Đồng hồ Arduino CAP-ESR-FREQ: 6 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Máy đo CAP-ESR-FREQ với Arduino Duemilanove.

Trong hướng dẫn này, bạn có thể tìm thấy tất cả thông tin cần thiết về một công cụ đo sáng dựa trên Arduino Duemilanove. Với thiết bị này, bạn có thể đo ba thứ: giá trị tụ điện ở nanofarads và microfarads, điện trở serie tương đương (giá trị ESR) của tụ điện và tần số cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng giữa 1 Herz và 3 MegaHerz. Cả ba thiết kế đều dựa trên các mô tả mà tôi tìm thấy trên diễn đàn Arduino và trên Hackerstore. Sau khi thêm một số bản cập nhật, tôi đã kết hợp chúng thành một công cụ, được điều khiển chỉ bằng một chương trình ino Arduino. Các đồng hồ đo khác nhau được chọn thông qua một công tắc chọn ba vị trí S2, kết nối với các chân A1, A2 và A3. Thiết lập lại số đo và lựa chọn đồng hồ đo ESR được thực hiện thông qua một nút ấn duy nhất S3 trên A4. Công tắc S1 là công tắc BẬT / TẮT nguồn, cần cho nguồn pin 9 V DC khi đồng hồ không được kết nối với PC qua USB. Các chân này được sử dụng cho đầu vào: A0: đầu vào giá trị esr. đầu vào.

Máy đo sử dụng Màn hình tinh thể lỏng (LCD) dựa trên chipset Hitachi HD44780 (hoặc một chipset tương thích), được tìm thấy trên hầu hết các màn hình LCD dựa trên văn bản. Thư viện hoạt động ở chế độ 4-bit (tức là sử dụng 4 dòng dữ liệu ngoài các dòng điều khiển rs, enable và rw). Tôi bắt đầu dự án này với một màn hình LCD chỉ có 2 dữ liệu (kết nối SDA và SCL I2C) nhưng rất tiếc là điều này lại xung đột với phần mềm khác mà tôi đã sử dụng cho máy đo. Đầu tiên tôi sẽ giải thích cho anh ấy ba mét khác nhau và cuối cùng là hướng dẫn lắp ráp. Với mỗi loại máy đo, bạn cũng có thể tải xuống tệp Arduino ino riêng biệt, nếu bạn muốn chỉ cài đặt loại máy đo cụ thể đó.

Bước 1: Đồng hồ đo tụ điện

Máy đo tụ điện kỹ thuật số dựa trên thiết kế của Hackerstore. Đo giá trị của tụ điện:

Điện dung là thước đo khả năng tích điện của tụ điện. Đồng hồ đo Arduino dựa trên cùng một tính chất cơ bản của tụ điện: hằng số thời gian. Hằng số thời gian này được định nghĩa là thời gian để điện áp trên tụ điện đạt 63,2% điện áp của nó khi được sạc đầy. Arduino có thể đo điện dung vì thời gian tụ điện để tích điện liên quan trực tiếp đến điện dung của nó theo phương trình TC = R x C. TC là hằng số thời gian của tụ điện (tính bằng giây). R là điện trở của mạch (tính bằng Ohms). C là điện dung của tụ điện (tính bằng Farads). Công thức để nhận giá trị điện dung trong Farads là C = TC / R.

Trong đồng hồ này, giá trị R có thể được đặt để hiệu chuẩn trong khoảng từ 15 kOhm đến 25 kOhm thông qua đồng hồ đo P1. Tụ điện được sạc qua chân D12 và xả cho lần đo sáng tiếp theo qua chân D7. Giá trị điện áp sạc được đo qua chân A5. Giá trị tương tự đầy đủ trên chân này là 1023, do đó 63,2% được biểu thị bằng giá trị 647. Khi đạt đến giá trị này, chương trình sẽ tính toán giá trị tụ điện dựa trên công thức đã đề cập ở trên.

Bước 2: Máy đo ESR

Xem định nghĩa về ESR

Xem chủ đề gốc trên diễn đàn Arduino https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0 Cảm ơn szmeu đã bắt đầu chủ đề này và mikanb cho thiết kế esr50_AutoRange của anh ấy. Tôi đã sử dụng thiết kế này bao gồm hầu hết các nhận xét và cải tiến cho thiết kế đồng hồ đo esr của tôi.

CẬP NHẬT tháng 5 năm 2021: Đồng hồ đo ESR của tôi đôi khi hoạt động kỳ lạ. Tôi đã dành rất nhiều thời gian để tìm (các) lý do nhưng không tìm ra. Kiểm tra các trang diễn đàn Arduino gốc như đã đề cập ở trên có thể là giải pháp….

Điện trở dòng tương đương (ESR) là điện trở bên trong xuất hiện nối tiếp với điện dung của thiết bị. Nó có thể được sử dụng để tìm các tụ điện bị lỗi trong các phiên sửa chữa. Không có tụ điện nào là hoàn hảo và ESR đến từ điện trở của các dây dẫn, lá nhôm và chất điện phân. Nó thường là một tham số quan trọng trong thiết kế nguồn điện trong đó ESR của tụ điện đầu ra có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của bộ điều chỉnh (tức là khiến nó dao động hoặc phản ứng quá mức với quá độ trong tải). Đó là một trong những đặc điểm không lý tưởng của tụ điện có thể gây ra nhiều vấn đề về hiệu suất trong mạch điện tử. Giá trị ESR cao làm giảm hiệu suất do mất điện, nhiễu và sụt áp cao hơn.

