Arduino CAP-ESR-FREQ метър: 6 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

CAP-ESR-FREQ метър с Arduino Duemilanove.

В тази инструкция можете да намерите цялата необходима информация за измервателен уред, базиран на Arduino Duemilanove. С този инструмент можете да измервате три неща: стойности на кондензатора в нанофаради и микрофаради, еквивалентното съпротивление на серията (стойност на ESR) на кондензатор и не на последно място честоти между 1 Herz и 3 MegaHerz. И трите дизайна се основават на описания, които намерих във форума на Arduino и в Hackerstore. След като добавих някои актуализации, ги комбинирах в един инструмент, контролиран само с една програма Arduino ino. Различните измервателни уреди се избират чрез трипозиционен превключвател S2, свързан към щифтове A1, A2 и A3. Нулирането на ESR и нулирането на избора на измервател се извършва чрез един бутон S3 на A4. Превключвател S1 е превключвателят за включване/изключване на захранването, необходим за захранване на батерията от 9 V DC, когато измервателният уред не е свързан към компютър чрез USB. Тези щифтове се използват за вход: A0: вход за стойност на esr. A5: вход за кондензатор. вход.

Измервателят използва течнокристален дисплей (LCD), базиран на чипсета Hitachi HD44780 (или съвместим) чипсет, който се намира на повечето текстови LCD дисплеи. Библиотеката работи в 4-битов режим (т.е. използва 4 реда за данни в допълнение към контролните линии rs, enable и rw). Започнах този проект с LCD с само 2 данни (връзките SDA и SCL I2C), но за съжаление това противоречи на другия софтуер, който използвах за измервателните уреди. Първо ще обясня три различни брояча и накрая инструкциите за сглобяване. С всеки тип измервателен уред можете също да изтеглите отделния файл Arduino ino, ако искате да инсталирате само този конкретен тип измервателен уред.

Стъпка 1: Кондензатометър

Цифровият кондензатометър е базиран на дизайн от Hackerstore. Измерване на стойността на кондензатор:

Капацитетът е мярка за способността на кондензатора да съхранява електрически заряд. Измервателят Arduino разчита на същото основно свойство на кондензаторите: времевата константа. Тази времева константа се определя като времето, необходимо на напрежението в кондензатора да достигне 63,2% от неговото напрежение при пълно зареждане. Arduino може да измерва капацитета, тъй като времето, необходимо на кондензатора за зареждане, е пряко свързано с неговия капацитет чрез уравнението TC = R x C. TC е константата на времето на кондензатора (в секунди). R е съпротивлението на веригата (в ома). C е капацитетът на кондензатора (във Фарад). Формулата за получаване на стойността на капацитета във Фарад е C = TC/R.

В този измервателен уред стойността R може да бъде зададена за калибриране между 15kOhm и 25 kOhm чрез потметър P1. Кондензаторът се зарежда чрез щифт D12 и се разрежда за следващо измерване чрез щифт D7. Стойността на зареденото напрежение се измерва чрез щифт A5. Пълната аналогова стойност на този пин е 1023, така че 63,2% се представя със стойност 647. Когато тази стойност бъде достигната, програмата изчислява стойността на кондензатора въз основа на гореспоменатата формула.

Стъпка 2: ESR метър

Вижте за дефиниция на ESR

Вижте оригиналната тема на форума на Arduino https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0Благодаря на szmeu за началото на тази тема и mikanb за дизайна му esr50_AutoRange. Използвах този дизайн, включително повечето коментари и подобрения за моя дизайн на ESR метър.

АКТУАЛИЗИРАНЕ Май 2021: Моят ESR метър се държи странно понякога. Прекарах много време в намирането на причината (причините), но не я намерих. Проверката на оригиналните страници на форума на Arduino, както е споменато по -горе, може да бъде решението ….

Еквивалентно серийно съпротивление (ESR) е вътрешното съпротивление, което се появява последователно с капацитета на устройството. Може да се използва за намиране на дефектни кондензатори по време на ремонтни сесии. Нито един кондензатор не е перфектен и ESR идва от съпротивлението на проводниците, алуминиевото фолио и електролита. Често това е важен параметър в дизайна на захранването, където ESR на изходен кондензатор може да повлияе на стабилността на регулатора (т.е. да го накара да се трепти или да реагира прекалено на преходните процеси в товара). Това е една от неидеалните характеристики на кондензатора, която може да причини различни проблеми с производителността на електронните схеми. Високата стойност на ESR влошава производителността поради загуби на мощност, шум и по -висок спад на напрежението.

