Arduino CAP-ESR-FREQ -mittari: 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

CAP-ESR-FREQ -mittari, jossa on Arduino Duemilanove.

Tästä ohjeesta löydät kaikki tarvittavat tiedot Arduino Duemilanove -pohjaisesta mittauslaitteesta. Tällä laitteella voit mitata kolme asiaa: kondensaattorin arvot nanofaradissa ja mikrofaradissa, kondensaattorin vastaavan sarjan vastus (ESR -arvo) ja viimeisenä mutta ei vähäisimpänä taajuudet välillä 1 Herz ja 3 MegaHerz. Kaikki kolme mallia perustuvat kuvauksiin, jotka löysin Arduinon foorumilta ja Hackerstoresta. Muutamien päivitysten lisäämisen jälkeen yhdistin ne yhdeksi instrumentiksi, jota ohjataan yhdellä Arduino -ino -ohjelmalla. Eri mittarit valitaan kolmiasentoisella valitsimella S2, joka on kytketty nastoihin A1, A2 ja A3. ESR -nollaus ja mittarin valinnan nollaaminen tehdään yhdellä painikkeella S3 A4: llä. Kytkin S1 on virtakytkin, jota tarvitaan 9 V DC -paristolle, kun mittaria ei ole kytketty tietokoneeseen USB: n kautta. Näitä nastoja käytetään tuloon: A0: esr -arvon tulo. tulo.

Mittari käyttää nestekidenäyttöä (LCD), joka perustuu Hitachi HD44780 (tai yhteensopivaan) piirisarjaan, joka löytyy useimmista tekstipohjaisista nestekidenäytöistä. Kirjasto toimii 4-bittisessä tilassa (eli käyttää 4 datalinjaa rs, enable ja rw -ohjauslinjojen lisäksi). Aloitin tämän projektin lcd: llä, jossa oli vain 2 datalineä (SDA- ja SCL I2C -yhteydet), mutta valitettavasti tämä oli ristiriidassa muiden mittareiden kanssa käyttämäni ohjelmiston kanssa. Ensin selitän hänelle kolme eri mittaria ja lopuksi asennusohjeet. Jokaisella mittarityypillä voit myös ladata erillisen Arduino ino -tiedoston, jos haluat asentaa vain tietyn tyyppisen mittarin.

Vaihe 1: Kondensaattorimittari

Digitaalinen kondensaattorimittari perustuu Hackerstoren suunnitteluun. Kondensaattorin arvon mittaaminen:

Kapasitanssi on mitta kondensaattorin kyvystä tallentaa sähkövarausta. Arduino -mittari perustuu kondensaattoreiden samaan perusominaisuuteen: aikavakioon. Tämä aikavakio määritellään ajaksi, joka kuluu kondensaattorin poikkijännitteen saavuttamiseen 63,2%: iin jännitteestä, kun se on ladattu täyteen. Arduino voi mitata kapasitanssin, koska kondensaattorin lataamiseen kuluva aika liittyy suoraan sen kapasitanssiin yhtälöllä TC = R x C. TC on kondensaattorin aikavakio (sekunteina). R on piirin vastus (ohmeina). C on kondensaattorin kapasitanssi (Faradissa). Kaava kapasitanssiarvon saamiseksi Faradissa on C = TC/R.

Tässä mittarissa R -arvo voidaan asettaa kalibrointia varten välillä 15 kOhm - 25 kOhm potmetrin P1 avulla. Kondensaattori ladataan nastan D12 kautta ja puretaan seuraavaan mittaukseen tapin D7 kautta. Varausjännite mitataan nastalla A5. Tämän nastan koko analoginen arvo on 1023, joten 63,2% edustaa arvoa 647. Kun tämä arvo saavutetaan, ohjelma laskee kondensaattorin arvon edellä mainitun kaavan perusteella.

Vaihe 2: ESR -mittari

Katso ESR: n määritelmä

Katso alkuperäinen Arduino -foorumin aihe https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0Kiitos szmeu tämän aiheen aloittamisesta ja mikanb hänen esr50_AutoRange -suunnittelustaan. Käytin tätä mallia, mukaan lukien useimmat kommentit ja parannukset esr -mittarin suunnitteluun.

PÄIVITYS Toukokuu 2021: ESR -mittarini käyttäytyy joskus oudosti. Vietin paljon aikaa syyn etsimiseen, mutta en löytänyt sitä. Arduino -foorumin alkuperäisten sivujen tarkistaminen yllä mainitulla tavalla voisi olla ratkaisu….

Equivalent Series Resistance (ESR) on sisäinen vastus, joka näkyy sarjaan laitteen kapasitanssin kanssa. Sitä voidaan käyttää viallisten kondensaattoreiden löytämiseen korjausistuntojen aikana. Mikään kondensaattori ei ole täydellinen ja ESR tulee johtimien, alumiinifolion ja elektrolyytin vastuksesta. Se on usein tärkeä parametri virtalähteen suunnittelussa, jossa lähtökondensaattorin ESR voi vaikuttaa säätimen vakauteen (eli aiheuttaa sen värähtelyn tai ylireagoinnin kuorman transienteihin). Se on yksi kondensaattorin ei-ihanteellisista ominaisuuksista, joka voi aiheuttaa erilaisia suorituskykyongelmia elektronisissa piireissä. Korkea ESR -arvo heikentää suorituskykyä tehohäviöiden, kohinan ja suuremman jännitehäviön vuoksi.

