Μετρητής Arduino CAP-ESR-FREQ: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Μετρητής CAP-ESR-FREQ με Arduino Duemilanove.

Σε αυτό το οδηγό μπορείτε να βρείτε όλες τις απαραίτητες πληροφορίες σχετικά με ένα όργανο μέτρησης που βασίζεται σε ένα Arduino Duemilanove. Με αυτό το όργανο μπορείτε να μετρήσετε τρία πράγματα: τιμές πυκνωτών σε nanofarads και microfarads, την αντίστοιχη σειριακή αντίσταση (τιμή ESR) ενός πυκνωτή και τις τελευταίες αλλά όχι λιγότερο σημαντικές συχνότητες μεταξύ 1 Herz και 3 MegaHerz. Και τα τρία σχέδια βασίζονται σε περιγραφές που βρήκα στο φόρουμ Arduino και στο Hackerstore. Μετά την προσθήκη κάποιων ενημερώσεων, τα συνδύασα σε ένα όργανο, το οποίο ελέγχθηκε με ένα μόνο πρόγραμμα Arduino ino. Οι διαφορετικοί μετρητές επιλέγονται μέσω ενός διακόπτη επιλογής τριών θέσεων S2, συνδεδεμένου με τους ακροδέκτες A1, A2 και A3. Μηδενισμός ESR και επαναφορά επιλογής μετρητή γίνεται μέσω ενός μόνο κουμπιού S3 στο Α4. Ο διακόπτης S1 είναι ο διακόπτης ενεργοποίησης/απενεργοποίησης, που απαιτείται για ισχύ μπαταρίας 9 V DC όταν ο μετρητής δεν είναι συνδεδεμένος σε υπολογιστή μέσω USB. Αυτές οι ακίδες χρησιμοποιούνται για είσοδο: A0: είσοδος τιμής esr. A5: είσοδος πυκνωτή. D5: συχνότητα εισαγωγή.

Ο μετρητής χρησιμοποιεί οθόνη υγρών κρυστάλλων (LCD) με βάση το chipset Hitachi HD44780 (ή συμβατό), το οποίο βρίσκεται στις περισσότερες οθόνες LCD που βασίζονται σε κείμενο. Η βιβλιοθήκη λειτουργεί σε λειτουργία 4 bit (δηλαδή χρησιμοποιεί 4 γραμμές δεδομένων εκτός από τις γραμμές ελέγχου rs, enable και rw). Ξεκίνησα αυτό το έργο με ένα LCD με 2 γραμμές δεδομένων (συνδέσεις SDA και SCL I2C), αλλά δυστυχώς αυτό συγκρούστηκε με το άλλο λογισμικό που χρησιμοποίησα για τους μετρητές. Πρώτα θα σας εξηγήσω τρία διαφορετικά μέτρα και τέλος τις οδηγίες συναρμολόγησης. Με κάθε τύπο μετρητή μπορείτε επίσης να κατεβάσετε το ξεχωριστό αρχείο Arduino ino, εάν θέλετε να εγκαταστήσετε μόνο αυτόν τον συγκεκριμένο τύπο μετρητή.

Βήμα 1: Ο μετρητής πυκνωτών

Ο ψηφιακός μετρητής πυκνωτών βασίζεται σε σχέδιο από το Hackerstore. Μέτρηση της τιμής ενός πυκνωτή:

Η χωρητικότητα είναι ένα μέτρο της ικανότητας ενός πυκνωτή να αποθηκεύει ηλεκτρικό φορτίο. Ο μετρητής Arduino βασίζεται στην ίδια βασική ιδιότητα των πυκνωτών: τη χρονική σταθερά. Αυτή η σταθερά χρόνου ορίζεται ως ο χρόνος που χρειάζεται για να φτάσει η τάση στον πυκνωτή το 63,2% της τάσης της όταν είναι πλήρως φορτισμένη. Ένα Arduino μπορεί να μετρήσει χωρητικότητα επειδή ο χρόνος που χρειάζεται ένας πυκνωτής για να φορτιστεί σχετίζεται άμεσα με την χωρητικότητά του με την εξίσωση TC = R x C. Το TC είναι η χρονική σταθερά του πυκνωτή (σε δευτερόλεπτα). R είναι η αντίσταση του κυκλώματος (σε Ohms). C είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή (στο Farads). Ο τύπος για να λάβετε την τιμή χωρητικότητας στο Farads είναι C = TC/R.

Σε αυτόν τον μετρητή η τιμή R μπορεί να ρυθμιστεί για βαθμονόμηση μεταξύ 15kOhm και 25 kOhm μέσω του μετρητή μετρητή P1. Ο πυκνωτής φορτίζεται μέσω του πείρου D12 και αποφορτίζεται για μια επόμενη μέτρηση μέσω του πείρου D7. Η τιμή της φορτισμένης τάσης μετριέται μέσω του πείρου A5. Η πλήρης αναλογική τιμή σε αυτόν τον πείρο είναι 1023, οπότε το 63,2% αντιπροσωπεύεται από μια τιμή 647. Όταν επιτευχθεί αυτή η τιμή, το πρόγραμμα υπολογίζει την τιμή του πυκνωτή με βάση τον παραπάνω τύπο.

