متر آردوینو CAP-ESR-FREQ: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

متر CAP-ESR-FREQ با آردوینو Duemilanove.

در این دستورالعمل می توانید تمام اطلاعات مورد نیاز در مورد یک ابزار اندازه گیری بر اساس Arduino Duemilanove را بیابید. با استفاده از این دستگاه می توانید سه چیز را اندازه گیری کنید: مقادیر خازن در نانو فاراد و میکرو فاراد ، مقاومت سری معادل (مقدار ESR) یک خازن و آخرین اما نه چندان مهم فرکانس بین 1 هرتز و 3 مگا هرتز. هر سه طرح بر اساس توصیف هایی است که در انجمن Arduino و در Hackerstore یافتم. پس از افزودن برخی از به روز رسانی ها ، آنها را در یک ساز ترکیب کردم ، که تنها با یک برنامه آردوینو اینو کنترل می شد. مترهای مختلف از طریق سوئیچ انتخاب کننده سه موقعیت S2 ، متصل به پایه های A1 ، A2 و A3 انتخاب می شوند. صفر کردن ESR و تنظیم مجدد انتخاب متر از طریق یک دکمه S3 در A4 انجام می شود. سوئیچ S1 کلید روشن/خاموش است که برای برق باتری 9 ولت DC هنگامی که متر از طریق USB به رایانه متصل نیست مورد نیاز است. این پین ها برای ورودی استفاده می شوند: A0: ورودی مقدار esr. A5: ورودی خازن. D5: فرکانس ورودی

این دستگاه از صفحه نمایش کریستال مایع (LCD) بر اساس چیپست Hitachi HD44780 (یا سازگار) استفاده می کند که در اکثر LCD های مبتنی بر متن یافت می شود. کتابخانه در حالت 4 بیتی کار می کند (یعنی از 4 خط داده علاوه بر خطوط کنترل rs ، enable و rw استفاده می کند). من این پروژه را با یک LCD با تنها 2 خط داده (اتصالات SDA و SCL I2C) شروع کردم ، اما متأسفانه این با سایر نرم افزارهایی که برای مترها استفاده می کردم مغایرت داشت. ابتدا سه متر مختلف و در نهایت دستورالعمل مونتاژ را برای او توضیح خواهم داد. اگر می خواهید تنها نوع خاصی از متر را نصب کنید ، با هر نوع متر می توانید فایل جداگانه Arduino ino را بارگیری کنید.

مرحله 1: متر خازن

متر خازن دیجیتال بر اساس طراحی Hackerstore طراحی شده است. اندازه گیری مقدار خازن:

ظرفیت خازنی معیاری برای اندازه گیری توانایی یک خازن برای ذخیره بار الکتریکی است. متر آردوینو به همان ویژگی اولیه خازن ها متکی است: ثابت زمان. این ثابت زمانی به عنوان زمانی که طول می کشد تا ولتاژ در خازن هنگام بارگیری کامل به 63.2 درصد از ولتاژ خود برسد ، تعریف می شود. آردوینو می تواند خازن را اندازه گیری کند زیرا زمانی که یک خازن برای شارژ شدن نیاز دارد با معادله TC = R x C. به طور مستقیم با ظرفیت آن ارتباط دارد. TC ثابت زمان خازن (در ثانیه) است. R مقاومت مدار است (در اهم). C ظرفیت خازن است (در فاراد). فرمول بدست آوردن مقدار خازن در فاراد C = TC/R است.

در این متر مقدار R را می توان برای کالیبراسیون بین 15kOhm و 25kOhm از طریق potmeter P1 تنظیم کرد. خازن از طریق پین D12 شارژ می شود و برای اندازه گیری بعدی از طریق پین D7 تخلیه می شود. مقدار ولتاژ شارژ از طریق پین A5 اندازه گیری می شود. مقدار آنالوگ کامل روی این پین 1023 است ، بنابراین 63.2٪ با مقدار 647. نشان داده می شود. وقتی به این مقدار رسید ، برنامه مقدار خازن را بر اساس فرمول فوق الذکر محاسبه می کند.

مرحله 2: ESR Meter

برای تعریف ESR به https://fa.wikipedia.org/wiki/Equivalent_series_resistance مراجعه کنید.

برای موضوع اصلی انجمن آردوینو https://forum.arduino.cc/index.php؟topic=80357.0 از تشکر szmeu برای شروع این مبحث و mikanb برای طراحی esr50_AutoRange خود دیدن کنید. من از این طرح شامل بیشتر نظرات و پیشرفت ها در طراحی esr meter خود استفاده کردم.

به روز رسانی مه 2021: متر ESR من گاهی عجیب رفتار می کند. من زمان زیادی را صرف یافتن دلیل (ها) کردم اما آن را پیدا نکردم. بررسی صفحات اصلی انجمن Arduino همانطور که در بالا ذکر شد می تواند راه حل باشد….

مقاومت سری معادل (ESR) مقاومت داخلی است که به صورت سری با خازن دستگاه ظاهر می شود. می توان از آن برای یافتن خازن های معیوب در جلسات تعمیر استفاده کرد. هیچ خازنی کامل نیست و ESR از مقاومت سیم ها ، فویل آلومینیومی و الکترولیت ناشی می شود. این اغلب یک پارامتر مهم در طراحی منبع تغذیه است که در آن ESR یک خازن خروجی می تواند بر پایداری تنظیم کننده تأثیر بگذارد (یعنی باعث نوسان یا واکنش بیش از حد به موقت بار). این یکی از ویژگی های غیر ایده آل یک خازن است که ممکن است باعث مشکلات مختلف عملکرد در مدارهای الکترونیکی شود. مقدار ESR بالا عملکرد را به دلیل تلفات توان ، نویز و افت ولتاژ بیشتر کاهش می دهد.