Testin aikana tunnettu virta johdetaan kondensaattorin läpi hyvin lyhyeksi ajaksi, joten kondensaattori ei lataudu kokonaan. Virta tuottaa jännitteen kondensaattorin poikki. Tämä jännite on kondensaattorin virran ja ESR: n tulo sekä vähäinen jännite kondensaattorin pienen varauksen vuoksi. Koska virta tiedetään, ESR -arvo lasketaan jakamalla mitattu jännite virralla. Tulokset näytetään sitten mittarin näytössä. Testivirrat syntyvät transistorien Q1 ja Q2 kautta, niiden arvot ovat 5mA (korkean alueen asetus) ja 50mA, (matalan alueen asetus) R4: n ja R6: n kautta. Purkaminen tapahtuu transistorin Q3 kautta. Kondensaattorin jännite mitataan analogitulon A0 kautta.

Vaihe 3: Taajuusmittari

Katso alkuperäiset tiedot Arduino -foorumilta: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0#main_content_section. Kiitos arduinoalemanille hienosta taajuusmittarisuunnittelusta.

Taajuuslaskuri toimii seuraavasti: 16 -bittinen ajastin/laskuri1 laskee yhteen kaikki nastasta D5 tulevat kellot. Ajastin/laskuri2 aiheuttaa keskeytyksen millisekunnin välein (1000 kertaa sekunnissa). Jos ajastimessa/laskurissa1 on ylivuoto, ylivuotolaskuria lisätään yhdellä. 1000 keskeytyksen (= täsmälleen yksi sekunti) jälkeen ylivuotojen määrä kerrotaan 65536: lla (tällöin laskuri ylittää). Työkierrossa 1000 laskurin nykyinen arvo lisätään, jolloin saat viimeisen sekunnin aikana saapuneiden kellopisteiden kokonaismäärän. Ja tämä vastaa taajuutta, jonka halusit mitata (taajuus = kellot sekunnissa). Menettelyn mittaus (1000) asettaa laskurit ja alustaa ne. Tämän jälkeen WHILE -silmukka odottaa, kunnes keskeytyspalvelurutiini asettaa mittausvalmiuden arvoon TOSI. Tämä on täsmälleen 1 sekunnin kuluttua (1000 ms tai 1000 keskeytystä). Harrastajille tämä taajuuslaskuri toimii erittäin hyvin (alempien taajuuksien lisäksi saat 4 tai 5 numeron tarkkuuden). Erityisesti korkeammilla taajuuksilla laskuri on erittäin tarkka. Olen päättänyt näyttää vain 4 numeroa. Voit kuitenkin säätää sitä nestekidenäytön osassa. Sinun on käytettävä Arduinon D5 -nastaista taajuustulona. Tämä on edellytys ATmega -sirun 16 -bittisen ajastimen/laskurin1 käyttämiselle. (tarkista muut levyt Arduino -nastasta). Analogisten tai pienjännitesignaalien mittaamiseen lisätään esivahvistin, jossa on esivahvistintransistori BC547 ja lohkopulssin muotoilija (Schmitt-liipaisin), jossa on 74HC14N IC.

Vaihe 4: Komponenttien kokoonpano

ESR- ja CAP -piirit on asennettu 0,1 mm: n etäisyydellä oleviin reikälevyihin. FREQ -piiri on asennettu erilliselle perfboardille (tämä piiri lisättiin myöhemmin). Langallisissa yhteyksissä käytetään urosliittimiä. LCD -näyttö on asennettu laatikon yläkanteen yhdessä ON/OFF -kytkimen kanssa. (Ja yksi varakytkin tulevia päivityksiä varten). Asettelu tehtiin paperille (paljon helpompaa kuin Fritzingin tai muiden suunnitteluohjelmien käyttäminen). Tätä paperiasettelua käytettiin myöhemmin myös todellisen piirin tarkistamiseen.

Vaihe 5: Laatikon kokoonpano

Kaikkia komponentteja ja molempia piirilevyjä asennettiin mustalla muovilaatikolla (mitat LxSxK 120x120x60 mm). Arduino, perfboard -piirit ja paristopidike on asennettu 6 mm: n puiselle asennuslevylle asennuksen ja juottamisen helpottamiseksi. Tällä tavalla kaikki voidaan koota, ja kun se on valmis, se voidaan sijoittaa laatikon sisälle. Piirilevyjen ja Arduino -nailonvälilevyjen alla käytettiin levyjen taivuttamista.

Vaihe 6: Lopullinen johdotus

Lopuksi kaikki sisäiset langalliset liitännät on juotettu. Kun tämä oli valmis, testasin esr -kytkentätransistoreita kytkentäkaavion testiyhteyksien T1, T2 ja T3 kautta. Kirjoitin pienen testiohjelman muuttaakseni liitetyt lähdöt D8, D9 ja D10 HIGH: sta LOW: ksi joka sekunti ja tarkistin tämän liitäntöjen T1, T2 ja T3 oskilloskoopilla. tehty krokotiililiittimillä.

Taajuusmittauksessa voidaan käyttää pidempiä testijohtoja.

Hyvää testausta!