Arduino CAP-ESR-FREQ Meter: 6 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

CAP-ESR-FREQ-måler med en Arduino Duemilanove.

I denne instruksjonsboken kan du finne all nødvendig informasjon om et måleinstrument basert på en Arduino Duemilanove. Med dette instrumentet kan du måle tre ting: kondensatorverdier i nanofarader og mikrofarader, tilsvarende seriemotstand (ESR -verdi) til en kondensator og sist men ikke minst frekvenser mellom 1 Herz og 3 MegaHerz. Alle tre designene er basert på beskrivelser jeg fant på Arduino -forumet og på Hackerstore. Etter å ha lagt til noen oppdateringer kombinerte jeg dem til ett instrument, kontrollert med bare ett Arduino ino -program. De forskjellige målerne velges via en treposisjonsvelger S2, koblet til pinnene A1, A2 og A3. ESR -nullstilling og tilbakestilling av måler utføres via en enkelt trykknapp S3 på A4. Bryter S1 er strøm PÅ/AV -bryteren, nødvendig for 9 V DC batteristrøm når måleren ikke er koblet til en PC via USB. Disse pinnene brukes for inngang: A0: inngang esr -verdi. A5: kondensatorinngang. D5: frekvens input.

Måleren bruker en Liquid Crystal Display (LCD) basert på Hitachi HD44780 (eller et kompatibelt) brikkesett, som finnes på de fleste tekstbaserte LCD-skjermer. Biblioteket fungerer i 4- biters modus (dvs. bruker 4 datalinjer i tillegg til rs, enable og rw kontrollinjer). Jeg startet dette prosjektet med en lcd med bare 2 datalinjer (SDA og SCL I2C -tilkoblinger), men dessverre kom dette i konflikt med den andre programvaren jeg brukte til målerne. Først vil jeg forklare ham tre forskjellige målere og til slutt monteringsinstruksjonene. Med hver type måler kan du også laste ned den separate Arduino ino -filen, hvis du bare vil installere den spesifikke typen målere.

Trinn 1: Kondensatormåleren

Den digitale kondensatormåleren er basert på et design fra Hackerstore. Måling av verdien av en kondensator:

Kapasitans er et mål på en kondensators evne til å lagre elektrisk ladning. Arduino -måleren er avhengig av den samme grunnleggende egenskapen til kondensatorer: tidskonstanten. Denne tidskonstanten er definert som tiden det tar før spenningen over kondensatoren når 63,2% av spenningen når den er fulladet. En Arduino kan måle kapasitans fordi tiden en kondensator tar å lade er direkte relatert til dens kapasitans av ligningen TC = R x C. TC er tidskonstanten til kondensatoren (i sekunder). R er motstanden til kretsen (i ohm). C er kondensatorens kapasitans (i Farads). Formelen for å få kapasitansverdien i Farads er C = TC/R.

I denne måleren kan R -verdien stilles inn for kalibrering mellom 15 kOhm og 25 kOhm via potmeter P1. Kondensatoren lades via pin D12 og utlades for neste måling via pin D7. Den ladede spenningsverdien måles via pin A5. Den fulle analoge verdien på denne pinnen er 1023, så 63,2% er representert med en verdi på 647. Når denne verdien er nådd, beregner programmet kondensatorverdien basert på formelen ovenfor.

Trinn 2: ESR -måleren

Se definisjonen av ESR

Se for det originale Arduino -forumemnet https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0Takk til szmeu for starten på dette emnet og mikanb for hans esr50_AutoRange -design. Jeg brukte dette designet, inkludert de fleste kommentarer og forbedringer for ESR -målerdesignet mitt.

OPPDATERING Mai 2021: ESR -måleren min oppfører seg merkelig noen ganger. Jeg brukte mye tid på å finne årsaken (e), men fant den ikke. Å sjekke de originale Arduino -forumsidene som nevnt ovenfor kan være løsningen ….

Equivalent Series Resistance (ESR) er den interne motstanden som vises i serie med enhetens kapasitans. Den kan brukes til å finne defekte kondensatorer under reparasjonsøkter. Ingen kondensator er perfekt, og ESR kommer fra motstanden til ledningene, aluminiumsfolien og elektrolytten. Det er ofte en viktig parameter i strømforsyningsdesign hvor ESR for en utgangskondensator kan påvirke regulatorens stabilitet (dvs. få den til å svinge eller overreagere på transienter i lasten). Det er en av de ikke-ideelle egenskapene til en kondensator som kan forårsake en rekke ytelsesproblemer i elektroniske kretser. En høy ESR -verdi forringer ytelsen på grunn av effekttap, støy og et høyere spenningsfall.

