Miután találtam egy cikket az internetes digitális kapacitásmérőről, meg akartam építeni ezt a mérőt. Az AT90S2313 mikrokontroller és a közös anóddal ellátott LED-jelzők azonban nem voltak kéznél. De volt ATMEGA16 DIP-csomagban és négy számjegyű, hétszegmenses folyadékkristályos jelző. A mikrokontroller kimenetei éppen arra voltak elegendőek, hogy közvetlenül az LCD-re csatlakoztassuk. Így a mérőt leegyszerűsítették egyetlen mikroáramkörre (sőt, van egy második - feszültségszabályozó), egy tranzisztorra, egy diódára, egy marék ellenállás-kondenzátorra, három csatlakozóra és egy gombra. legyen kompakt és könnyen használható. Most nincs kérdésem a kondenzátor kapacitásának mérésével kapcsolatban. Ez különösen fontos azoknál az SMD kondenzátoroknál, amelyek kapacitása több pikofarad (sőt, a pikofaradok töredéke is), amelyeket mindig ellenőrizek, mielőtt bármilyen táblába forrasztom. Jelenleg számos asztali és hordozható mérőóra készül, amelyek gyártói alacsonyabb, 0,1 pF-os kapacitásmérési határt és elegendő pontosságot állítanak az ilyen kis kapacitások mérésére. Sok esetben azonban a méréseket meglehetősen alacsony frekvencián (néhány kilohertz) végzik. A kérdés az, hogy ilyen körülmények között lehet-e elfogadható mérési pontosságot elérni (még akkor is, ha a mérttel párhuzamosan egy nagyobb kondenzátort csatlakoztatunk)? Ráadásul az interneten az RLC mérőáramkör jó néhány klónját találhatjuk egy mikrokontrolleren és egy műveleti erősítőn (az elektromágneses relével és egy-két soros LCD-vel). Kis kapacitásokat azonban „emberi módon” nem lehet ilyen eszközökkel mérni. Sok mástól eltérően ezt a mérőt kifejezetten kis kapacitásértékek mérésére tervezték.
Kis induktivitások (nanohenry egység) mérésére sikeresen használom a cégünk által gyártott RigExpert AA-230 analizátort.
A kapacitásmérő fotója:
A kapacitásmérő paraméterei
Mérési tartomány: 1 pF és kb. 470 µF között.
Mérési határok: automatikus határkapcsolás - 0 ... 56 nF (alsó határ) és 56 nF ... 470 μF (felső határ).
Jelzés: három jelentős számjegy (két számjegy a 10pF-nél kisebb kapacitásoknál).
Működés: egyetlen gomb a nullázáshoz és a kalibráláshoz.
Kalibrálás: Egyszeres, két referenciakondenzátorral, 100 pF és 100 nF.
A mikrokontroller érintkezőinek többsége az LCD-hez csatlakozik. Némelyikük rendelkezik csatlakozóval is a mikrokontroller (ByteBlaster) áramkörön belüli programozásához. A kapacitásmérő áramkör négy kimenetet használ, beleértve az AIN0 és AIN1 komparátor bemeneteket, a mérési határérték vezérlő kimenetet (tranzisztor használatával) és a küszöbfeszültség kiválasztási kimenetet. A mikrokontroller egyetlen megmaradt kimenetéhez egy gomb csatlakozik.
A +5 V feszültségszabályozót a hagyományos séma szerint szerelik össze.
Az indikátor egy hétszegmenses, 4 számjegyű, közvetlen szegmenskapcsolat (azaz nem multiplex). Sajnos az LCD-n nem volt jelölés. Ugyanazok a kivezetések és méretek (51 × 23 mm) számos vállalat mutatói, például az AND és a Varitronix.
A diagram az alábbiakban látható (az ábrán nem látható fordított polaritásvédő dióda, a tápcsatlakozót ajánlott ezen keresztül csatlakoztatni):
mikrokontroller program
Mivel az ATMEGA16 a "MEGA" sorozatból van és nem az "apró" sorozatból, nincs sok értelme assembler programot írni. A C nyelvben ez sokkal gyorsabbá és egyszerűbbé tehető, és a mikrokontroller megfelelő mennyiségű flash memóriája lehetővé teszi a beépített lebegőpontos függvénykönyvtár használatát a kapacitás kiszámításakor.