По време на теста, известен ток преминава през кондензатора за много кратко време, така че кондензаторът да не се зарежда напълно. Токът произвежда напрежение в кондензатора. Това напрежение ще бъде продукт на тока и ESR на кондензатора плюс пренебрежимо напрежение поради малкия заряд в кондензатора. Тъй като токът е известен, стойността на ESR се изчислява чрез разделяне на измереното напрежение на тока. След това резултатите се показват на дисплея на глюкомера. Тестовите токове се генерират чрез транзистори Q1 и Q2, техните стойности са 5mA (настройка на висок диапазон) и 50mA, (настройка на нисък диапазон) чрез R4 и R6. Разтоварването се извършва чрез транзистор Q3. Напрежението на кондензатора се измерва чрез аналогов вход A0.

Стъпка 3: Честотният измервател

Вижте оригиналните данни във форума на Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0#main_content_section. Благодаря на arduinoaleman за страхотния му дизайн на честотомера.

Честотният брояч работи по следния начин: 16 -битовият таймер/брояч1 ще събере всички часовници, идващи от пин D5. Таймер/Брояч2 ще генерира прекъсване на всяка милисекунда (1000 пъти в секунда). Ако има препълване в Timer/Counter1, overflow_counter ще се увеличи с един. След 1000 прекъсвания (= точно една секунда) броят на преливанията ще се умножи по 65536 (това е, когато броячът тече). В цикъл 1000 текущата стойност на брояча ще бъде добавена, което ще ви даде общия брой часовници, които са дошли през последната секунда. И това е еквивалентно на честотата, която искате да измерите (честота = часовници в секунда). Процедурното измерване (1000) ще настрои броячите и ще ги инициализира. След това цикълът WHILE ще изчака, докато рутинната услуга за прекъсване зададе измерването_ready на TRUE. Това е точно след 1 секунда (1000ms или 1000 прекъсвания). За любителите този честотен брояч работи много добре (освен по -ниските честоти можете да получите 4 или 5 цифрена точност). Особено при по -високи честоти броячът става много точен. Реших да покажа само 4 цифри. Можете обаче да регулирате това в секцията за LCD изход. Трябва да използвате D5 щифт на Arduino като честотен вход. Това е предпоставка за използване на 16 -битовия таймер/брояч1 на чипа ATmega. (моля, проверете щифта на Arduino за други платки). За измерване на аналогови сигнали или сигнали с ниско напрежение се добавя предусилвател с транзистор с предварително усилвател BC547 и блок за формиране на импулси (тригер на Шмит) с ICH 74HC14N.

Стъпка 4: Монтаж на компонентите

Веригите ESR и CAP са монтирани върху парче перфорирана плоскост с отвори на разстояние 0,1 инча. Веригата FREQ е монтирана на отделна перфорирана дъска (тази верига е добавена по -късно). За кабелни връзки се използват мъжки заглавки. LCD екранът е монтиран в горния капак на кутията, заедно с ключа за включване/изключване. (И един резервен превключвател за бъдещи актуализации). Оформлението е направено на хартия (много по -лесно от използването на Fritzing или други дизайнерски програми). Това оформление на хартията по -късно беше използвано и за проверка на реалната верига.

Стъпка 5: Монтаж на кутията

Черна пластмасова кутия (размери Ш x Д x В 120 x 120 x 60 mm) беше използвана за монтиране на всички компоненти и двете платки. Arduino, перфорираните вериги и държачът на батерията са монтирани на 6 мм дървена монтажна плоча за лесно сглобяване и запояване. По този начин всичко може да бъде сглобено и когато приключи, може да се постави вътре в кутията. Под печатните платки и найлоновите дистанционни елементи Arduino бяха използвани за предотвратяване на огъването на дъските.

Стъпка 6: Последното окабеляване

Накрая всички вътрешни кабелни връзки се запояват. Когато това приключи, тествах транзисторите за превключване на esr, чрез тестовите връзки T1, T2 и T3 в електрическата схема. Написах малка тестова програма за промяна на свързаните изходи D8, D9 и D10 от ВИСОК на НИСКИ всяка секунда и проверих това на връзките Т1, Т2 и Т3 с осцилоскоп. направени с крокодилски клип връзки.

За измерване на честотата могат да се използват по -дълги тестови проводници.

Приятно тестване!