מד Arduino CAP-ESR-FREQ: 6 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

מד CAP-ESR-FREQ עם Arduino Duemilanove.

במדריך זה תוכלו למצוא את כל המידע הדרוש אודות מכשיר מדידה המבוסס על Arduino Duemilanove. בעזרת מכשיר זה אתה יכול למדוד שלושה דברים: ערכי קבלים בננו -פרדות ומיקרופאראדים, התנגדות הסדרה המקבילה (ערך ESR) של קבל ותדרים אחרונים אך לא פחות בין 1 הרץ ל -3 מגה -הרץ. כל שלושת העיצובים מבוססים על תיאורים שמצאתי בפורום Arduino וב- Hackerstore. לאחר הוספת כמה עדכונים שילבתי אותם לכלי אחד, הנשלט על ידי תכנית Induino Ino אחת בלבד. המונים השונים נבחרים באמצעות מתג בורר S2 בעל שלושה מצבים המחובר לסיכות A1, A2 ו- A3. איפוס ESR ואיפוס בחירת מטרים מתבצעות באמצעות כפתור S3 יחיד על A4. מתג S1 הוא מתג ההפעלה/כיבוי, הדרוש עבור סוללת 9 V DC כאשר המונה אינו מחובר למחשב באמצעות USB. סיכות אלה משמשות לקלט: A0: קלט ערך esr. A5: קלט קבלים. D5: תדר קֶלֶט.

המונה משתמש בתצוגת קריסטל נוזלי (LCD) המבוססת על ערכת השבבים של Hitachi HD44780 (או תואמת), המצויה ברוב מסכי ה- LCD המבוססים על טקסט. הספרייה פועלת במצב של 4 סיביות (כלומר באמצעות 4 קווי נתונים בנוסף לקווי הבקרה rs, enable ו- rw). התחלתי את הפרויקט הזה עם מסך LCD עם 2 שדות נתונים בלבד (חיבורי SDA ו- SCL I2C) אך למרבה הצער זה התנגש עם התוכנות האחרות שבהן השתמשתי עבור המונים. ראשית אסביר לו שלושה מטרים שונים ולבסוף את הוראות ההרכבה. עם כל סוג של מטר אתה יכול גם להוריד את קובץ ה- Arduino ino הנפרד, אם אתה רוצה להתקין רק את סוג המונה הספציפי הזה.

שלב 1: מד הקבלים

מדי הקבלים הדיגיטליים מבוססים על עיצוב מבית Hackerstore. מדידת ערך הקבל:

קיבול הוא מדד ליכולת של קבל לאחסן מטען חשמלי. מד Arduino מסתמך על אותו מאפיין בסיסי של קבלים: קבוע הזמן. קבוע הזמן הזה מוגדר כזמן שלוקח למתח על פני הקבל להגיע ל -63.2% מהמתח שלו כשהוא טעון במלואו. Arduino יכול למדוד קיבול מכיוון שהזמן שלקבל לוקח לטעינה קשור ישירות לקיבול שלו על ידי המשוואה TC = R x C. TC הוא קבוע הזמן של הקבל (בשניות). R הוא ההתנגדות של המעגל (באוהם). C הוא הקיבול של הקבל (בפאראדס). הנוסחה לקבלת ערך הקיבול ב- Farads היא C = TC/R.

במטר זה ניתן להגדיר את ערך ה- R לכיול בין 15 קאוהם ל -25 קאוהם באמצעות מד פוטר P1. הקבל נטען באמצעות סיכה D12 ומשוחרר למדידה הבאה באמצעות סיכה D7. ערך המתח הטעון נמדד באמצעות סיכה A5. הערך האנלוגי המלא בסיכה זו הוא 1023, ולכן 63.2% מיוצג על ידי ערך של 647. כאשר מגיעים לערך זה, התוכנית מחשבת את ערך הקבל על בסיס הנוסחה שהוזכרה לעיל.

שלב 2: מד ESR

עיין בהגדרת ESR

עיין בנושא הפורום המקורי בפורום Arduino https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0 תודה ל- szmeu להתחלת נושא זה ומיקנב על עיצוב esr50_AutoRange שלו. השתמשתי בעיצוב זה כולל רוב ההערות והשיפורים בעיצוב מד esr שלי.

עדכון מאי 2021: מד ה- ESR שלי מתנהג לפעמים באופן מוזר. ביליתי הרבה זמן למצוא את הסיבה (ים) אבל לא מצאתי. בדיקת דפי הפורום המקוריים של Arduino כפי שהוזכר לעיל יכולה להיות הפתרון …

התנגדות סדרה מקבילה (ESR) היא ההתנגדות הפנימית שמופיעה בסדרה עם קיבול המכשיר. ניתן להשתמש בו לאיתור קבלים פגומים במהלך שיעורי התיקון. אף קבל אינו מושלם ו- ESR מגיע מההתנגדות של הלידים, רדיד האלומיניום והאלקטרוליט. לעתים קרובות זהו פרמטר חשוב בעיצוב אספקת החשמל כאשר ה- ESR של קבל פלט יכול להשפיע על יציבות הרגולטור (כלומר לגרום לו להתנדנד או להגיב יתר על המידה על חולפים בעומס). זהו אחד המאפיינים הלא אידיאליים של קבל שעלול לגרום למגוון בעיות ביצועים במעגלים אלקטרוניים. ערך ESR גבוה פוגע בביצועים עקב הפסדי חשמל, רעש וירידת מתח גבוהה יותר.

