Измеритель CAP-ESR-FREQ Arduino: 6 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

CAP-ESR-FREQ meter с Arduino Duemilanove.

В этом руководстве вы можете найти всю необходимую информацию об измерительном приборе на базе Arduino Duemilanove. С помощью этого прибора вы можете измерить три вещи: значение конденсатора в нанофарадах и микрофарадах, эквивалентное последовательное сопротивление (значение ESR) конденсатора и, наконец, что не менее важно, частоты от 1 до 3 мегагерц. Все три дизайна основаны на описаниях, которые я нашел на форуме Arduino и в Hackerstore. После добавления некоторых обновлений я объединил их в один инструмент, управляемый всего одной программой Arduino ino. Различные измерители выбираются с помощью трехпозиционного переключателя S2, подключенного к контактам A1, A2 и A3. Обнуление ESR и сброс выбора счетчика выполняется с помощью одной кнопки S3 на A4. Переключатель S1 - это переключатель включения / выключения питания, необходимый для питания батареи 9 В постоянного тока, когда счетчик не подключен к ПК через USB. Эти контакты используются для входа: A0: вход значения esr. A5: вход конденсатора. D5: частота. Вход.

В измерителе используется жидкокристаллический дисплей (ЖКД) на базе набора микросхем Hitachi HD44780 (или совместимого), который используется в большинстве текстовых ЖК-дисплеев. Библиотека работает в 4-битном режиме (т.е. с использованием 4 строк данных в дополнение к линиям управления rs, enable и rw). Я начал этот проект с ЖК-дисплея только с двумя линиями данных (соединения SDA и SCL I2C), но, к сожалению, это противоречило другому программному обеспечению, которое я использовал для счетчиков. Сначала я расскажу о трех разных измерителях и, наконец, инструкции по сборке. Для каждого типа измерителя вы также можете загрузить отдельный ino-файл Arduino, если вы хотите установить только этот конкретный тип измерителя.

Шаг 1: измеритель конденсатора

Цифровой измеритель конденсаторов разработан на основе разработки Hackerstore. Измерение емкости конденсатора:

Емкость - это мера способности конденсатора накапливать электрический заряд. Измеритель Arduino основан на том же основном свойстве конденсаторов: постоянной времени. Эта постоянная времени определяется как время, за которое напряжение на конденсаторе достигает 63,2% от его напряжения при полной зарядке. Arduino может измерять емкость, потому что время, необходимое для зарядки конденсатора, напрямую связано с его емкостью уравнением TC = R x C. TC - это постоянная времени конденсатора (в секундах). R - сопротивление цепи (в Ом). C - емкость конденсатора (в фарадах). Формула для получения значения емкости в фарадах: C = TC / R.

В этом измерителе значение R может быть установлено для калибровки между 15 кОм и 25 кОм с помощью потенциометра P1. Конденсатор заряжается через вывод D12 и разряжается для следующего измерения через вывод D7. Значение заряженного напряжения измеряется через контакт A5. Полное аналоговое значение на этом выводе - 1023, поэтому 63,2% представлено значением 647. Когда это значение достигается, программа вычисляет значение конденсатора на основе вышеупомянутой формулы.

Шаг 2: измеритель СОЭ

См. Определение ESR

См. Исходную тему на форуме Arduino https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0 Спасибо szmeu за начало этой темы и mikanb за его дизайн esr50_AutoRange. Я использовал этот дизайн, включая большинство комментариев и улучшений для моего дизайна измерителя esr.

ОБНОВЛЕНИЕ май 2021 года: мой измеритель СОЭ иногда ведет себя странно. Я потратил много времени на поиск причин, но не нашел. Решением может быть проверка исходных страниц форума Arduino, как указано выше.

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) - это внутреннее сопротивление, которое отображается последовательно с емкостью устройства. Его можно использовать для поиска неисправных конденсаторов во время ремонта. Нет идеального конденсатора, и ESR зависит от сопротивления проводов, алюминиевой фольги и электролита. Часто это важный параметр в конструкции источника питания, где ESR выходного конденсатора может повлиять на стабильность регулятора (то есть вызвать его колебания или чрезмерную реакцию на переходные процессы в нагрузке). Это одна из неидеальных характеристик конденсатора, которая может вызвать множество проблем с производительностью в электронных схемах. Высокое значение ESR снижает производительность из-за потерь мощности, шума и более высокого падения напряжения.