در طول آزمایش ، یک جریان شناخته شده برای مدت بسیار کوتاهی از خازن عبور می کند تا خازن به طور کامل شارژ نشود. جریان باعث ایجاد ولتاژ در خازن می شود. این ولتاژ حاصل جریان و ESR خازن بعلاوه ولتاژ ناچیز به دلیل بار کم در خازن خواهد بود. از آنجا که جریان شناخته شده است ، مقدار ESR با تقسیم ولتاژ اندازه گیری شده بر جریان محاسبه می شود. سپس نتایج بر روی صفحه نمایش متر نمایش داده می شود. جریانهای آزمایشی از طریق ترانزیستورهای Q1 و Q2 ایجاد می شوند ، مقادیر آنها 5mA (تنظیم محدوده بالا) و 50mA ، (تنظیم محدوده کم) از طریق R4 و R6 است. تخلیه از طریق ترانزیستور Q3 انجام می شود. ولتاژ خازن از طریق ورودی آنالوگ A0 اندازه گیری می شود.

مرحله 3: فرکانس سنج

برای اطلاعات اصلی به انجمن آردوینو مراجعه کنید:

شمارنده فرکانس به شرح زیر عمل می کند: تایمر 16 بیتی/شمارنده 1 تمام ساعتهای وارد شده از پین D5 را جمع می کند. تایمر/شمارنده 2 در هر میلی ثانیه وقفه ایجاد می کند (1000 بار در ثانیه). اگر در تایمر/شمارنده 1 سرریز وجود داشته باشد ، شمارنده سرریز یک افزایش می یابد. پس از 1000 وقفه (= دقیقاً یک ثانیه) تعداد سرریزها در 65536 ضرب می شود (این زمانی است که شمارنده از روی آن عبور می کند). در چرخه 1000 مقدار کنونی شمارنده اضافه می شود و تعداد کل تیک های ساعت که در ثانیه آخر وارد شده است را به شما می دهد. و این معادل فرکانسی است که می خواهید اندازه گیری کنید (فرکانس = ساعت در ثانیه). اندازه گیری رویه (1000) شمارنده ها را راه اندازی کرده و آنها را اولیه می کند. پس از آن یک حلقه WHILE منتظر می ماند تا روال سرویس متوقف ، اندازه گیری را برای TRUE تنظیم کند. این دقیقاً بعد از 1 ثانیه (1000 میلی ثانیه یا 1000 وقفه) است. برای علاقه مندان این شمارنده فرکانس بسیار خوب کار می کند (جدا از فرکانس های پایین می توانید دقت 4 یا 5 رقمی را بدست آورید). مخصوصاً با فرکانس های بالاتر شمارنده بسیار دقیق می شود. من تصمیم گرفته ام فقط 4 رقم را نمایش دهم. با این حال ، می توانید آن را در قسمت خروجی LCD تنظیم کنید. شما باید از پین D5 آردوینو به عنوان ورودی فرکانس استفاده کنید. این یک پیش نیاز برای استفاده از 16bit Timer/Counter1 تراشه ATmega است. (لطفاً پین آردوینو را برای سایر بردها بررسی کنید). برای اندازه گیری سیگنال های آنالوگ یا سیگنال های ولتاژ پایین ، پیش تقویت کننده با ترانزیستور پیش تقویت کننده BC547 و شکل دهنده پالس بلوک (ماشه اشمیت) با IC 74HC14N اضافه می شود.

مرحله 4: مجمع اجزاء

مدارهای ESR و CAP بر روی یک تخته ورق با سوراخ های 0.1 اینچی نصب شده اند. مدار FREQ بر روی یک تخته جدا کننده جداگانه نصب شده است (این مدار بعداً اضافه شد). برای اتصالات سیمی از سربرگ های مردانه استفاده می شود. صفحه LCD در جلوی بالای جعبه به همراه کلید ON/OFF نصب شده است. (و یک سوئیچ یدکی برای به روز رسانی های آینده). طرح روی کاغذ (بسیار ساده تر از استفاده از Fritzing یا سایر برنامه های طراحی) انجام شد. این طرح کاغذ بعداً برای بررسی مدار واقعی نیز مورد استفاده قرار گرفت.

مرحله 5: مجموعه جعبه

یک جعبه پلاستیکی سیاه (ابعاد WxDxH 120x120x60 میلی متر) برای نصب همه اجزا و هر دو برد مدار استفاده شد. آردوینو ، مدارهای تخته چوبی و نگهدارنده باتری برای نصب آسان و لحیم کاری بر روی یک صفحه چوبی 6 میلی متری نصب شده است. به این ترتیب همه چیز را می توان مونتاژ کرد و پس از اتمام آن را می توان داخل جعبه قرار داد. در زیر تابلوهای مدار و جدا کننده های نایلونی آردوینو برای جلوگیری از خم شدن تخته ها استفاده شد.

مرحله 6: سیم کشی نهایی

سرانجام تمام اتصالات سیمی داخلی لحیم می شوند. وقتی این کار تکمیل شد ، ترانزیستورهای سوئیچینگ esr را از طریق اتصالات آزمایشی T1 ، T2 و T3 در نمودار سیم کشی آزمایش کردم. من یک برنامه آزمایشی کوچک برای تغییر خروجی های متصل D8 ، D9 و D10 از HIGH به LOW در هر ثانیه نوشتم و این را در اتصالات T1 ، T2 و T3 با یک اسیلوسکوپ بررسی کردم. برای اتصال خازن های تحت آزمایش ، یک جفت سیم آزمایش کوتاه ساخته شده با اتصالات گیره تمساح.

برای اندازه گیری فرکانس می توان از سیم های تست طولانی تری استفاده کرد.

آزمایش مبارک!