Merač Arduino CAP-ESR-FREQ: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Merač CAP-ESR-FREQ s Arduino Duemilanove.

V tomto návode nájdete všetky potrebné informácie o meracom prístroji založenom na Arduino Duemilanove. S týmto prístrojom môžete merať tri veci: hodnoty kondenzátora v nanofaradoch a mikrofaradoch, ekvivalentný sériový odpor (hodnota ESR) kondenzátora a v neposlednom rade frekvencie medzi 1 Herz a 3 MegaHerz. Všetky tri návrhy sú založené na popisoch, ktoré som našiel na fóre Arduino a na Hackerstore. Po pridaní niektorých aktualizácií som ich spojil do jedného nástroja, ovládaného iba jedným programom Arduino ino. Rôzne merače sa volia pomocou trojpolohového prepínača S2, ktorý je spojený s kolíkmi A1, A2 a A3. Nulovanie ESR a reset výberu merača sa vykonáva pomocou jediného tlačidla S3 na A4. Prepínač S1 je vypínač napájania ZAP/VYP, potrebný na napájanie 9 V jednosmerným prúdom, keď merač nie je pripojený k počítaču cez USB. Tieto kolíky sa používajú na vstup: A0: vstup hodnoty esr. A5: vstup kondenzátora. D5: frekvencia vstup.

Merač používa displej z tekutých kryštálov (LCD) na základe čipovej sady Hitachi HD44780 (alebo kompatibilnej), ktorú nájdete na väčšine textových LCD displejov. Knižnica funguje v 4-bitovom režime (t. J. Okrem riadiacich riadkov rs, enable a rw používa aj 4 dátové riadky). Začal som tento projekt s LCD s iba 2 údajmi (pripojenia SDA a SCL I2C), ale bohužiaľ to bolo v rozpore s iným softvérom, ktorý som použil pre merače. Najprv mu vysvetlím tri rôzne merače a nakoniec montážny návod. Ku každému typu meradla si môžete stiahnuť aj samostatný súbor Arduino ino, ak chcete nainštalovať iba konkrétny typ meradla.

Krok 1: Kondenzátorový merač

Digitálny kondenzátorový meter je založený na dizajne od Hackerstore. Meranie hodnoty kondenzátora:

Kapacita je mierou schopnosti kondenzátora uchovávať elektrický náboj. Merač Arduino sa spolieha na rovnakú základnú vlastnosť kondenzátorov: časovú konštantu. Táto časová konštanta je definovaná ako čas potrebný na to, aby napätie na kondenzátore dosiahlo 63,2% jeho napätia pri úplnom nabití. Arduino môže merať kapacitu, pretože čas potrebný na nabitie kondenzátora priamo súvisí s jeho kapacitou pomocou rovnice TC = R x C. TC je časová konštanta kondenzátora (v sekundách). R je odpor obvodu (v ohmoch). C je kapacita kondenzátora (vo Faradoch). Vzorec na získanie hodnoty kapacity vo Faradoch je C = TC/R.

V tomto merači je možné hodnotu R nastaviť na kalibráciu medzi 15 kOhm a 25 kOhm pomocou potenciometra P1. Kondenzátor sa nabíja prostredníctvom kolíka D12 a vybíja sa pre ďalšie meranie pomocou kolíka D7. Hodnota nabitého napätia sa meria pomocou kolíka A5. Úplná analógová hodnota na tomto kolíku je 1023, takže 63,2% predstavuje hodnota 647. Keď sa dosiahne táto hodnota, program vypočíta hodnotu kondenzátora na základe vyššie uvedeného vzorca.

Krok 2: Merač ESR

Definíciu ESR nájdete na

Pozrite si pôvodnú tému fóra Arduino https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0Ďakujem szmeu za začiatok tejto témy a mikanb za jeho dizajn esr50_AutoRange. Použil som tento dizajn vrátane väčšiny pripomienok a vylepšení pre môj dizajn esr merača.

AKTUALIZÁCIA máj 2021: Môj merač ESR sa niekedy správa zvláštne. Strávil som veľa času hľadaním dôvodov, ale nenašiel som ich. Riešením by mohla byť kontrola pôvodných stránok fóra Arduino, ako je uvedené vyššie.

Ekvivalentný sériový odpor (ESR) je vnútorný odpor, ktorý sa vyskytuje v sérii s kapacitou zariadenia. Môže sa použiť na nájdenie chybných kondenzátorov počas opravných relácií. Žiadny kondenzátor nie je dokonalý a ESR pochádza z odporu elektród, hliníkovej fólie a elektrolytu. Často je to dôležitý parameter v návrhu napájacieho zdroja, kde ESR výstupného kondenzátora môže ovplyvniť stabilitu regulátora (tj. Spôsobiť jeho osciláciu alebo nadmernú reakciu na prechodné deje v záťaži). Je to jedna z neideálnych vlastností kondenzátora, ktorá môže spôsobiť rôzne problémy s výkonom v elektronických obvodoch. Vysoká hodnota ESR znižuje výkon v dôsledku strát energie, hluku a vyššieho poklesu napätia.

