Mesurador Arduino CAP-ESR-FREQ: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Mesurador CAP-ESR-FREQ amb un Arduino Duemilanove.

En aquest instructiu podeu trobar tota la informació necessària sobre un instrument de mesura basat en un Arduino Duemilanove. Amb aquest instrument podeu mesurar tres coses: els valors del condensador en nanofarads i microfarads, la resistència de sèrie equivalent (valor ESR) d’un condensador i, per últim, les freqüències entre 1 Herz i 3 MegaHerz. Els tres dissenys es basen en descripcions que he trobat al fòrum Arduino i a Hackerstore. Després d'afegir algunes actualitzacions, les vaig combinar en un sol instrument, controlat amb un sol programa Arduino ino. Els diferents comptadors es seleccionen mitjançant un selector de tres posicions S2, connectat als pins A1, A2 i A3. La reducció a zero de la ESR i el restabliment de la selecció del comptador es fan mitjançant un sol polsador S3 a A4. L’interruptor S1 és l’interruptor d’encesa / apagat necessari per a l’alimentació de la bateria de 9 V CC quan el mesurador no està connectat a un PC mitjançant USB. Aquests pins s’utilitzen per a l’entrada: A0: entrada de valor ESR. A5: entrada de condensador. D5: freqüència entrada.

El mesurador utilitza una pantalla de cristall líquid (LCD) basada en el chipset Hitachi HD44780 (o un chipset compatible), que es troba a la majoria de pantalles LCD de text. La biblioteca funciona en mode de 4 bits (és a dir, s’utilitzen 4 línies de dades a més de les línies de control rs, enable i rw). Vaig començar aquest projecte amb un lcd amb només dues bases de dades (connexions SDA i SCL I2C), però malauradament això va entrar en conflicte amb l’altre programari que vaig utilitzar per als comptadors. Primer explicaré tres metres diferents i, finalment, les instruccions de muntatge. Amb cada tipus de comptador també podeu descarregar el fitxer Arduino ino separat, si només voleu instal·lar aquest tipus de comptador específic.

Pas 1: el mesurador de condensadors

El mesurador de condensadors digitals es basa en un disseny de Hackerstore. Mesurament del valor d'un condensador:

La capacitat és una mesura de la capacitat d’un condensador per emmagatzemar càrrega elèctrica. El comptador Arduino depèn de la mateixa propietat bàsica dels condensadors: la constant de temps. Aquesta constant de temps es defineix com el temps que triga el voltatge a través del condensador a assolir el 63,2% de la seva tensió quan està completament carregat. Un Arduino pot mesurar la capacitat perquè el temps que triga un condensador a carregar-se està directament relacionat amb la seva capacitat mitjançant l’equació TC = R x C. TC és la constant de temps del condensador (en segons). R és la resistència del circuit (en ohms). C és la capacitat del condensador (en Farads). La fórmula per obtenir el valor de la capacitat a Farads és C = TC / R.

En aquest mesurador es pot configurar el valor R per a un calibratge entre 15kOhm i 25 kOhm mitjançant el potòmetre P1. El condensador es carrega mitjançant el pin D12 i es descarrega per a la següent mesura mitjançant el pin D7. El valor de la tensió carregada es mesura mitjançant el pin A5. El valor analògic complet d'aquest pin és 1023, de manera que el 63,2% es representa amb un valor de 647. Quan s'arriba a aquest valor, el programa calcula el valor del condensador segons la fórmula esmentada.

Pas 2: el comptador ESR

Vegeu la definició de ESR

Consulteu el tema original del fòrum Arduino https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0 Gràcies a szmeu per l'inici d'aquest tema i mikanb pel seu disseny esr50_AutoRange. He utilitzat aquest disseny, inclosos la majoria de comentaris i millores per al disseny del meu comptador ESR.

ACTUALITZACIÓ Maig de 2021: el meu comptador ESR de vegades es comporta de manera estranya. Vaig passar molt de temps buscant els motius, però no els vaig trobar. Comprovar les pàgines originals del fòrum Arduino tal com s'ha esmentat anteriorment podria ser la solució …

La resistència de sèrie equivalent (ESR) és la resistència interna que apareix en sèrie amb la capacitat del dispositiu. Es pot utilitzar per trobar condensadors defectuosos durant les sessions de reparació. Cap condensador no és perfecte i l'ESR prové de la resistència dels cables, del paper d'alumini i de l'electròlit. Sovint és un paràmetre important en el disseny de la font d’alimentació en què l’ESR d’un condensador de sortida pot afectar l’estabilitat del regulador (és a dir, fer que oscil·li o reaccioni excessivament als transitoris de la càrrega). És una de les característiques no ideals d'un condensador que pot causar diversos problemes de rendiment en circuits electrònics. Un alt valor ESR degrada el rendiment a causa de pèrdues de potència, soroll i una caiguda de tensió més alta.