A mikrokontroller két lépésben végez kapacitásmérést. Először is meg kell határozni a kondenzátor töltési idejét egy 3,3 MΩ (alsó határ) ellenálláson keresztül. Ha a szükséges feszültséget 0,15 másodpercen belül nem érik el (ami körülbelül 56 pF kapacitásnak felel meg), a kondenzátor töltése megismétlődik a 3,3 kΩ-os ellenálláson keresztül (mérés felső határa).
Ebben az esetben a mikrokontroller először egy 100 ohmos ellenálláson keresztül kisüti a kondenzátort, majd 0,17 V feszültségre tölti fel. Csak ezután mérik a töltési időt 2,5 V feszültségre (a tápfeszültség fele). Ezt követően a mérési ciklus megismétlődik.
Amikor az eredmény megjelenik, az LCD kimenetekre váltakozó polaritású (a közös vezetékhez viszonyítva) körülbelül 78 Hz frekvenciájú feszültség kerül. A kellően magas frekvencia teljesen kiküszöböli a jelző villogását.
.A kondenzátorokat nagyon széles körben használják minden típusú elektronikus áramkörben, és szinte egyetlen rádióáramkör sem nélkülözheti őket. Ebben a projektben a digitális kapacitásmérő PIC mikrokontroller segítségével történő felépítésének technikáját tárgyaljuk. Ez a projekt 1 nF és 99 uF közötti kapacitásértékeket képes mérni (ennek megfelelően pikofaradokat is mér). A projektben használt mikrokontroller PIC16F628A.
Az áramkör két részből áll, az áramkör első részét az alábbiakban mutatjuk be:
Második rész:
Az áramkör második részének kimenetei a mikrokontroller kimeneteihez csatlakoznak, a rajtuk lévő jelöléseknek megfelelően.
Ez a kapacitásmérő azon az elven alapul, hogy a kondenzátort soros ellenálláson keresztül töltik fel. Ha ismerjük azt az időt, ami alatt a kondenzátor feltöltődik egy ismert feszültségig, akkor ezt az egyenletet C-re tudjuk megoldani R értékének ismeretében.
Az ellenállás értékének (jelen esetben ez 22K) és a töltési idő ismeretében most már megoldhatjuk a kondenzátoregyenletet a C kapacitás kiszámításához. A programban pontosan ezt az elvet alkalmazzuk. A mérés a mérés gomb megnyomásával kezdődik. A mért kapacitás megjelenik az LCD kijelzőn. Az áramkör táplálásához 5 V-os tápegység szükséges.
A mikrokontroller firmware-je C. Pro-ban van írva a PIC fordítóhoz. A maximális mérhető kapacitás 99,99 uF. A program az "Out of Range" üzenetet jeleníti meg, ha a mért érték a tartományon kívül esik. Egyértelmű, hogy a mikrofaradok tovább mérnek, mint a pico vagy a nanofaradok. A készülék elég pontos és a hiba csak 1 nF.
Jegyzet: A nagyfeszültségű kondenzátorokat a mérés megkezdése előtt nagy ellenállású ellenállással kisütni kell.
Példák a mért kapacitásokra:
/c]
Ezzel a kapacitásmérővel könnyedén mérhet bármilyen kapacitást a pF egységektől a több száz mikrofaradig. A kapacitás mérésére többféle módszer létezik. Ez a projekt az integrációs módszert használja.
A módszer alkalmazásának fő előnye, hogy a mérés időmérésen alapul, ami az MCU-n elég pontosan elvégezhető. Ez a módszer nagyon alkalmas házi készítésű kapacitásmérőhöz, és könnyen megvalósítható mikrokontrolleren is.
A kapacitásmérő működési elve
Azokat a jelenségeket, amelyek az áramkör állapotának megváltozásakor jelentkeznek, tranzienseknek nevezzük. Ez a digitális áramkörök egyik alapfogalma. Amikor az 1. ábrán látható kapcsoló nyitva van, a kondenzátor az R ellenálláson keresztül töltődik, és a rajta lévő feszültség az 1b. ábrán látható módon megváltozik. A kondenzátor feszültségét meghatározó arány:
Az értékeket SI egységben, t másodpercben, R ohmban, C faradban fejezzük ki. Az az idő, amely alatt a kondenzátor feszültsége eléri a V C1 értéket, körülbelül a következő képlettel fejezzük ki:
Ebből a képletből az következik, hogy a t1 idő arányos a kondenzátor kapacitásával. Ezért a kapacitás a kondenzátor töltési idejéből számítható ki.