Počas testu prechádza kondenzátorom známy prúd veľmi krátko, aby sa kondenzátor úplne nenabil. Prúd vytvára napätie cez kondenzátor. Toto napätie bude súčinom prúdu a ESR kondenzátora plus zanedbateľného napätia kvôli malému náboju v kondenzátore. Pretože je prúd známy, hodnota ESR sa vypočíta vydelením nameraného napätia prúdom. Výsledky sa potom zobrazia na displeji meradla. Testovacie prúdy sú generované cez tranzistory Q1 a Q2, ich hodnoty sú 5mA (nastavenie vysokého rozsahu) a 50mA, (nastavenie nízkeho rozsahu) cez R4 a R6. Vybíjanie sa vykonáva pomocou tranzistora Q3. Napätie kondenzátora sa meria pomocou analógového vstupu A0.

Krok 3: Frekvenčný merač

Pôvodné údaje nájdete vo fóre Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0#main_content_section. Vďaka arduinoalemanovi za skvelý dizajn frekvenčného merača.

Počítadlo frekvencií funguje nasledovne: 16bitový časovač/počítadlo1 bude sčítavať všetky hodiny prichádzajúce z pinu D5. Časovač/počítadlo2 bude generovať prerušenie každú milisekundu (1 000 -krát za sekundu). Ak dôjde k pretečeniu v časovači/počítadle1, overflow_counter sa zvýši o jednu. Po 1 000 prerušení (= presne jedna sekunda) sa počet pretečení vynásobí číslom 65 536 (vtedy pretečie počítadlo). V cykle 1000 sa sčíta aktuálna hodnota počítadla, čo vám poskytne celkový počet hodín, ktoré za posledné sekundy prišli. A toto je ekvivalent frekvencie, ktorú ste chceli merať (frekvencia = hodiny za sekundu). Meranie postupu (1000) nastaví počítadlá a inicializuje ich. Potom slučka WHILE počká, kým obslužná rutina prerušenia nastaví measurement_ready na TRUE. Je to presne po 1 sekunde (1 000 ms alebo 1 000 prerušení). Pre domácich majstrov funguje tento čítač frekvencií veľmi dobre (okrem nižších frekvencií môžete získať 4 alebo 5 -miestnu presnosť). Zvlášť pri vyšších frekvenciách je počítadlo veľmi presné. Rozhodol som sa zobraziť iba 4 číslice. Môžete to však nastaviť v sekcii výstupu LCD. Ako frekvenčný vstup musíte použiť pin D5 Arduina. Toto je predpokladom použitia 16 -bitového časovača/počítadla1 čipu ATmega. (ďalšie piny skontrolujte v kolíku Arduino). Na meranie analógových signálov alebo signálov nízkeho napätia je predzosilňovač doplnený tranzistorom predzosilňovača BC547 a tvarovačom blokových impulzov (Schmittov spúšť) s integrovaným obvodom 74HC14N.

Krok 4: Zostava komponentov

Obvody ESR a CAP sú namontované na kuse perfboardu s otvormi vo vzdialenosti 0,1 palca. Obvod FREQ je namontovaný na samostatnej perfboarde (tento obvod bol pridaný neskôr). Na káblové pripojenia sa používajú zástrčky. Obrazovka LCD je namontovaná v hornom kryte škatule spolu s vypínačom ON/OFF. (A jeden náhradný prepínač pre budúce aktualizácie). Rozloženie bolo urobené na papieri (oveľa jednoduchšie ako pomocou programu Fritzing alebo iných návrhových programov). Toto rozloženie papiera bolo neskôr použité aj na kontrolu skutočného obvodu.

Krok 5: Zostava skrinky

Na montáž všetkých komponentov a oboch dosiek plošných spojov bola použitá čierna plastová skrinka (rozmery ŠxHxV 120x120x60 mm). Arduino, obvody perfboardu a držiak batérie sú namontované na 6 mm drevenej montážnej doske pre jednoduchú montáž a spájkovanie. Týmto spôsobom je možné všetko zostaviť a po dokončení ho vložiť do škatule. Dosky s plošnými spojmi a nylonové rozpery Arduino boli použité na zabránenie ohýbaniu dosiek.

Krok 6: Konečné zapojenie

Nakoniec sú všetky vnútorné drôtové spoje spájkované. Keď bolo toto dokončené, otestoval som spínacie tranzistory esr prostredníctvom testovacích pripojení T1, T2 a T3 v schéme zapojenia. Napísal som malý testovací program na zmenu pripojených výstupov D8, D9 a D10 z HIGH na LOW každú sekundu a skontroloval som to na spojeniach T1, T2 a T3 osciloskopom. Na pripojenie testovaných kondenzátorov boli použité dvojice krátkych testovacích vodičov vyrobené pomocou krokodílových svoriek.

Na meranie frekvencie je možné použiť dlhšie testovacie vodiče.

Šťastné testovanie!