Miliomomierz Arduino Shield - dodatek: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Ten projekt jest dalszym rozwinięciem mojego starego opisanego na tej stronie. Jeśli jesteś zainteresowany…proszę czytaj dalej…

Mam nadzieję, że będziesz miał przyjemność.

Krok 1: Krótkie wprowadzenie

Ta instrukcja jest dodatkiem do mojego starego: CYFROWA TARCZA MULTIMETRU DLA ARDUINO

Jest to dodatkowa funkcja, ale może być używana całkowicie niezależnie. Płytka obsługuje zarówno starą, jak i nową funkcjonalność, w zależności od tego, jakie urządzenia należy wlutować i jaki kod wczytać do arduino.

OSTRZEŻENIE!: Wszystkie zasady bezpieczeństwa są opisane w poprzedniej instrukcji. Przeczytaj je uważnie

Załączony tutaj kod działa tylko dla nowej funkcji. Chcąc wykorzystać pełną funkcjonalność trzeba sprytnie połączyć oba kody. Bądź ostrożny - kod dla tych samych procedur w obu szkicach może zawierać małe rozbieżności..

Krok 2: Dlaczego to zrobiłem?

Miernik ten może być bardzo przydatny w niektórych przypadkach - można go wykorzystać podczas debugowania niektórych urządzeń elektronicznych, które mają krótkie połączenia wewnątrz, do zlokalizowania uszkodzonych kondensatorów, rezystorów, chipów itp. Skanując obszar wokół zwarcia w kabinie można łatwo zlokalizował wypalone urządzenie mierzące rezystancję torów przewodzących PCB i odnajdując miejsce o minimalnej rezystancji. Jeśli jesteś zainteresowany bardziej tym procesem - możesz znaleźć wiele filmów na ten temat.

Krok 3: Schematy - Dodatek

Dodane urządzenia w porównaniu ze starą konstrukcją DMM są oznaczone czerwonym prostokątem. Wyjaśnię zasadę pracy na drugim uproszczonym układzie:

Precyzyjny układ odniesienia napięcia tworzy bardzo stabilne i dokładne napięcie odniesienia. Użyłem REF5045 firmy Texas Instruments, jego napięcie wyjściowe wynosi 4,5V. Zasilany jest przez pin arduino 5V. Można w nim stosować również inne precyzyjne układy napięcia odniesienia - o różnych napięciach wyjściowych. Generowane z układu napięcie jest filtrowane i obciążane rezystancyjnym dzielnikiem napięcia. Górny rezystor to 470 Ohm, a dolny rezystancja, którą chcemy zmierzyć. W tym projekcie jego maksymalna wartość to 1 Ohm. Napięcie środkowego punktu dzielnika napięcia jest ponownie filtrowane i mnożone przez wzmacniacz operacyjny pracujący w konfiguracji nieodwracającej. Jego wzmocnienie jest ustawione na 524. Tak wzmocnione napięcie jest próbkowane przez ADC Arduino i zamieniane na 10-bitowe słowo cyfrowe i dalej wykorzystywane do obliczenia dolnej rezystancji dzielnika napięcia. Możesz zobaczyć obliczenia dla rezystancji 1 Ohm na zdjęciu. Tutaj wykorzystałem zmierzoną wartość napięcia na wyjściu układu REF5045 (4,463V). Jest to trochę mniej niż oczekiwano, ponieważ chip jest obciążony prawie najwyższym prądem dozwolonym w arkuszu danych. Przy podanych w tej konstrukcji wartościach miliomomierz ma zakres wejściowy max. 1 Ohm i potrafi mierzyć rezystancję z 10 bitową rozdzielczością, co daje nam możliwość wykrycia różnicy w rezystorach 1 mOhm. Istnieją pewne wymagania dotyczące opampa:

1. Jego zakres wejściowy musi obejmować szynę ujemną
2. Musi mieć jak najmniejsze przesunięcie

Użyłem OPA317 firmy Texas Instruments - jest to pojedynczy zasilacz, pojedynczy opamp w układzie scalonym, w obudowie SOT-23-5 i ma wejście i wyjście rail to rail. Jego przesunięcie jest mniejsze niż 20 uV. Lepszym rozwiązaniem może być OPA335 - nawet z mniejszym offsetem.

W tym projekcie celem nie było uzyskanie absolutnej precyzji pomiaru, ale możliwość precyzyjnego wykrycia różnic w rezystancjach – aby określić, która rezystancja ma mniejszą rezystancję. Absolutna precyzja dla takich urządzeń jest trudna do osiągnięcia bez posiadania innej precyzyjnej aparatury pomiarowej do ich kalibracji. Niestety nie jest to możliwe w domowych laboratoriach.

Tutaj znajdziesz wszystkie dane projektowe. (Schematy Eagle, layout i pliki Gerber przygotowane zgodnie z wymaganiami PCBWAY)

Krok 4: PCB…

Zamówiłem płytki PCB w PCBWAY. Zrobili je bardzo szybko za bardzo niską cenę i miałem je dopiero w dwa tygodnie po złożeniu zamówienia. Tym razem chciałem sprawdzić te czarne (w tym fachu nie ma dodatkowych pieniędzy na inne niż zielone płytki). Na zdjęciu widać jak ładnie wyglądają.

Krok 5: Tarcza lutowana

Aby przetestować działanie miliomomierza, przylutowałem tylko urządzenia, które do tej funkcji służą. Dodałem również ekran LCD.

Krok 6: Czas na kodowanie

Szkic arduino znajduje się tutaj. Jest podobny do ekranu DMM, ale prostszy.

Tutaj zastosowałem tę samą procedurę pomiaru napięcia: napięcie jest próbkowane 16 razy i uśredniane. Nie ma dalszej korekty dla tego napięcia. Jedyną regulacją jest pomiar napięcia zasilania arduino (5V), które jest również odniesieniem dla ADC. Program posiada dwa tryby - pomiar i kalibrację. Jeśli podczas pomiaru zostanie naciśnięty klawisz mode, wywoływana jest procedura kalibracji. Sondy muszą być ze sobą mocno połączone i przytrzymać przez 5 sekund. W ten sposób ich rezystancja jest mierzona, przechowywana (nie w pamięci ROM) i dalej wyodrębniana z testowanej rezystancji. Na wideo można zobaczyć taki zabieg. Mierzona rezystancja wynosi ~100 mOhm i po kalibracji jest zerowana. Potem widać, jak testuję urządzenie za pomocą kawałka drutu lutowniczego - mierząc rezystancję różnych długości drutu. Przy korzystaniu z tego urządzenia bardzo ważne jest, aby sondy trzymały się mocno i były ostre - mierzona rezystancja jest bardzo wrażliwa również na ciśnienie użyte do pomiaru. Widać, że jeśli sondy nie są podłączone - na LCD miga napis "Overflow".

Dodałem również diodę LED między sondą pomiarową a masą. Świeci się, gdy sondy nie są podłączone i ogranicza napięcie wyjściowe do ~1.5V. (Może chronić niektóre urządzenia o niskim napięciu zasilania). Gdy sondy są podłączone, dioda LED jest wyłączona i nie powinna mieć żadnego wpływu na pomiar.

To wszystko ludzie!:-)