Rendszer
A töltési idő mérésére elég egy komparátor és egy mikrokontroller időzítő, valamint egy digitális logikai chip. Teljesen ésszerű az AT90S2313 mikrokontroller használata (a modern analóg az ATtiny2313). A komparátor kimenetét T C1 triggerként használják. A küszöbfeszültséget egy ellenállásosztó állítja be. A töltési idő nem függ a tápfeszültségtől. A töltési időt a 2. képlet határozza meg, ezért nem függ a tápfeszültségtől. a VC 1 /E képletben szereplő arányt csak az osztó együttható határozza meg. Természetesen a mérés során a tápfeszültségnek állandónak kell lennie.A 2-es képlet a kondenzátor töltési idejét 0 voltról fejezi ki. A nullához közeli feszültséggel azonban nehéz dolgozni a következő okok miatt:
- A feszültség nem csökken 0 voltra. Időbe telik a kondenzátor teljes kisütéséhez. Ez növeli az időt és a mérést.
- A kezdés közötti szükséges időtöltés és az időzítő elindítása. Ez mérési hibát okoz. Az AVR esetében ez nem kritikus. csak egy ütem kell hozzá.
- Áramszivárgás az analóg bemeneten. Az AVR adatlapja szerint az áramszivárgás növekszik, ha a bemeneti feszültség közel nulla volt.
E nehézségek elkerülésére két VC 1 (0,17 Vcc) és VC 2 (0,5 Vcc) küszöbfeszültséget használtak. A NYÁK felületének tisztának kell lennie a szivárgó áramok minimalizálása érdekében. A mikrokontroller szükséges tápfeszültségét egy DC-DC konverter biztosítja, amely 1,5 VAA akkumulátorral működik. DC-DC konverter helyett célszerű használni 9 Vakkumulátor és konverter 78 L05, lehetőlegIsne kapcsold kiBODkülönben problémák adódhatnak EEPROM.
Kalibráció
 |
 |
 |
Az alsó tartomány kalibrálásához: Az SW1 gombbal. Ezután csatlakoztassa az 1-es és a 3-as érintkezőt a P1 csatlakozón, helyezzen be egy 1nF-os kondenzátort, és nyomja meg az SW1-et.
A magas tartomány kalibrálásához: A P1 csatlakozó 4. és 6. rövid tűje, helyezzen be egy 100 nF-os kondenzátort, és nyomja meg az SW1 gombot.
Az "E4" felirat bekapcsolt állapotban azt jelenti, hogy a kalibrációs érték nem található az EEPROM-ban.
Használat
Automatikus távolságérzékelés
A töltés egy 3,3 M-es ellenálláson keresztül indul. Ha a kondenzátor feszültsége nem éri el a 0,5 Vcc-t 130 mS-nél (>57nF) rövidebb idő alatt, a kondenzátor kisüt és újra feltöltődik, de egy 3,3 kΩ-os ellenálláson keresztül. Ha a kondenzátor feszültsége 1 másodpercig nem éri el a 0,5 Vcc-t (>440 µF), írja be az "E2"-t. Az idő mérésekor a kapacitás kiszámításra kerül és megjelenik a kijelzőn. Az utolsó szegmens a mérési tartományt mutatja (pF, nF, µF).
bilincs
Bilincsként egy aljzat egy részét használhatja. Kis kapacitások (pikofarad-egységek) mérésekor nem kívánatos a hosszú vezetékek használata.
Egy mikrokontrolleren, de rádióamatőr kollégákkal folytatott beszélgetések és kísérletek sorozata után felmerültek a további fejlesztésével kapcsolatos gondolatok. Az új készüléket megnövelt pontosság és szélesebb hatótávolság jellemzi. A PIC16F90 vezérlőn alapul.