Βήμα 2: Ο μετρητής ESR

Δείτε τον ορισμό του ESR

Ανατρέξτε στο αρχικό θέμα φόρουμ Arduino https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0 Χάρη στο szmeu για την έναρξη αυτού του θέματος και στο mikanb για τον σχεδιασμό του esr50_AutoRange. Χρησιμοποίησα αυτό το σχέδιο, συμπεριλαμβανομένων των περισσότερων σχολίων και βελτιώσεων για τον σχεδιασμό του μετρητή esr.

ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ Μαΐου 2021: Ο μετρητής ESR μου συμπεριφέρεται περίεργα μερικές φορές. Πέρασα πολύ χρόνο για να βρω τους λόγους, αλλά δεν τον βρήκα. Ο έλεγχος των αρχικών σελίδων του φόρουμ Arduino όπως αναφέρθηκε παραπάνω θα μπορούσε να είναι η λύση….

Equivalent Series Resistance (ESR) είναι η εσωτερική αντίσταση που εμφανίζεται σε σειρά με τη χωρητικότητα της συσκευής. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εύρεση ελαττωματικών πυκνωτών κατά τη διάρκεια συνεδριών επισκευής. Κανένας πυκνωτής δεν είναι τέλειος και το ESR προέρχεται από την αντίσταση των αγωγών, του αλουμινόχαρτου και του ηλεκτρολύτη. Είναι συχνά μια σημαντική παράμετρος στο σχεδιασμό τροφοδοσίας όπου το ESR ενός πυκνωτή εξόδου μπορεί να επηρεάσει τη σταθερότητα του ρυθμιστή (δηλ. Να προκαλέσει ταλάντωση ή υπερβολική αντίδραση σε παροδικά στο φορτίο). Είναι ένα από τα μη ιδανικά χαρακτηριστικά ενός πυκνωτή που μπορεί να προκαλέσει μια ποικιλία προβλημάτων απόδοσης στα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Μια υψηλή τιμή ESR υποβαθμίζει την απόδοση λόγω απωλειών ισχύος, θορύβου και υψηλότερης πτώσης τάσης.

Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, ένα γνωστό ρεύμα διέρχεται μέσω του πυκνωτή για πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, ώστε ο πυκνωτής να μην φορτίζεται πλήρως. Το ρεύμα παράγει μια τάση στον πυκνωτή. Αυτή η τάση θα είναι το προϊόν του ρεύματος και του ESR του πυκνωτή συν μια αμελητέα τάση λόγω του μικρού φορτίου στον πυκνωτή. Δεδομένου ότι το ρεύμα είναι γνωστό, η τιμή ESR υπολογίζεται διαιρώντας τη μετρημένη τάση με το ρεύμα. Τα αποτελέσματα εμφανίζονται στη συνέχεια στην οθόνη του μετρητή. Τα ρεύματα δοκιμής παράγονται μέσω τρανζίστορ Q1 και Q2, οι τιμές τους είναι 5mA (ρύθμιση υψηλής εμβέλειας) και 50mA, (ρύθμιση χαμηλού εύρους) μέσω R4 και R6. Η εκκένωση γίνεται μέσω τρανζίστορ Q3. Η τάση του πυκνωτή μετριέται μέσω αναλογικής εισόδου A0.

Βήμα 3: Ο μετρητής συχνοτήτων

Δείτε για τα αρχικά δεδομένα το φόρουμ Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0#main_content_section. Χάρη στον arduinoaleman για τον υπέροχο σχεδιασμό του μετρητή συχνοτήτων.