במהלך הבדיקה, זרם ידוע מועבר דרך הקבל לזמן קצר מאוד, כך שהקבל אינו נטען לחלוטין. הזרם מייצר מתח על פני הקבל. מתח זה יהיה תוצר הזרם ו- ESR של הקבל בתוספת מתח זניח עקב המטען הקטן בקבל. מכיוון שהזרם ידוע, ערך ה- ESR מחושב על ידי חלוקת המתח הנמדד בזרם. התוצאות מוצגות לאחר מכן בתצוגת המונה. זרמי הבדיקה נוצרים באמצעות הטרנזיסטורים Q1 ו- Q2, ערכיהם הם 5mA (הגדרת טווח גבוה) ו- 50mA, (הגדרת טווח נמוך) באמצעות R4 ו- R6. פריקה מתבצעת באמצעות טרנזיסטור Q3. מתח הקבלים נמדד באמצעות קלט אנלוגי A0.

שלב 3: מד התדרים

עיין בנתונים המקוריים בפורום Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0#main_content_section. תודה לאדוינואלמן על עיצוב מד התדרים הנהדר שלו.

מונה התדרים פועל כדלקמן: טיימר/מונה 16 סיביות 1 יוסיף את כל השעונים הנכנסים מהסיכה D5. טיימר/מונה 2 ייצור הפסקה בכל אלפית השנייה (1000 פעמים בשנייה). אם יש הצפה ב- Timer/Counter1, ה- overflow_counter יוגדל באחד. לאחר 1000 הפרעות (= שנייה אחת בדיוק) מספר ההצפות יוכפל ב 65536 (זה כאשר המונה זורם). במחזור 1000 יתווסף הערך הנוכחי של המונה, וייתן לך את המספר הכולל של קרציות השעון שנכנסו במהלך השניה האחרונה. וזה שווה ערך לתדר שרצית למדוד (תדירות = שעונים לשנייה). מדידת ההליך (1000) תגדיר את המונים ותאתחל אותם. לאחר מכן לולאה של WHILE תמתין עד ששגרת שירות ההפרעה תגדיר את מדידת_התכונה ל- TRUE. זה בדיוק אחרי שנייה אחת (1000ms או 1000 הפרעות). עבור חובבים מונה תדרים זה עובד טוב מאוד (מלבד תדרים נמוכים יותר אתה יכול לקבל דיוק של 4 או 5 ספרות). במיוחד עם תדרים גבוהים הדלפק מקבל דיוק רב. החלטתי להציג רק 4 ספרות. עם זאת, באפשרותך להתאים זאת בחלק פלט ה- LCD. עליך להשתמש בפין D5 של הארדואינו כקלט התדר. זהו תנאי מוקדם לשימוש בטיימר/ביטוי של 16 ביט של שבב ATmega. (אנא בדוק את סיכת הארדואינו ללוחות אחרים). למדידת אותות אנלוגיים או אותות מתח נמוך נוסף מגבר קדם עם טרנזיסטור מראש מגבר BC547 ומעצב דופק בלוק (טריגר שמיט) עם IC 74HC14N.

שלב 4: מכלול הרכיבים

מעגלי ה- ESR ו- CAP מותקנים על פיסת לוח עם חורים במרחק של 0.1 אינץ '. מעגל ה- FREQ מותקן על לוח לוח נפרד (מעגל זה נוסף מאוחר יותר). עבור החיבורים החוטיים משתמשים בכותרות זכר. מסך ה- lcd מותקן בכריכה העליונה של התיבה, יחד עם מתג הפעלה/כיבוי. (ומתג אחד נוסף לעדכונים עתידיים). הפריסה נעשתה על נייר (הרבה יותר קל משימוש בפריטינג או תוכניות עיצוב אחרות). פריסת נייר זו שימשה מאוחר יותר גם לבדיקת המעגל האמיתי.

שלב 5: מכלול הקופסה

קופסת פלסטיק שחורה (מידות רוחב x רוחב x 120 x 120 מ"מ) שימשה להרכיב את כל הרכיבים ואת שני הלוחות. ה- Arduino, מעגלי ה- perfboard ומחזיק הסוללות מותקנים על צלחת הרכבה מעץ 6 מ"מ להרכבה והלחמה קלה. בדרך זו ניתן להרכיב הכל ובסיומו ניתן למקם אותו בתוך הקופסא. מתחת ללוחות המעגלים ומרווחי הניילון הארדואינו שימשו כדי למנוע מהלוחות להתכופף.

שלב 6: החיווט הסופי

לבסוף כל החיבורים החוטיים הפנימיים מולחמים. כאשר זה הושלם, בדקתי את טרנזיסטורי מיתוג esr, באמצעות חיבורי הבדיקה T1, T2 ו- T3 בתרשים החיווט. כתבתי תוכנית בדיקה קטנה לשינוי היציאות המחוברות D8, D9 ו- D10 מ- HIGH ל- LOW בכל שנייה ובדקתי זאת בחיבורים T1, T2 ו- T3 בעזרת אוסצילוסקופ. לחיבור הקבלים הנבדקים היו זוג חוטי בדיקה קצרים. עשוי עם חיבורי קליפ תנין.

למדידת תדרים ניתן להשתמש בחוטי בדיקה ארוכים יותר.

בדיקה מהנה!