Arduino CAP-ESR-FREQ Meter: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Contor CAP-ESR-FREQ cu un Arduino Duemilanove.

În acest instructable puteți găsi toate informațiile necesare despre un instrument de măsurare bazat pe un Arduino Duemilanove. Cu acest instrument puteți măsura trei lucruri: valorile condensatorului în nanofarade și microfarade, rezistența serie echivalentă (valoarea ESR) a unui condensator și frecvențe nu în ultimul rând între 1 Herz și 3 MegaHerz. Toate cele trei modele se bazează pe descrieri pe care le-am găsit pe forumul Arduino și pe Hackerstore. După adăugarea unor actualizări, le-am combinat într-un singur instrument, controlat cu un singur program Arduino ino. Diferitele contoare sunt selectate printr-un selector cu trei poziții S2, conectat la pinii A1, A2 și A3. Reducerea la zero a ESR și resetarea selectării contorului se fac printr-un singur buton S3 pe A4. Comutatorul S1 este comutatorul de pornire / oprire, necesar pentru alimentarea bateriei de 9 V CC atunci când contorul nu este conectat la un computer prin USB. Acești pini sunt utilizați pentru intrare: A0: intrare valoare ESR. A5: intrare condensator. D5: frecvență intrare.

Contorul utilizează un afișaj cu cristale lichide (LCD) bazat pe chipsetul Hitachi HD44780 (sau un compatibil), care se găsește pe majoritatea LCD-urilor bazate pe text. Biblioteca funcționează în modul pe 4 biți (adică folosind 4 linii de date în plus față de liniile de control rs, enable și rw). Am început acest proiect cu un LCD cu doar 2 date (conexiunile SDA și SCL I2C), dar din păcate acest lucru a intrat în conflict cu celelalte programe pe care le-am folosit pentru contoare. Mai întâi voi explica el trei metri diferiți și în cele din urmă instrucțiunile de asamblare. Cu fiecare tip de contor puteți descărca și fișierul Arduino ino separat, dacă doriți să instalați doar acel tip specific de contor.

Pasul 1: Contorul de condensator

Contorul de condensator digital se bazează pe un design de la Hackerstore. Măsurarea valorii unui condensator:

Capacitatea este o măsură a capacității unui condensator de a stoca sarcina electrică. Contorul Arduino se bazează pe aceeași proprietate de bază a condensatoarelor: constanta de timp. Această constantă de timp este definită ca timpul necesar pentru ca tensiunea pe condensator să ajungă la 63,2% din tensiunea sa când este complet încărcată. Un Arduino poate măsura capacitatea, deoarece timpul necesar unui condensator pentru încărcare este direct legat de capacitatea sa prin ecuația TC = R x C. TC este constanta de timp a condensatorului (în secunde). R este rezistența circuitului (în ohmi). C este capacitatea condensatorului (în Farads). Formula pentru a obține valoarea capacității în Farads este C = TC / R.

În acest contor, valoarea R poate fi setată pentru calibrarea între 15kOhm și 25 kOhm prin potometrul P1. Condensatorul este încărcat prin pinul D12 și descărcat pentru următoarea măsurare prin pinul D7. Valoarea tensiunii încărcate este măsurată prin pinul A5. Valoarea analogică completă pe acest pin este 1023, deci 63,2% este reprezentată de o valoare de 647. Când se atinge această valoare, programul calculează valoarea condensatorului pe baza formulei menționate mai sus.

Pasul 2: Contorul ESR

Consultați definiția ESR

Consultați subiectul original al forumului Arduino https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0 Mulțumesc lui szmeu pentru începutul acestui subiect și mikanb pentru designul său esr50_AutoRange. Am folosit acest design, incluzând majoritatea comentariilor și îmbunătățirilor pentru designul contorului meu ESR.

ACTUALIZARE mai 2021: Contorul meu ESR se comportă uneori ciudat. Am petrecut mult timp găsind motivul (motivele), dar nu l-am găsit. Verificarea paginilor originale ale forumului Arduino așa cum s-a menționat mai sus ar putea fi soluția …

Rezistența de serie echivalentă (ESR) este rezistența internă care apare în serie cu capacitatea dispozitivului. Poate fi folosit pentru a găsi condensatori defecți în timpul sesiunilor de reparații. Nici un condensator nu este perfect și ESR provine din rezistența cablurilor, a foliei de aluminiu și a electrolitului. Este adesea un parametru important în proiectarea sursei de alimentare în care ESR-ul unui condensator de ieșire poate afecta stabilitatea regulatorului (adică, provocând oscilarea acestuia sau reacția excesivă la tranzitorii din sarcină). Este una dintre caracteristicile ne-ideale ale unui condensator care poate cauza o varietate de probleme de performanță în circuitele electronice. O valoare ESR ridicată degradează performanța din cauza pierderilor de putere, a zgomotului și a unei căderi de tensiune mai mari.

