Měřič Arduino CAP-ESR-FREQ: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Měřič CAP-ESR-FREQ s Arduino Duemilanove.

V tomto pokynu najdete všechny potřebné informace o měřicím přístroji založeném na Arduino Duemilanove. S tímto přístrojem můžete měřit tři věci: hodnoty kondenzátoru v nanofaradech a mikrofaradech, ekvivalentní sériový odpor (hodnota ESR) kondenzátoru a v neposlední řadě frekvence mezi 1 Herz a 3 MegaHerz. Všechny tři návrhy jsou založeny na popisech, které jsem našel na fóru Arduino a na Hackerstore. Po přidání některých aktualizací jsem je spojil do jednoho nástroje, ovládaného pouze jedním programem Arduino ino. Různé měřiče se vybírají pomocí třípolohového přepínače S2 připojeného k pinům A1, A2 a A3. Nulování ESR a reset měřiče se provádí pomocí jediného tlačítka S3 na A4. Přepínač S1 je vypínač ZAP/VYP, potřebný pro napájení 9 V DC baterií, pokud měřič není připojen k PC přes USB. Tyto kolíky se používají pro vstup: A0: vstup hodnoty esr. A5: vstup kondenzátoru. D5: frekvence vstup.

Měřič používá displej z tekutých krystalů (LCD) založený na čipové sadě Hitachi HD44780 (nebo kompatibilní), která se nachází na většině textových LCD. Knihovna pracuje ve 4bitovém režimu (tj. Kromě řídicích linek rs, enable a rw používá 4 datové řádky). Začal jsem tento projekt s LCD s pouhými 2 datovými liniemi (připojení SDA a SCL I2C), ale bohužel to bylo v rozporu s dalším softwarem, který jsem použil pro měřiče. Nejprve mu vysvětlím tři různé měřiče a nakonec montážní pokyny. Ke každému typu měřiče si můžete také stáhnout samostatný soubor Arduino ino, pokud chcete nainstalovat pouze tento konkrétní typ měřiče.

Krok 1: Kondenzátorový měřič

Digitální měřič kondenzátoru vychází z návrhu od společnosti Hackerstore. Měření hodnoty kondenzátoru:

Kapacita je měřítkem schopnosti kondenzátoru uchovávat elektrický náboj. Měřič Arduino se spoléhá na stejnou základní vlastnost kondenzátorů: časovou konstantu. Tato časová konstanta je definována jako doba potřebná k tomu, aby napětí na kondenzátoru dosáhlo 63,2% svého napětí při plném nabití. Arduino může měřit kapacitu, protože doba, kterou kondenzátor potřebuje k nabití, je přímo úměrná jeho kapacitě pomocí rovnice TC = R x C. TC je časová konstanta kondenzátoru (v sekundách). R je odpor obvodu (v ohmech). C je kapacita kondenzátoru (ve Faradech). Vzorec pro získání hodnoty kapacity ve Faradech je C = TC/R.

V tomto měřiči lze hodnotu R nastavit pro kalibraci mezi 15 kOhm a 25 kOhm pomocí potenciometru P1. Kondenzátor se nabíjí přes pin D12 a vybíjí se pro další měření přes pin D7. Hodnota nabitého napětí se měří pomocí pinu A5. Plná analogová hodnota na tomto pinu je 1023, takže 63,2% je reprezentováno hodnotou 647. Po dosažení této hodnoty program vypočítá hodnotu kondenzátoru na základě výše uvedeného vzorce.

Krok 2: Měřič ESR

Definice ESR viz

Podívejte se na původní téma fóra Arduino https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0Díky szmeu za začátek tohoto tématu a mikanb za jeho design esr50_AutoRange. Použil jsem tento design včetně většiny komentářů a vylepšení pro svůj design esr metru.

UPDATE květen 2021: Můj měřič ESR se někdy chová podivně. Strávil jsem spoustu času hledáním důvodů, ale nenašel jsem je. Řešením původních stránek fóra Arduino, jak je uvedeno výše, by mohlo být řešením….

Ekvivalentní sériový odpor (ESR) je vnitřní odpor, který se objevuje v sérii s kapacitou zařízení. Lze jej použít k vyhledání vadných kondenzátorů během oprav. Žádný kondenzátor není dokonalý a ESR pochází z odporu vodičů, hliníkové fólie a elektrolytu. Často je důležitým parametrem v návrhu napájecího zdroje, kde ESR výstupního kondenzátoru může ovlivnit stabilitu regulátoru (tj. Způsobit jeho oscilaci nebo přílišnou reakci na přechodové děje v zátěži). Je to jedna z neideálních charakteristik kondenzátoru, která může způsobit řadu problémů s výkonem v elektronických obvodech. Vysoká hodnota ESR snižuje výkon kvůli ztrátám energie, hluku a vyššímu poklesu napětí.

