Miernik Arduino CAP-ESR-FREQ: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Miernik CAP-ESR-FREQ z Arduino Duemilanove.

W tej instrukcji znajdziesz wszystkie niezbędne informacje na temat przyrządu pomiarowego opartego na Arduino Duemilanove. Za pomocą tego przyrządu można zmierzyć trzy rzeczy: wartości kondensatorów w nanofaradach i mikrofaradach, równoważną rezystancję szeregową (wartość ESR) kondensatora i wreszcie częstotliwości od 1 Hz do 3 megaherców. Wszystkie trzy projekty oparte są na opisach, które znalazłem na forum Arduino i na Hackerstore. Po dodaniu kilku aktualizacji połączyłem je w jeden instrument, sterowany tylko jednym programem Arduino ino. Poszczególne mierniki są wybierane za pomocą trójpołożeniowego przełącznika S2, podłączonego do pinów A1, A2 i A3. Zerowanie ESR i resetowanie wyboru licznika odbywa się za pomocą jednego przycisku S3 na A4. Przełącznik S1 jest włącznikiem/wyłącznikiem zasilania, potrzebnym do zasilania bateryjnego 9 V DC, gdy miernik nie jest podłączony do komputera przez USB. Te piny są używane do wejścia:A0: wejście wartości esr. A5: wejście kondensatora. D5: częstotliwość Wejście.

Miernik wykorzystuje wyświetlacz ciekłokrystaliczny (LCD) oparty na chipsecie Hitachi HD44780 (lub kompatybilnym), który można znaleźć w większości tekstowych wyświetlaczy LCD. Biblioteka działa w trybie 4-bitowym (tj. wykorzystuje 4 linie danych oprócz linii sterujących rs, enable i rw). Zacząłem ten projekt z wyświetlaczem LCD z tylko 2 liniami danych (połączenia SDA i SCL I2C), ale niestety kolidowało to z innym oprogramowaniem, którego używałem do liczników. Najpierw wyjaśnię mu trzy różne mierniki, a na końcu instrukcję montażu. Z każdym typem licznika możesz również pobrać osobny plik Arduino ino, jeśli chcesz zainstalować tylko ten konkretny typ licznika.

Krok 1: Miernik kondensatora

Cyfrowy miernik kondensatorów oparty jest na projekcie firmy Hackerstore. Pomiar wartości kondensatora:

Pojemność jest miarą zdolności kondensatora do przechowywania ładunku elektrycznego. Miernik Arduino opiera się na tej samej podstawowej właściwości kondensatorów: stałej czasowej. Ta stała czasowa jest definiowana jako czas potrzebny do osiągnięcia przez napięcie na kondensatorze 63,2% jego napięcia po pełnym naładowaniu. Arduino może mierzyć pojemność, ponieważ czas ładowania kondensatora jest bezpośrednio związany z jego pojemnością za pomocą równania TC = R x C. TC jest stałą czasową kondensatora (w sekundach). R to rezystancja obwodu (w omach). C to pojemność kondensatora (w Faradach). Wzór na otrzymanie wartości pojemności w Faradach to C = TC/R.

W tym mierniku wartość R można ustawić dla kalibracji pomiędzy 15 kOhm a 25 kOhm za pomocą potencjometru P1. Kondensator jest ładowany przez pin D12 i rozładowywany do następnego pomiaru poprzez pin D7. Naładowana wartość napięcia jest mierzona przez pin A5. Pełna wartość analogowa na tym pinie to 1023, więc 63,2% reprezentuje wartość 647. Po osiągnięciu tej wartości program oblicza wartość kondensatora na podstawie powyższego wzoru.

Krok 2: Miernik ESR

Zobacz definicję ESR

Zobacz oryginalny temat forum Arduino https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0Dzięki szmeu za początek tego tematu i mikanb za jego projekt esr50_AutoRange. Użyłem tego projektu wraz z większością komentarzy i ulepszeń dotyczących mojego projektu miernika esr.

AKTUALIZACJA Maj 2021: Mój miernik ESR czasami zachowuje się dziwnie. Spędziłem dużo czasu na szukaniu powodu (powodów), ale go nie znalazłem. Sprawdzenie oryginalnych stron forum Arduino, jak wspomniano powyżej, może być rozwiązaniem….

Równoważna rezystancja szeregowa (ESR) to rezystancja wewnętrzna, która pojawia się szeregowo z pojemnością urządzenia. Może być używany do wyszukiwania uszkodzonych kondensatorów podczas sesji naprawczych. Żaden kondensator nie jest doskonały, a ESR pochodzi z rezystancji przewodów, folii aluminiowej i elektrolitu. Jest to często ważny parametr w projektowaniu zasilacza, w którym ESR kondensatora wyjściowego może wpływać na stabilność regulatora (tj. powodując jego oscylacje lub nadmierną reakcję na stany nieustalone w obciążeniu). Jest to jedna z nieidealnych cech kondensatora, która może powodować różne problemy z wydajnością w obwodach elektronicznych. Wysoka wartość ESR obniża wydajność ze względu na straty mocy, hałas i wyższy spadek napięcia.