Trong quá trình thử nghiệm, một dòng điện đã biết được chạy qua tụ điện trong một thời gian rất ngắn để tụ điện không sạc đầy. Dòng điện tạo ra một hiệu điện thế trên tụ điện. Điện áp này sẽ là sản phẩm của dòng điện và ESR của tụ điện cộng với một điện áp không đáng kể do điện tích nhỏ trong tụ điện. Vì đã biết dòng điện nên giá trị ESR được tính bằng cách chia điện áp đo được cho dòng điện. Kết quả sau đó được hiển thị trên màn hình đồng hồ. Dòng điện thử nghiệm được tạo ra thông qua các bóng bán dẫn Q1 và Q2, giá trị của chúng là 5mA (cài đặt dải cao) và 50mA, (cài đặt dải thấp) qua R4 và R6. Quá trình xả được thực hiện thông qua bóng bán dẫn Q3. Điện áp tụ điện được đo thông qua đầu vào tương tự A0.

Bước 3: Máy đo tần số

Xem dữ liệu gốc trên diễn đàn Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0 # main_content_section. Cảm ơn arduinoaleman vì thiết kế máy đo tần số tuyệt vời của anh ấy.

Bộ đếm tần số hoạt động như sau: Timer / Counter1 16bit sẽ cộng tất cả các đồng hồ đến từ chân D5. Timer / Counter2 sẽ tạo ra một ngắt sau mỗi mili giây (1000 lần mỗi giây). Nếu có tràn trong Bộ định thời / Bộ đếm1, bộ đếm tràn sẽ tăng lên một. Sau 1000 lần ngắt (= chính xác một giây), số lần tràn sẽ được nhân với 65536 (đây là khi bộ đếm tràn qua). Trong chu kỳ 1000, giá trị hiện tại của bộ đếm sẽ được thêm vào, cung cấp cho bạn tổng số lần tích tắc đồng hồ xuất hiện trong giây cuối cùng. Và điều này tương đương với tần suất bạn muốn đo (tần số = đồng hồ trên giây). Phép đo thủ tục (1000) sẽ thiết lập các bộ đếm và khởi tạo chúng. Sau đó, một vòng lặp WHILE sẽ đợi cho đến khi quy trình dịch vụ ngắt đặt giá trị đo lường là TRUE. Đây chính xác là sau 1 giây (1000ms hoặc 1000 lần ngắt). Đối với những người có sở thích, bộ đếm tần số này hoạt động rất tốt (ngoài các tần số thấp hơn, bạn có thể nhận được độ chính xác 4 hoặc 5 chữ số). Đặc biệt với tần số cao hơn, bộ đếm sẽ rất chính xác. Tôi đã quyết định chỉ hiển thị 4 chữ số. Tuy nhiên, bạn có thể điều chỉnh điều đó trong phần đầu ra LCD. Bạn phải sử dụng chân D5 của Arduino làm đầu vào tần số. Đây là yêu cầu tiên quyết để sử dụng Bộ định thời / Bộ đếm 16 bit của chip ATmega. (vui lòng kiểm tra chân Arduino cho các bo mạch khác). Để đo tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu điện áp thấp, bộ tiền khuếch đại được thêm vào một bóng bán dẫn tiền khuếch đại BC547 và một bộ tạo xung khối (kích hoạt Schmitt) với một IC 74HC14N.

Bước 4: Lắp ráp các thành phần

Các mạch ESR và CAP được gắn trên một tấm ván đục lỗ với khoảng cách 0,1 inch. Mạch FREQ được gắn trên một bảng điều khiển riêng biệt (mạch này đã được bổ sung sau đó). Đối với các kết nối có dây, tiêu đề đực được sử dụng. Màn hình LCD được gắn ở nắp trên của hộp, cùng với công tắc BẬT / TẮT. (Và một công tắc dự phòng cho các bản cập nhật trong tương lai). Bố cục được thực hiện trên giấy (dễ dàng hơn nhiều so với sử dụng Fritzing hoặc các chương trình thiết kế khác). Bố cục giấy này sau đó cũng được sử dụng để kiểm tra mạch thực.

Bước 5: Lắp ráp hộp

Một hộp nhựa đen (kích thước WxDxH 120x120x60 mm) được sử dụng để gắn tất cả các thành phần và cả hai bảng mạch. Arduino, các mạch perfboard và giá đỡ pin được gắn trên một tấm gắn bằng gỗ 6mm để dễ dàng lắp ráp và hàn. Bằng cách này, mọi thứ có thể được lắp ráp và khi hoàn thành, nó có thể được đặt vào bên trong hộp. Bên dưới các bảng mạch và miếng đệm nylon Arduino đã được sử dụng để cố định các bảng mạch khỏi bị uốn cong.

Bước 6: Kết nối cuối cùng

Cuối cùng tất cả các kết nối có dây bên trong đều được hàn. Khi điều này hoàn thành, tôi đã thử nghiệm các bóng bán dẫn chuyển mạch esr, thông qua các kết nối thử nghiệm T1, T2 và T3 trong sơ đồ đấu dây. Tôi đã viết một chương trình thử nghiệm nhỏ để thay đổi các đầu ra được kết nối D8, D9 và D10 từ CAO thành THẤP mỗi giây và kiểm tra điều này trên các kết nối T1, T2 và T3 bằng một máy hiện sóng. được thực hiện với các kết nối kẹp cá sấu.

Để đo tần số, có thể sử dụng dây thử nghiệm dài hơn.

Chúc bạn thử nghiệm vui vẻ!