Under testen føres en kjent strøm gjennom kondensatoren i veldig kort tid, slik at kondensatoren ikke lades fullstendig. Strømmen produserer en spenning over kondensatoren. Denne spenningen vil være produktet av strømmen og ESR for kondensatoren pluss en ubetydelig spenning på grunn av den lille ladningen i kondensatoren. Siden strømmen er kjent, beregnes ESR -verdien ved å dele den målte spenningen med strømmen. Resultatene vises deretter på måledisplayet. Teststrømmene genereres via transistorer Q1 og Q2, verdiene er 5mA (høyt områdeinnstilling) og 50mA, (lavt områdeinnstilling) via R4 og R6. Utslipp utføres via transistor Q3. Kondensatorspenningen måles via analog inngang A0.

Trinn 3: Frekvensmåleren

Se for de originale dataene på Arduino -forumet: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0#main_content_section. Takk til arduinoaleman for hans flotte frekvensmålerdesign.

Frekvenstelleren fungerer som følger: 16 -biters timer/teller1 legger til alle klokker som kommer inn fra pin D5. Timer/Counter2 vil generere et avbrudd hvert millisekund (1000 ganger per sekund). Hvis det er et overløp i Timer/Counter1, vil overflow_counter økes med en. Etter 1000 avbrudd (= nøyaktig ett sekund) vil antall overløp multipliseres med 65536 (dette er når telleren flyter over). I syklus 1000 vil den nåværende verdien av telleren bli lagt til, noe som gir deg det totale antallet klokkemerker som kom inn i løpet av det siste sekundet. Og dette tilsvarer frekvensen du ønsket å måle (frekvens = klokker per sekund). Prosedyremåling (1000) setter opp tellerne og initialiserer dem. Etter det vil en WHILE -sløyfe vente til avbruddsservicerutinen setter måling_klar til TRUE. Dette er nøyaktig etter 1 sekund (1000 ms eller 1000 avbrudd). For hobbyfolk fungerer denne frekvenstelleren veldig bra (bortsett fra lavere frekvenser kan du få 4 eller 5 siffer nøyaktighet). Spesielt med høyere frekvenser blir telleren veldig nøyaktig. Jeg har bestemt meg for å vise bare 4 sifre. Du kan imidlertid justere det i LCD -utgangsseksjonen. Du må bruke D5 -pinnen på Arduino som frekvensinngang. Dette er en forutsetning for å bruke 16 -biters timer/teller1 på ATmega -brikken. (sjekk Arduino -pinnen for andre tavler). For å måle analoge signaler eller lavspenningssignaler legges en forforsterker til med en forforsterker transistor BC547 og en blokkpulsformer (Schmitt trigger) med en 74HC14N IC.

Trinn 4: Komponentmonteringen

ESR- og CAP -kretsene er montert på et stykke perfboard med hull på 0,1 tommers avstand. FREQ -kretsen er montert på et eget perfboard (denne kretsen ble lagt til senere). For de kablede tilkoblingene brukes mannlige overskrifter. LCD -skjermen er montert i toppdekselet på esken, sammen med PÅ/AV -bryteren. (Og en ekstra bryter for fremtidige oppdateringer). Oppsettet ble laget på papir (mye enklere enn å bruke Fritzing eller andre designprogrammer). Dette papiroppsettet ble senere også brukt til å kontrollere den virkelige kretsen.

Trinn 5: Boksenheten

En svart plastboks (dimensjoner BxDxH 120x120x60 mm) ble brukt til å montere alle komponentene og begge kretskortene. Arduino, perfboardkretsene og batteriholderen er montert på en 6 mm monteringsplate i tre for enkel montering og lodding. På denne måten kan alt settes sammen og når det er ferdig, kan det plasseres inne i boksen. Under kretskortene og Arduino -nylon -avstandsstykkene ble det brukt for å forhindre at platene bøyde seg.

Trinn 6: Den siste ledningen

Til slutt er alle interne kabelforbindelser loddet. Da dette var fullført, testet jeg esr -koblingstransistorene, via testforbindelsene T1, T2 og T3 i koblingsskjemaet. Jeg skrev et lite testprogram for å endre de tilkoblede utgangene D8, D9 og D10 fra HIGH til LOW hvert sekund og sjekket dette på tilkoblingene T1, T2 og T3 med et oscilloskop. For å koble kondensatorene under test ble et par korte testledninger laget med krokodilleklipsforbindelser.

For frekvensmåling kan lengre testledninger brukes.

God test!