Во время испытания через конденсатор в течение очень короткого времени проходит известный ток, поэтому конденсатор не заряжается полностью. Ток создает напряжение на конденсаторе. Это напряжение будет произведением тока и ESR конденсатора плюс пренебрежимо малое напряжение из-за небольшого заряда конденсатора. Поскольку ток известен, значение ESR рассчитывается путем деления измеренного напряжения на ток. Затем результаты отображаются на дисплее измерителя. Испытательные токи генерируются через транзисторы Q1 и Q2, их значения составляют 5 мА (настройка верхнего диапазона) и 50 мА (настройка нижнего диапазона) через R4 и R6. Разряд осуществляется через транзистор Q3. Напряжение конденсатора измеряется через аналоговый вход A0.

Шаг 3: частотомер

См. Исходные данные на форуме Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0 # main_content_section. Спасибо arduinoaleman за его великолепный дизайн частотомера.

Частотомер работает следующим образом: 16-битный таймер / счетчик 1 суммирует все тактовые импульсы, поступающие с вывода D5. Timer / Counter2 будет генерировать прерывание каждую миллисекунду (1000 раз в секунду). Если есть переполнение в Timer / Counter1, overflow_counter будет увеличен на единицу. После 1000 прерываний (= ровно одна секунда) количество переполнений будет умножено на 65536 (это когда счетчик переполняется). В цикле 1000 будет добавлено текущее значение счетчика, что даст вам общее количество тактов часов, которые произошли за последнюю секунду. И это эквивалент частоты, которую вы хотели измерить (частота = тактовая частота в секунду). Процедура измерения (1000) установит счетчики и инициализирует их. После этого цикл WHILE будет ждать, пока подпрограмма обслуживания прерывания не установит для параметра measure_ready значение TRUE. Это ровно через 1 секунду (1000 мс или 1000 прерываний). Для любителей этот частотомер работает очень хорошо (кроме низких частот вы можете получить точность до 4 или 5 разрядов). Особенно на высоких частотах счетчик становится очень точным. Я решил отображать только 4 цифры. Однако вы можете настроить это в разделе вывода на ЖК-дисплей. Вы должны использовать вывод D5 Arduino в качестве частотного входа. Это предварительное требование для использования 16-битного таймера / счетчика1 микросхемы ATmega. (пожалуйста, проверьте контакт Arduino для других плат). Для измерения аналоговых сигналов или сигналов низкого напряжения к предусилителю добавлен транзистор предварительного усилителя BC547 и формирователь блочных импульсов (триггер Шмитта) с микросхемой 74HC14N.

Шаг 4: Сборка компонентов

Цепи ESR и CAP монтируются на куске перфорированной платы с отверстиями на расстоянии 0,1 дюйма. Схема FREQ смонтирована на отдельной монтажной плате (эта схема была добавлена позже). Для проводных соединений используются штекерные разъемы. Жк-экран монтируется в верхней крышке коробки вместе с переключателем ВКЛ / ВЫКЛ. (И один запасной переключатель для будущих обновлений). Макет был сделан на бумаге (намного проще, чем с помощью Fritzing или других дизайнерских программ). Этот бумажный макет позже также использовался для проверки реальной схемы.

Шаг 5: Сборка коробки

В черный пластиковый ящик (размеры ШxГxВ 120x120x60 мм) были установлены все компоненты и обе печатные платы. Arduino, схемы на печатной плате и держатель батареи установлены на 6-миллиметровой деревянной монтажной пластине для облегчения сборки и пайки. Таким образом, все может быть собрано и после завершения может быть помещено в коробку. Под печатными платами и нейлоновыми прокладками Arduino использовались прокладки для предотвращения изгиба плат.

Шаг 6: Окончательная разводка

Наконец, припаиваются все внутренние проводные соединения. Когда это было завершено, я протестировал переключающие транзисторы esr через тестовые соединения T1, T2 и T3 на электрической схеме. Я написал небольшую тестовую программу для изменения подключенных выходов D8, D9 и D10 с ВЫСОКОГО на НИЗКИЙ каждую секунду и проверил это на соединениях T1, T2 и T3 с помощью осциллографа. Для подключения тестируемых конденсаторов была пара коротких тестовых проводов. сделаны с зажимами типа «крокодил».

Для измерения частоты можно использовать более длинные испытательные провода.

Удачного тестирования!