Durant la prova, es passa un corrent conegut pel condensador durant molt poc temps, de manera que el condensador no es carrega completament. El corrent produeix una tensió a través del condensador. Aquesta tensió serà el producte del corrent i de l’ESR del condensador més una tensió insignificant a causa de la petita càrrega del condensador. Com que es coneix el corrent, el valor ESR es calcula dividint la tensió mesurada entre el corrent. Els resultats es mostren a la pantalla del comptador. Els corrents de prova es generen a través dels transistors Q1 i Q2, els seus valors són 5mA (configuració d’alt rang) i 50mA (configuració d’interval baix) mitjançant R4 i R6. La descàrrega es fa mitjançant el transistor Q3. La tensió del condensador es mesura mitjançant l’entrada analògica A0.

Pas 3: el mesurador de freqüència

Vegeu les dades originals del fòrum Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0 # main_content_section. Gràcies a arduinoaleman pel seu gran disseny de mesuradors de freqüència.

El comptador de freqüències funciona de la següent manera: El temporitzador / comptador de 16 bits sumarà tots els rellotges que entren del pin D5. El temporitzador / comptador2 generarà una interrupció cada mil·lisegon (1.000 vegades per segon). Si hi ha un desbordament a Timer / Counter1, el overflow_counter s'incrementarà en un. Després de 1000 interrupcions (= exactament un segon), el nombre de desbordaments es multiplicarà per 65536 (és quan el comptador desborda). Al cicle 1000 s'afegirà el valor actual del comptador, que us proporcionarà el nombre total de paparres de rellotge que van entrar durant l'últim segon. I això és equivalent a la freqüència que volíeu mesurar (freqüència = rellotges per segon). El mesurament del procediment (1000) configurarà els comptadors i els inicialitzarà. Després d'això, un bucle WHILE s'esperarà fins que la rutina serviva d'interrupció estableixi la mida_ ready a TRUE. Això és exactament al cap d'1 segon (1000 ms o 1000 interrupcions). Per als aficionats, aquest comptador de freqüències funciona molt bé (a part de les freqüències més baixes, podeu obtenir una precisió de 4 o 5 dígits). Especialment amb freqüències més altes, el comptador es fa molt precís. He decidit mostrar només 4 dígits. Tot i això, podeu ajustar-lo a la secció de sortida de la pantalla LCD. Heu d’utilitzar el pin D5 de l’Arduino com a entrada de freqüència. Aquest és un requisit previ per utilitzar el temporitzador / comptador de 16 bits del xip ATmega. (si us plau, consulteu el pin Arduino per a altres taulers). Per mesurar senyals analògics o senyals de baixa tensió s’afegeix un preamplificador amb un transistor preamplificador BC547 i un configurador de pols de bloc (disparador Schmitt) amb un IC 74HC14N.

Pas 4: el conjunt de components

Els circuits ESR i CAP es munten en un tros de perfboard amb forats de 0,1 polzades de distància. El circuit FREQ està muntat en un perfboard separat (aquest circuit es va afegir més tard). Per a les connexions cablejades s’utilitzen capçaleres masculines. La pantalla LCD es munta a la tapa superior de la caixa, juntament amb l’interruptor ON / OFF. (I un commutador de recanvi per a futures actualitzacions). El disseny es va fer en paper (molt més fàcil que utilitzar Fritzing o altres programes de disseny). Aquest disseny de paper també es va utilitzar posteriorment per comprovar el circuit real.

Pas 5: el conjunt de la caixa

Es va utilitzar una caixa de plàstic negre (dimensions WxDxH 120x120x60 mm) per muntar tots els components i les dues plaques de circuit. L'Arduino, els circuits perfboard i el suport de la bateria estan muntats en una placa de muntatge de fusta de 6 mm per facilitar el muntatge i la soldadura. D’aquesta manera es pot muntar tot i, quan s’acaba, es pot col·locar dins de la caixa. Sota les plaques de circuits i els separadors de niló Arduino s’utilitzaven per evitar que les plaques es plegessin.

Pas 6: El cablejat final

Finalment, es solden totes les connexions per cable internes. Quan es va acabar, vaig provar els transistors de commutació esr, mitjançant les connexions de prova T1, T2 i T3 al diagrama de cablejat. Vaig escriure un petit programa de prova per canviar les sortides connectades D8, D9 i D10 d’ALTA a BAIXA cada segon i ho vaig comprovar a les connexions T1, T2 i T3 amb un oscil·loscopi. fet amb connexions de clip de cocodril.

Per a la mesura de freqüència es poden utilitzar cables de prova més llargs.

Bones proves!