Podczas testu znany prąd przepływa przez kondensator przez bardzo krótki czas, więc kondensator nie ładuje się całkowicie. Prąd wytwarza napięcie na kondensatorze. To napięcie będzie iloczynem prądu i ESR kondensatora plus pomijalne napięcie z powodu małego ładunku w kondensatorze. Ponieważ prąd jest znany, wartość ESR jest obliczana poprzez podzielenie zmierzonego napięcia przez prąd. Wyniki są następnie wyświetlane na wyświetlaczu miernika. Prądy testowe są generowane przez tranzystory Q1 i Q2, ich wartości to 5mA (nastawa wysokiego zakresu) i 50mA (nastawa niskiego zakresu) przez R4 i R6. Rozładowanie odbywa się przez tranzystor Q3. Napięcie kondensatora jest mierzone przez wejście analogowe A0.

Krok 3: Miernik częstotliwości

Zobacz oryginalne dane na forum Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php?topic=324796.0#main_content_section. Podziękowania dla arduinoalemana za świetny projekt miernika częstotliwości.

Licznik częstotliwości działa w następujący sposób: 16-bitowy zegar/licznik 1 zsumuje wszystkie zegary przychodzące z pinu D5. Timer/Counter2 będzie generować przerwanie co milisekundę (1000 razy na sekundę). Jeśli występuje przepełnienie w Timer/Counter1, licznik przepełnienia zostanie zwiększony o jeden. Po 1000 przerwań (= dokładnie jedna sekunda) liczba przepełnień zostanie pomnożona przez 65536 (jest to wtedy, gdy licznik się przepełni). W cyklu 1000 bieżąca wartość licznika zostanie dodana, dając całkowitą liczbę taktów zegara, które pojawiły się w ciągu ostatniej sekundy. I jest to odpowiednik częstotliwości, którą chciałeś zmierzyć (częstotliwość = zegary na sekundę). Procedura pomiar(1000) ustawi liczniki i zainicjuje je. Następnie pętla WHILE będzie czekać, aż procedura obsługi przerwań ustawi pomiar_gotowy na TRUE. To jest dokładnie po 1 sekundzie (1000 ms lub 1000 przerwań). Dla hobbystów ten licznik częstotliwości sprawdza się bardzo dobrze (poza niższymi częstotliwościami można uzyskać dokładność 4 lub 5 cyfr). Zwłaszcza przy wyższych częstotliwościach licznik staje się bardzo dokładny. Zdecydowałem się wyświetlać tylko 4 cyfry. Możesz to jednak dostosować w sekcji wyjścia LCD. Jako wejście częstotliwości musisz użyć pinu D5 Arduino. Jest to warunek wstępny korzystania z 16-bitowego Timera/Licznika 1 układu ATmega. (sprawdź pin Arduino dla innych płyt). Do pomiaru sygnałów analogowych lub sygnałów niskonapięciowych dodawany jest przedwzmacniacz z tranzystorem przedwzmacniacza BC547 i układem kształtowania impulsów blokowych (przerzutnik Schmitta) z układem scalonym 74HC14N.

Krok 4: Montaż komponentów

Obwody ESR i CAP są zamontowane na kawałku płyty perforowanej z otworami w odległości 0,1 cala. Obwód FREQ jest montowany na osobnej płytce perfboard (ten obwód został dodany później). Do połączeń przewodowych wykorzystywane są złącza męskie. Ekran LCD montowany jest w górnej pokrywie puszki wraz z włącznikiem/wyłącznikiem. (I jeden zapasowy przełącznik do przyszłych aktualizacji). Układ został wykonany na papierze (znacznie łatwiej niż przy użyciu Fritzing lub innych programów do projektowania). Ten papierowy układ został później wykorzystany również do sprawdzenia rzeczywistego obwodu.

Krok 5: Montaż pudełka

Do zamontowania wszystkich komponentów i obu płytek drukowanych wykorzystano czarną plastikową skrzynkę (wymiary SxGxW 120x120x60 mm). Arduino, obwody perfboard i uchwyt baterii są zamontowane na drewnianej płycie montażowej o grubości 6 mm, co ułatwia montaż i lutowanie. W ten sposób wszystko można złożyć, a po skończeniu umieścić w pudełku. Pod płytkami drukowanymi i nylonowymi przekładkami Arduino zastosowano nylonowe przekładki zapobiegające wyginaniu się płytek.

Krok 6: Okablowanie końcowe

Na koniec wszystkie wewnętrzne połączenia przewodowe są lutowane. Po zakończeniu przetestowałem tranzystory przełączające esr za pomocą połączeń testowych T1, T2 i T3 na schemacie elektrycznym. Napisałem mały program testowy do zmiany podłączonych wyjść D8, D9 i D10 z WYSOKIEGO na NISKI co sekundę i sprawdzałem to na połączeniach T1, T2 i T3 za pomocą oscyloskopu. Do podłączenia testowanych kondensatorów użyto parę krótkich przewodów testowych wykonane za pomocą połączeń typu krokodyl.

Do pomiaru częstotliwości można użyć dłuższych przewodów pomiarowych.

Miłego testowania!