Arduino CAP-ESR-FREQ mjerač: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

CAP-ESR-FREQ mjerač sa Arduino Duemilanovom.

U ovom uputstvu možete pronaći sve potrebne informacije o mjernom instrumentu zasnovanom na Arduino Duemilanove. Pomoću ovog instrumenta 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 Arduino ino programom. Različiti mjerači odabiru se pomoću prekidača za biranje 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 9 V DC baterije kada mjerač nije povezan s računalom putem USB -a. Ovi pinovi se koriste za ulaz: A0: ulaz vrijednosti esr. A5: ulaz kondenzatora. D5: frekvencija ulaz.

Mjerač koristi zaslon s tekućim kristalima (LCD) zasnovan na Hitachi HD44780 (ili kompatibilnom) skupu čipova, koji se nalazi na većini LCD ekrana zasnovanih na tekstu. Biblioteka radi u 4-bitnom načinu rada (tj. Koristi 4 linije podataka pored kontrolnih linija rs, enable i rw). Započeo sam ovaj projekt sa LCD -om sa samo 2 podatkovne linije (SDA i SCL I2C veze), ali nažalost to je bilo u sukobu s drugim softverom koji sam koristio za brojila. Prvo ću objasniti tri različita brojila 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 zasnovan je na dizajnu kompanije Hackerstore. Mjerenje vrijednosti kondenzatora:

Kapacitet je mjera sposobnosti kondenzatora da pohrani električni naboj. Arduino mjerač oslanja se na isto osnovno svojstvo kondenzatora: vremensku konstantu. Ova vremenska konstanta je definirana kao vrijeme potrebno da napon na kondenzatoru dostigne 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 kapacitivnosti 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 dostigne, program izračunava vrijednost kondenzatora na temelju gore navedene formule.

Korak 2: ESR mjerač

Za definiciju ESR -a pogledajte

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

AŽURIRANJE Maj 2021: Moj ESR mjerač se ponekad čudno ponaša. 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 unutrašnji otpor koji se pojavljuje u seriji s kapacitetom uređaja. Može se koristiti za pronalaženje neispravnih kondenzatora tokom popravki. Nijedan kondenzator nije savršen, a ESR dolazi od otpora kabela, aluminijske folije i elektrolita. Često je važan parametar u dizajnu napajanja gdje ESR izlaznog kondenzatora može utjecati na stabilnost regulatora (tj. Uzrokovati njegovu oscilaciju ili prekomjernu reakciju na prijelazne tokove u opterećenju). To je jedna od neidealnih karakteristika kondenzatora koja može uzrokovati različite probleme s performansama elektroničkih kola. Visoka vrijednost ESR -a umanjuje performanse zbog gubitaka energije, buke i većeg pada napona.

Tijekom ispitivanja, poznata struja prolazi kroz kondenzator na vrlo kratko vrijeme tako da se kondenzator ne napuni potpuno. Struja proizvodi napon na kondenzatoru. Ovaj napon će biti proizvod struje i ESR kondenzatora plus zanemariv napon zbog malog naboja u kondenzatoru. Budući da je struja poznata, vrijednost ESR se izračunava dijeljenjem izmjerenog napona sa strujom. Rezultati se zatim prikazuju na ekranu mjerača. Ispitne struje generiraju se tranzistorima Q1 i Q2, njihove vrijednosti su 5mA (podešavanje visokog raspona) i 50 mA, (podešavanje 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 sa pina D5. Tajmer/brojač2 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 prelijevanja će se pomnožiti sa 65536 (tada brojač prelazi). U ciklusu 1000 će se dodati trenutna vrijednost brojača, dajući ukupan broj otkucaja sata koji je došao u posljednjoj sekundi. A to je ekvivalent frekvenciji 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 vrlo dobro funkcionira (osim nižih frekvencija možete dobiti 4 ili 5 -znamenkasti točnost). Posebno na višim frekvencijama brojač postaje vrlo oštar. Odlučio sam prikazati samo 4 znamenke. Međutim, to možete podesiti u odjeljku LCD izlaza. Morate koristiti D5 pin Arduina kao frekvencijski ulaz. Ovo je preduslov za korišćenje 16 -bitnog tajmera/brojača1 ATmega čipa. (provjerite Arduino pin za druge ploče). Za mjerenje analognih signala ili niskonaponskih signala dodaje se pretpojačalo s tranzistorima BC547 predpojačala i oblikovačem blok impulsa (Schmittov okidač) sa 74HC14N IC.

Korak 4: Sklapanje komponenti

Krugovi ESR i CAP montirani su na komad ploče od perforacija s rupama udaljenim 0,1 inča. FREQ kolo je montirano na zasebnoj ploči (ovo kolo je dodano kasnije). Za ožičene veze koriste se muški zaglavlji. LCD ekran je montiran u gornji poklopac kutije, zajedno sa 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 korišten i za provjeru stvarnog kola.

Korak 5: Sklapanje kutije

Crna plastična kutija (dimenzije ŠxDxV 120x120x60 mm) korištena je za montažu svih komponenti i obje ploče. Arduino, strujna kola i držač baterije montirani su na drvenu montažnu ploču od 6 mm radi lakše montaže i lemljenja. Na ovaj način se 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

Konačno, sve unutrašnje žičane veze su lemljene. Kad je to završeno, testirao sam tranzistore za prebacivanje esr, putem ispitnih veza T1, T2 i T3 u shemi ožičenja. Napisao sam mali testni program za promjenu spojenih izlaza D8, D9 i D10 iz VISOKOG U NISKOG svake sekunde i to provjerio osciloskopom na vezama T1, T2 i T3. Za povezivanje ispitivanih kondenzatora bilo je par kratkih ispitnih žica napravljeno s krokodilskim spojnicama.

Za mjerenje frekvencije mogu se koristiti duže ispitne žice.

Sretno testiranje!