Během testu prochází známý proud kondenzátorem velmi krátkou dobu, takže se kondenzátor nenabíjí úplně. Proud vytváří napětí přes kondenzátor. Toto napětí bude součinem proudu a ESR kondenzátoru plus zanedbatelného napětí kvůli malému náboji v kondenzátoru. Protože je znám proud, hodnota ESR se vypočítá vydělením měřeného napětí proudem. Výsledky se poté zobrazí na displeji měřiče. Testovací proudy jsou generovány pomocí tranzistorů Q1 a Q2, jejich hodnoty jsou 5mA (nastavení vysokého rozsahu) a 50mA, (nastavení nízkého rozsahu) prostřednictvím R4 a R6. Vybíjení se provádí pomocí tranzistoru Q3. Napětí kondenzátoru se měří přes analogový vstup A0.

Krok 3: Frekvenční měřič

Původní data najdete na fóru Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0#main_content_section. Díky arduinoalemanovi za skvělý design měřiče frekvence.

Čítač frekvence funguje následovně: 16bitový časovač/čítač1 sečte všechny hodiny přicházející z pinu D5. Časovač/čítač2 generuje přerušení každou milisekundu (1000krát za sekundu). Pokud dojde k přetečení v Timer/Counter1, overflow_counter se zvýší o jednu. Po 1000 přerušeních (= přesně jedna sekunda) se počet přetečení vynásobí 65536 (to je, když počítadlo přeteče). V cyklu 1000 bude přidána aktuální hodnota počitadla, která vám poskytne celkový počet hodin, které přišly během poslední sekundy. A toto je ekvivalent frekvence, kterou jste chtěli měřit (frekvence = hodiny za sekundu). Měření postupu (1000) nastaví čítače a inicializuje je. Poté smyčka WHILE počká, dokud obslužná rutina přerušení nastaví measurement_ready na TRUE. To je přesně po 1 sekundě (1 000 ms nebo 1 000 přerušení). Pro fandy funguje tento frekvenční čítač velmi dobře (kromě nižších frekvencí můžete získat přesnost 4 nebo 5 číslic). Zvláště u vyšších frekvencí je čítač velmi přesný. Rozhodl jsem se zobrazit pouze 4 číslice. Můžete to však upravit v sekci výstupu LCD. Jako frekvenční vstup musíte použít pin D5 Arduina. Toto je předpokladem pro použití 16bitového časovače/čítače1 čipu ATmega. (podívejte se prosím na pin Arduino pro další desky). Pro měření analogových signálů nebo signálů nízkého napětí je přidán předzesilovač s tranzistorem předzesilovače BC547 a tvarovačem blokových impulsů (Schmittova spoušť) s integrovaným obvodem 74HC14N.

Krok 4: Sestava komponent

Obvody ESR a CAP jsou namontovány na kusu perfboardu s otvory o vzdálenosti 0,1 palce. Obvod FREQ je namontován na samostatné perfboard (tento obvod byl přidán později). Pro kabelové připojení se používají zástrčky. Obrazovka LCD je namontována v horním krytu krabice spolu s vypínačem ON/OFF. (A jeden náhradní přepínač pro budoucí aktualizace). Rozložení bylo vytvořeno na papíře (mnohem jednodušší než pomocí programu Fritzing nebo jiných návrhových programů). Toto rozložení papíru bylo později také použito ke kontrole skutečného obvodu.

Krok 5: Sestava krabice

K montáži všech komponent a obou desek plošných spojů byl použit černý plastový box (rozměry ŠxHxV 120x120x60 mm). Arduino, obvody perfboardu a držák baterie jsou upevněny na 6mm dřevěné montážní desce pro snadnou montáž a pájení. Tímto způsobem lze vše sestavit a po dokončení umístit do krabice. Pod obvodové desky a nylonové rozpěrky Arduino byly použity k zabránění ohýbání desek.

Krok 6: Konečné zapojení

Nakonec jsou všechna vnitřní kabelová spojení pájena. Když bylo toto dokončeno, otestoval jsem spínací tranzistory esr, a to prostřednictvím testovacích zapojení T1, T2 a T3 ve schématu zapojení. Napsal jsem malý testovací program na změnu připojených výstupů D8, D9 a D10 z HIGH na LOW každou sekundu a zkontroloval to na přípojkách T1, T2 a T3 osciloskopem. Pro připojení testovaných kondenzátorů bylo použito pár krátkých testovacích vodičů vyrobeno s krokosvorkovými příchytkami.

Pro měření frekvence lze použít delší testovací vodiče.

Šťastné testování!