Ο μετρητής συχνοτήτων λειτουργεί ως εξής: Ο χρονοδιακόπτης/μετρητής 1 των 16bit θα προσθέσει όλα τα ρολόγια που προέρχονται από την ακίδα D5. Ο χρονοδιακόπτης/ο μετρητής2 παράγει μια διακοπή κάθε χιλιοστό του δευτερολέπτου (1000 φορές ανά δευτερόλεπτο). Εάν υπάρχει υπερχείλιση στο χρονοδιακόπτη/μετρητή1, ο μετρητής υπερχείλισης θα αυξηθεί κατά ένα. Μετά από 1000 διακοπές (= ακριβώς ένα δευτερόλεπτο) ο αριθμός των υπερχειλίσεων θα πολλαπλασιαστεί με 65536 (αυτό συμβαίνει όταν ο μετρητής ρέει πάνω). Στον κύκλο 1000 θα προστεθεί η τρέχουσα τιμή του μετρητή, δίνοντάς σας τον συνολικό αριθμό των ρολογιών που εμφανίστηκαν κατά το τελευταίο δευτερόλεπτο. Και αυτό ισοδυναμεί με τη συχνότητα που θέλετε να μετρήσετε (συχνότητα = ρολόγια ανά δευτερόλεπτο). Η διαδικασία μέτρησης (1000) θα ρυθμίσει τους μετρητές και θα τους αρχικοποιήσει. Στη συνέχεια, ένας βρόχος WHILE θα περιμένει έως ότου η ρουτίνα διακοπή εξυπηρέτησης ορίσει τη μέτρηση_ έτοιμο σε TRUE. Αυτό συμβαίνει ακριβώς μετά από 1 δευτερόλεπτο (1000ms ή 1000 διακοπές). Για τους χομπίστες αυτός ο μετρητής συχνοτήτων λειτουργεί πολύ καλά (εκτός από τις χαμηλότερες συχνότητες μπορείτε να λάβετε ακρίβεια 4 ή 5 ψηφίων). Ειδικά με υψηλότερες συχνότητες ο μετρητής γίνεται πολύ ακριβής. Αποφάσισα να εμφανίσω μόνο 4 ψηφία. Ωστόσο, μπορείτε να το προσαρμόσετε στην ενότητα εξόδου LCD. Πρέπει να χρησιμοποιήσετε τον ακροδέκτη D5 του Arduino ως είσοδο συχνότητας. Αυτό αποτελεί προϋπόθεση για τη χρήση του 16bit Timer/Counter1 του τσιπ ATmega. (ελέγξτε την καρφίτσα Arduino για άλλους πίνακες). Για τη μέτρηση αναλογικών σημάτων ή σημάτων χαμηλής τάσης, προστίθεται προενισχυτής με τρανζίστορ προενισχυτή BC547 και διαμορφωτή παλμών μπλοκ (σκανδάλη Schmitt) με IC 74HC14N.

Βήμα 4: Η συνέλευση εξαρτημάτων

Τα κυκλώματα ESR και CAP είναι τοποθετημένα σε ένα κομμάτι διάτρητης πλάκας με οπές σε απόσταση 0,1 ίντσας. Το κύκλωμα FREQ είναι τοποθετημένο σε ξεχωριστή σανίδα (αυτό το κύκλωμα προστέθηκε αργότερα). Για τις ενσύρματες συνδέσεις χρησιμοποιούνται αρσενικές κεφαλίδες. Η οθόνη LCD είναι τοποθετημένη στο επάνω κάλυμμα του κουτιού, μαζί με το διακόπτη ON/OFF. (Και ένας εφεδρικός διακόπτης για μελλοντικές ενημερώσεις). Η διάταξη έγινε σε χαρτί (πολύ ευκολότερη από τη χρήση Fritzing ή άλλων σχεδιαστικών προγραμμάτων). Αυτή η διάταξη χαρτιού αργότερα χρησιμοποιήθηκε επίσης για τον έλεγχο του πραγματικού κυκλώματος.

Βήμα 5: Το συγκρότημα κουτιού

Ένα μαύρο πλαστικό κουτί (διαστάσεις ΠxΒxΥ 120x120x60 mm) χρησιμοποιήθηκε για να τοποθετήσει όλα τα εξαρτήματα και τις δύο πλακέτες κυκλώματος. Το Arduino, τα κυκλώματα της σανίδας και η βάση της μπαταρίας είναι τοποθετημένα σε ξύλινη πλάκα τοποθέτησης 6 mm για εύκολη συναρμολόγηση και συγκόλληση. Με αυτόν τον τρόπο όλα μπορούν να συναρμολογηθούν και όταν τελειώσουν μπορούν να τοποθετηθούν μέσα στο κουτί. Κάτω από τις πλακέτες κυκλώματος και τα νάιλον αποστάτες Arduino χρησιμοποιήθηκαν για να προλάβουν την κάμψη των σανίδων.

Βήμα 6: Η τελική καλωδίωση

Τέλος, όλες οι εσωτερικές ενσύρματες συνδέσεις συγκολλούνται. Όταν ολοκληρώθηκε αυτό, δοκίμασα τα τρανζίστορ μεταγωγής esr, μέσω των δοκιμαστικών συνδέσεων T1, T2 και T3 στο διάγραμμα καλωδίωσης. Έγραψα ένα μικρό πρόγραμμα δοκιμών για την αλλαγή των συνδεδεμένων εξόδων D8, D9 και D10 από Υ HIGHΗΛΗ σε ΧΑΜΗΛΗ κάθε δευτερόλεπτο και το έλεγξα στις συνδέσεις Τ1, Τ2 και Τ3 με έναν παλμογράφο. Για τη σύνδεση των πυκνωτών υπό δοκιμή, ήταν ένα ζευγάρι κοντών καλωδίων δοκιμής φτιαγμένο με συνδέσεις κλιπ κροκοδείλου.

Για τη μέτρηση συχνότητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν μακρύτερα καλώδια δοκιμής.

Καλή δοκιμή!