimeri/skaitītāju1. (lūdzu, pārbaudiet, vai nav citu dēļu Arduino tapā). Lai izmērītu analogos signālus vai zemsprieguma signālus, tiek pievienots priekšpastiprinātājs ar priekšpastiprinātāja tranzistoru BC547 un bloka impulsu veidotāju (Schmitt sprūda) ar 74HC14N IC.

4. solis: komponentu montāža

ESR un KLP shēmas ir uzstādītas uz perforētas plātnes ar caurumiem 0,1 collu attālumā. FREQ ķēde ir uzstādīta uz atsevišķas plātnes (šī shēma tika pievienota vēlāk). Vadu savienojumiem tiek izmantotas vīriešu kārtas galvenes. LCD ekrāns ir uzstādīts kastes augšējā vākā kopā ar ieslēgšanas/izslēgšanas slēdzi. (Un viens rezerves slēdzis turpmākiem atjauninājumiem). Izkārtojums tika veidots uz papīra (daudz vieglāk nekā izmantot Fritzing vai citas dizaina programmas). Šis papīra izkārtojums vēlāk tika izmantots arī, lai pārbaudītu reālo ķēdi.

5. solis: kastes montāža

Visu detaļu un abu shēmu plates montāžai tika izmantota melna plastmasas kaste (izmēri WxDxH 120x120x60 mm). Arduino, perfboard shēmas un akumulatora turētājs ir uzstādīti uz 6 mm koka stiprinājuma plāksnes, lai tos būtu viegli montēt un lodēt. Šādā veidā visu var salikt un, kad tas ir pabeigts, to var ievietot kastē. Zem shēmas plates un Arduino neilona starplikas tika izmantotas, lai novērstu plākšņu saliekšanu.

6. solis: galīgā elektroinstalācija

Visbeidzot, visi iekšējie vadu savienojumi ir pielodēti. Kad tas bija pabeigts, es pārbaudīju esr komutācijas tranzistorus, izmantojot testa savienojumus T1, T2 un T3 elektroinstalācijas shēmā. Es uzrakstīju nelielu testa programmu, lai katru sekundi mainītu pievienotos izvadus D8, D9 un D10 no HIGH uz LOW, un pārbaudīju to savienojumos T1, T2 un T3 ar osciloskopu. Lai savienotu testējamos kondensatorus, tika izveidoti pāris īsi testa vadi. izgatavots ar krokodila skavu savienojumiem.

Frekvences mērīšanai var izmantot garākus testa vadus.

Laimīgu pārbaudi!