În timpul testului, un curent cunoscut este trecut prin condensator pentru un timp foarte scurt, astfel încât condensatorul să nu se încarce complet. Curentul produce o tensiune pe condensator. Această tensiune va fi produsul curentului și al ESR al condensatorului plus o tensiune neglijabilă datorită sarcinii mici din condensator. Deoarece curentul este cunoscut, valoarea ESR este calculată prin împărțirea tensiunii măsurate la curent. Rezultatele sunt apoi afișate pe afișajul contorului. Curenții de testare sunt generați prin intermediul tranzistoarelor Q1 și Q2, valorile lor sunt 5mA (setare de gamă înaltă) și 50mA, (setare de gamă mică) prin R4 și R6. Descărcarea se face prin tranzistorul Q3. Tensiunea condensatorului este măsurată prin intrarea analogică A0.

Pasul 3: Contorul de frecvență

Consultați pentru datele originale forumul Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0 # main_content_section. Mulțumesc arduinoaleman pentru designul său excelent de măsurare a frecvenței.

Contorul de frecvență funcționează după cum urmează: Timerul / Contorul de 16 biți va adăuga toate ceasurile care vin de la pinul D5. Timer / Counter2 va genera o întrerupere la fiecare milisecundă (de 1000 de ori pe secundă). Dacă există un overflow în Timer / Counter1, overflow_counter va fi mărit cu unul. După 1000 de întreruperi (= exact o secundă) numărul de revărsări va fi înmulțit cu 65536 (atunci când contorul curge peste). În ciclul 1000 se va adăuga valoarea curentă a contorului, oferindu-vă numărul total de căpușe de ceas care au intrat în ultima secundă. Și acest lucru este echivalent cu frecvența pe care ați dorit să o măsurați (frecvență = ceasuri pe secundă). Măsurarea procedurii (1000) va configura contoare și le va inițializa. După aceea, o buclă WHILE va aștepta până când rutina servivă de întrerupere setează măsurarea_prea TRUE. Aceasta este exact după 1 secundă (1000 ms sau 1000 întreruperi). Pentru pasionați, acest contor de frecvențe funcționează foarte bine (în afară de frecvențele mai mici, puteți obține o precizie de 4 sau 5 cifre). Mai ales cu frecvențe mai mari, contorul devine foarte precis. Am decis să afișez doar 4 cifre. Cu toate acestea, puteți regla acest lucru în secțiunea de ieșire LCD. Trebuie să utilizați pinul D5 al Arduino ca intrare de frecvență. Aceasta este o cerință prealabilă pentru utilizarea timerului / contorului de 16 biți al cipului ATmega. (vă rugăm să verificați pinul Arduino pentru alte plăci). Pentru a măsura semnale analogice sau semnale de joasă tensiune, se adaugă un preamplificator cu un tranzistor pre-amplificator BC547 și un bloc de formare a impulsurilor (declanșator Schmitt) cu un IC 74HC14N.

Pasul 4: Ansamblul componentelor

Circuitele ESR și CAP sunt montate pe o bucată de perfboard cu găuri la o distanță de 0,1 inci. Circuitul FREQ este montat pe un perfboard separat (acest circuit a fost adăugat mai târziu). Pentru conexiunile prin cablu se folosesc anteturi masculine. Ecranul LCD este montat în capacul superior al cutiei, împreună cu comutatorul ON / OFF. (Și un comutator de rezervă pentru actualizări viitoare). Aspectul a fost realizat pe hârtie (mult mai ușor decât utilizarea Fritzing sau a altor programe de proiectare). Acest aspect al hârtiei a fost folosit ulterior și pentru a verifica circuitul real.

Pasul 5: Asamblarea cutiei

O cutie de plastic neagră (dimensiunile WxDxH 120x120x60 mm) a fost utilizată pentru a monta toate componentele și ambele plăci de circuite. Arduino, circuitele perfboard și suportul bateriei sunt montate pe o placă de montare din lemn de 6 mm pentru asamblare și lipire ușoară. În acest fel totul poate fi asamblat și la finalizare poate fi așezat în interiorul cutiei. Sub plăcile de circuite și distanțierii din nailon Arduino au fost folosite pentru a preveni plăcile de îndoire.

Pasul 6: Cablarea finală

În cele din urmă, toate conexiunile prin cablu interne sunt lipite. Când s-a finalizat acest lucru, am testat tranzistoarele de comutare ESR, prin conexiunile de testare T1, T2 și T3 în schema de conectare. Am scris un mic program de testare pentru a schimba ieșirile conectate D8, D9 și D10 de la HIGH la LOW în fiecare secundă și am verificat acest lucru pe conexiunile T1, T2 și T3 cu un osciloscop. realizat cu conexiuni cu crocodil.

Pentru măsurarea frecvenței se pot utiliza fire de test mai lungi.

Testare fericită!