Милиомметр Arduino Shield - Приложение: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Этот проект является дальнейшим развитием моего старого проекта, описанного на этом сайте. Если вам интересно… пожалуйста, прочтите…

Надеюсь, вам понравится.

Шаг 1: Краткое введение

Это руководство является дополнением к моему старому: ЦИФРОВОЙ МУЛЬТИМЕТР ДЛЯ ARDUINO

Это дополнительная функция, но ее можно использовать совершенно независимо. Печатная плата поддерживает как старую, так и новую функциональность - в зависимости от того, какие устройства должны быть припаяны и какой код должен быть загружен в Arduino.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ!: Все правила безопасности описаны в предыдущем руководстве. Пожалуйста, прочтите их внимательно

Прилагаемый здесь код работает только для новой функции. Если вы хотите использовать полную функциональность, вам нужно грамотно объединить оба кода. Будьте осторожны - код одинаковых процедур на обоих эскизах может содержать небольшие расхождения..

Шаг 2: Почему я это сделал?

Этот миллиомметр может быть очень полезен в некоторых случаях - его можно использовать во время отладки некоторых электронных устройств, которые имеют короткие соединения внутри, для обнаружения неисправных конденсаторов, резисторов, микросхем и т. Д. Сканирование области вокруг короткого замыкания может быть легко выполнено обнаружил перегоревшее устройство, измерив сопротивление токопроводящих дорожек печатной платы и обнаружив место с минимальным сопротивлением. Если вам интересно больше об этом процессе - вы можете найти много видео об этом.

Шаг 3: Схема - Приложение

Добавленные устройства по сравнению со старой конструкцией цифрового мультиметра отмечены красным прямоугольником. Я объясню принцип работы второй упрощенной схемы:

Чип точного опорного напряжения создает очень стабильное и точное опорное напряжение. Я использовал REF5045 от Texas Instruments, его выходное напряжение 4,5 В. Он питается от вывода Arduino 5V. Могут использоваться и другие микросхемы точного опорного напряжения - с разными выходными напряжениями. Генерируемое микросхемой напряжение фильтруется и загружается с помощью резистивного делителя напряжения. Верхний резистор которого составляет 470 Ом, а нижний - сопротивление, которое мы хотим измерить. В этой конструкции его максимальное значение составляет 1 Ом. Напряжение в средней точке делителя напряжения снова фильтруется и умножается операционным усилителем, работающим в неинвертирующей конфигурации. Его усиление установлено на 524. Такое усиленное напряжение дискретизируется АЦП Arduino и преобразуется в 10-битное цифровое слово и далее используется для вычисления нижнего сопротивления делителя напряжения. Вы можете увидеть расчеты для сопротивления 1 Ом на картинке. Здесь я использовал измеренное значение напряжения на выходе микросхемы REF5045 (4,463В). Это немного меньше ожидаемого, потому что чип нагружен почти максимальным током, допустимым в таблице данных. С данными расчетными значениями миллиомметр имеет входной диапазон макс. 1 Ом и может измерять сопротивление с разрешением 10 бит, что дает нам возможность определять разницу в резисторах в 1 мОм. К операционному усилителю предъявляются некоторые требования:

1. Его входной диапазон должен включать отрицательную шину.
2. Он должен иметь как можно меньшее смещение.

Я использовал OPA317 от Texas Instruments - это однополярный, одиночный операционный усилитель в микросхеме, в корпусе SOT-23-5, и у него есть рельсовые входы и выходы. Его смещение менее 20 мкВ. Лучшим решением может быть OPA335 - даже с меньшим смещением.

В этой конструкции цель заключалась не в том, чтобы обеспечить абсолютную точность измерения, а в том, чтобы иметь возможность точно определять различия в сопротивлениях - определять, какое сопротивление имеет меньшее сопротивление. Трудно достичь абсолютной точности таких устройств, не имея другого точного измерительного прибора для их калибровки. К сожалению, это невозможно в домашних лабораториях.

Здесь вы можете найти все проектные данные. (Схема Eagle, макет и файлы Gerber подготовлены в соответствии с требованиями PCBWAY)

Шаг 4: печатные платы…

Я заказал печатные платы на PCBWAY. Они сделали их очень быстро по очень низкой цене, и я получил их только через две недели после заказа. В этот раз я хотел проверить черные (в этой фабрике нет дополнительных денег на печатные платы отличного от зеленого цвета). Как красиво они выглядят, вы можете увидеть на картинке.

Шаг 5: припаянный щит

Для проверки работоспособности миллиомметра я спаял только те устройства, которые служат для этой функции, а также добавил ЖК-экран.

Шаг 6: время писать код

Скетч Arduino прилагается здесь. Он похож на экран цифрового мультиметра, но более простой.

Здесь я использовал ту же процедуру измерения напряжения: напряжение измеряется 16 раз и усредняется. Это напряжение не подлежит дальнейшей коррекции. Единственная настройка - это измерение напряжения питания Arduino (5 В), которое также является эталоном для АЦП. В программе два режима - измерение и калибровка. Если во время измерения нажимается кнопка режима, запускается процедура калибровки. Датчики должны быть прочно соединены вместе и удерживаться в течение 5 секунд. Таким образом, их сопротивление измеряется, сохраняется (не в ПЗУ) и затем извлекается из тестируемого сопротивления. На видео можно увидеть такую процедуру. Измеренное сопротивление составляет ~ 100 мОм и после калибровки оно обнуляется. После этого можно увидеть, как я тестирую устройство с помощью куска припоя - измеряю сопротивление проводов разной длины. При использовании этого устройства очень важно крепко держать датчики и делать их острыми - измеренное сопротивление очень чувствительно также к давлению, используемому для измерения. Видно, что если щупы не подключены - на ЖКИ мигает надпись «Переполнение».

Я добавил также светодиод между тестовым щупом и заземлением. Он включен, когда датчики не подключены, и ограничивает выходное напряжение до ~ 1,5 В. (Может защитить некоторые устройства с низким энергопотреблением). Когда датчики подключены, светодиод не горит и не должен влиять на измерение.

Вот и все, ребята!:-)