Arduino CAP-ESR-FREQ mjerač: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

CAP-ESR-FREQ mjerač s Arduino Duemilanove.

U ovom uputstvu možete pronaći sve potrebne informacije o mjernom instrumentu na temelju Arduino Duemilanove. Ovim instrumentom možete mjeriti tri stvari: vrijednosti kondenzatora u nanofaradima i mikrofaradima, ekvivalentnu serijsku otpornost (ESR vrijednost) kondenzatora i posljednje, ali ne i najmanje važno, frekvencije između 1 Herca i 3 MegaHerca. Sva tri dizajna temelje se na opisima koje sam pronašao na Arduino forumu i u Hackerstoreu. Nakon dodavanja nekih ažuriranja spojio sam ih u jedan instrument, kontroliran samo jednim programom Arduino ino. Različiti mjerači odabiru se pomoću prekidača za odabir u tri položaja S2, spojenog na pinove A1, A2 i A3. Nultiranje ESR -a i resetiranje odabira mjerača vrši se jednim pritiskom na tipku S3 na A4. Prekidač S1 je prekidač za uključivanje/isključivanje napajanja, potreban za napajanje baterije od 9 V DC kad mjerač nije spojen na računalo putem USB -a. Ovi pinovi se koriste za ulaz: A0: ulaz vrijednosti esr. A5: ulaz kondenzatora. D5: frekvencija ulazni.

Mjerač koristi zaslon s tekućim kristalima (LCD) zasnovan na Hitachi HD44780 (ili kompatibilnom) skupu čipova, koji se nalazi na većini LCD zaslona zasnovanih na tekstu. Knjižnica radi u 4-bitnom načinu rada (tj. Koristi 4 podatkovne linije pored kontrolnih linija rs, enable i rw). Ovaj sam projekt započeo s LCD -om sa samo 2 podatkovne linije (veze SDA i SCL I2C), ali nažalost to je bilo u sukobu s drugim softverom koji sam koristio za brojila. Prvo ću objasniti tri različita mjerača i na kraju upute za montažu. Sa svakom vrstom mjerača možete preuzeti i zasebnu Arduino ino datoteku ako želite instalirati samo tu određenu vrstu mjerača.

Korak 1: Mjerač kondenzatora

Digitalni mjerač kondenzatora temelji se na dizajnu tvrtke Hackerstore. Mjerenje vrijednosti kondenzatora:

Kapacitet je mjera sposobnosti kondenzatora da pohranjuje električni naboj. Arduino mjerač oslanja se na isto osnovno svojstvo kondenzatora: vremensku konstantu. Ova vremenska konstanta definirana je kao vrijeme potrebno da napon na kondenzatoru dosegne 63,2% svog napona kada je potpuno napunjen. Arduino može mjeriti kapacitet jer je vrijeme potrebno da se kondenzator napuni izravno povezano s njegovim kapacitetom jednadžbom TC = R x C. TC je vremenska konstanta kondenzatora (u sekundama). R je otpor kruga (u Ohmima). C je kapacitet kondenzatora (u Faradovima). Formula za dobivanje vrijednosti kapaciteta u Faradsu je C = TC/R.

U ovom mjeraču vrijednost R se može postaviti za kalibraciju između 15 kOhm i 25 kOhm putem mjerača P1. Kondenzator se puni preko pina D12 i prazni za sljedeće mjerenje preko pina D7. Vrijednost napunjenog napona mjeri se preko pina A5. Puna analogna vrijednost na ovom pinu je 1023, pa je 63,2% predstavljeno vrijednošću 647. Kada se ta vrijednost dosegne, program izračunava vrijednost kondenzatora na temelju gore navedene formule.

Korak 2: ESR mjerač

Za definiciju ESR -a pogledajte

Za originalnu temu foruma Arduino pogledajte https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0 Hvala szmeu za početak ove teme i mikanb za njegov dizajn esr50_AutoRange. Koristio sam ovaj dizajn, uključujući većinu komentara i poboljšanja za dizajn esr mjerača.

AŽURIRANJE Svibanj 2021: Moj ESR mjerač ponekad se ponaša čudno. Proveo sam dosta vremena u traženju razloga, ali ih nisam našao. Provjera izvornih stranica Arduino foruma kao što je gore spomenuto moglo bi biti rješenje….

Ekvivalentni serijski otpor (ESR) je unutarnji otpor koji se pojavljuje u nizu s kapacitetom uređaja. Može se koristiti za pronalaženje neispravnih kondenzatora tijekom popravaka. Nijedan kondenzator nije savršen, a ESR dolazi od otpora vodiča, aluminijske folije i elektrolita. Često je važan parametar u dizajnu napajanja gdje ESR izlaznog kondenzatora može utjecati na stabilnost regulatora (tj. Uzrokovati njegovo osciliranje ili prekomjernu reakciju na prijelazne tokove u opterećenju). To je jedna od neidealnih karakteristika kondenzatora koja može uzrokovati različite probleme u radu u elektroničkim krugovima. Visoka vrijednost ESR -a umanjuje performanse zbog gubitaka energije, buke i većeg pada napona.