Kapacitás- és induktivitásmérő áramkör
Az LCR mérő jellemzői
Kondenzátorok:
- 1-1nF - felbontás: 0,1 pF, pontosság: 1%
- 1nF - 100nF - Felbontás: 1pF, Pontosság: 1%
- 100nF - 1uF - 1nF felbontás, hiba: 2,5%
elektrolitok:
- 100 nF - 100 000 uF - 1 nF felbontás, pontosság: 5%
Induktivitás:
- 10nH-tól 20H-ig - felbontás 10nH, pontosság: 5%
Ellenállás:
- 1 mΩ - 0,5 Ω - 1 mΩ felbontás, pontosság: 5%
Itt jobbá kell válnia - a készülék inkább milliohmméterként működik. Az egy ohmnál nagyobb ellenállások szinte nem mérnek. A műszer nyomtatott áramköri lapja úgy van kialakítva, hogy a tetején lévő LCD-kijelzőt csatlakoztatni lehessen. Az R10 trimmellenállás a kijelző kontrasztjának beállítására szolgál.
Minden ellenállás fémfólia, 1%. Két 1nF-os kondenzátor is 1% kedvezménnyel. A CX1 - 33nF kapacitás szintén kritikus - polipropilénnek kell lennie, magas üzemi feszültségű kondenzátorral (több száz volt). Az induktornak alacsony Rdc-nek kell lennie. A mérőnek van egy különálló AC adapter csatlakozója, amely megkerüli a bekapcsológombot.
Ha a készülék külső hálózati adapterrel működik, az R11 ellenállás ellenállásának csökkentésével növelheti a képernyő háttérvilágításának fényerejét. A megfelelő ellenállásérték kiválasztásához olvassa el a kijelző dokumentációját.
Ne feledje, hogy az elektrolit kondenzátorokat mérés előtt kisütni kell, ellenkező esetben fennáll a vezérlő megégésének veszélye. Az áramkör összeállításához szükséges összes fájl (több firmware opció, nyomtatott áramköri lapok) az archívumban található. .
Valahogy az interneten találtam egy cikket egy ázsiai fejlesztőtől, amely egy kapacitásmérő eszközt írt le. Mikrokontrollerre és egy csomó "extra" alkatrészre volt összerakva. Mivel a képletek és a kapacitás számítási elve adottak voltak, ezért úgy döntöttem, hogy a minimálisan szükséges elemszámmal elkészítem a készülékemet, ami kielégíti az igényeimet. Mivel volt szabad memória, úgy döntöttem, hogy hozzáadok egy frekvenciaszámláló funkciót.
A készülékben csak két gomb található, egy reset gomb ("0" beállítás) és egy gomb az üzemmódok váltásához:
"Frekvenciamérő", "pF mérés", "nF mérés"
A készülék működési elve a kondenzátor töltési idejének egy bizonyos "küszöb" feszültségig történő mérésén alapul. A számítás a mikrokontrollerben a következő képlet szerint történik:
ahol T a töltési idő, R a töltőáramkör ellenállása, C a kondenzátor kapacitása, VC1 a kondenzátor feszültsége a T pillanatban, E az áramkör EMF-je.
A kapacitásmérő két mérési tartományban működik: "pF-gradation 1pF" és "nF-gradation 1nF".
Az első mód mérési tartománya ...............................1 pF - 20 nF, pontosság 1pF
A második mód mérési tartománya ............................... 1 nF - 22 μF, pontosság 1 nF
A harmadik mód mérési tartománya ........................... 1 μF - 2000 μF, pontosság 1 μF
Frekvencia mérési tartomány ...............................10Hz(*1Hz) - 8MHz , pontosság 10Hz(*1Hz)
* - A HD44780 vezérlőn lévő jelzővel ellátott készülékverzióhoz
TERVEZÉS:
A mikrokontroller biztosítóbitjei programozhatók belső RC oszcillátorról 8 MHz frekvencián, vagy külső kvarc rezonátorról történő órajelre.
Akinek gondja van a megfelelő kijelző megtalálásával, annak felteszem a KS0066U (HD4478) driverrel ellátott karakteres kijelző bekötési rajzát és firmware-jét.
Kijelző TIC 8148...Analóg TIC55M