Tijekom ispitivanja, poznata struja prolazi vrlo kratko kroz kondenzator tako da se kondenzator ne napuni do kraja. Struja proizvodi napon na kondenzatoru. Taj će napon biti umnožak struje i ESR kondenzatora plus zanemariv napon zbog malog naboja u kondenzatoru. Budući da je struja poznata, vrijednost ESR -a izračunava se dijeljenjem izmjerenog napona sa strujom. Rezultati se zatim prikazuju na zaslonu mjerača. Ispitne struje generiraju se preko tranzistora Q1 i Q2, njihove vrijednosti su 5mA (postavka visokog raspona) i 50 mA, (postavka niskog raspona) preko R4 i R6. Pražnjenje se vrši putem tranzistora Q3. Napon kondenzatora mjeri se putem analognog ulaza A0.

Korak 3: Mjerač frekvencije

Izvorne podatke potražite na Arduino forumu: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0#main_content_section. Hvala arduinoalemanu na sjajnom dizajnu mjerača frekvencije.

Brojač frekvencija radi na sljedeći način: 16 -bitni mjerač vremena/brojač1 zbrajat će sve satove koji dolaze s pina D5. Timer/Counter2 će generirati prekid svake milisekunde (1000 puta u sekundi). Ako dođe do prelijevanja u mjeraču vremena/brojaču1, brojač preljeva će se povećati za jedan. Nakon 1000 prekida (= točno jedna sekunda) broj preljeva pomnožit će se sa 65536 (tada brojač prelazi). U ciklusu 1000 bit će dodana trenutna vrijednost brojača, dajući vam ukupan broj otkucaja sata koji je došao u posljednjoj sekundi. A to je ekvivalent frekvencije koju ste htjeli mjeriti (frekvencija = satovi u sekundi). Mjerenje postupka (1000) će postaviti brojače i pokrenuti ih. Nakon toga će petlja WHILE čekati dok rutina opsluživanja prekida ne postavi mjerenje_prema na TRUE. To je točno nakon 1 sekunde (1000 ms ili 1000 prekida). Za ljubitelje ovaj brojač frekvencija radi vrlo dobro (osim nižih frekvencija možete dobiti točnost od 4 ili 5 znamenki). Posebno s višim frekvencijama brojač postaje vrlo oštar. Odlučio sam prikazati samo 4 znamenke. Međutim, to možete prilagoditi u odjeljku LCD izlaza. Morate koristiti D5 pin Arduina kao ulaz za frekvenciju. Ovo je preduvjet za korištenje 16 -bitnog mjerača vremena/brojača1 ATmega čipa. (provjerite Arduino pin za druge ploče). Za mjerenje analognih signala ili niskonaponskih signala dodaje se pretpojačalo s pretpojačalom BC547 s predpojačalom i oblikovačem blok impulsa (Schmittov okidač) sa 74HC14N IC.

Korak 4: Sklapanje komponenti

Krugovi ESR -a i CAP -a montirani su na komad ploče od perforacija s rupama udaljenim 0,1 inča. FREQ sklop postavljen je na zasebnu ploču (ovaj je krug dodan kasnije). Za ožičene veze koriste se muški zaglavlji. LCD zaslon montiran je u gornji poklopac kutije, zajedno s prekidačem za uključivanje/isključivanje. (I jedan rezervni prekidač za buduća ažuriranja). Raspored je napravljen na papiru (mnogo lakše nego pomoću Fritzinga ili drugih programa za dizajn). Ovaj raspored papira kasnije je također korišten za provjeru stvarnog kruga.

Korak 5: Sklapanje kutije

Crna plastična kutija (dimenzije ŠxDxV 120x120x60 mm) korištena je za montažu svih komponenti i obje ploče. Arduino, strujni krugovi i držač baterija montirani su na drvenu montažnu ploču od 6 mm radi lakše montaže i lemljenja. Na taj se način sve može sastaviti, a po završetku staviti u kutiju. Ispod pločica i Arduino najlonskih odstojnika korišteno je za sprječavanje savijanja ploča.

Korak 6: Završno ožičenje

Na kraju su lemljene sve unutarnje žičane veze. Kad je to dovršeno, testirao sam tranzistore za prebacivanje esr, putem ispitnih veza T1, T2 i T3 u shemi ožičenja. Napisao sam mali ispitni program za promjenu spojenih izlaza D8, D9 i D10 iz VISOKOG U NISKOG svake sekunde i to provjerio osciloskopom na spojevima T1, T2 i T3. Za povezivanje ispitivanih kondenzatora bilo je nekoliko kratkih ispitnih žica izrađene s spojnicama krokodilskih isječaka.

Za mjerenje frekvencije mogu se koristiti dulje ispitne žice.

Sretno testiranje!