Miernik pojemności kondensatora mikrokontrolera. Schemat, opis

Bezpłatna biblioteka techniczna

ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ
Darmowa biblioteka / Schematy urządzeń radioelektronicznych i elektrycznych

Miernik pojemności kondensatora mikrokontrolera. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Bezpłatna biblioteka techniczna

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Technologia pomiarowa

Komentarze do artykułu

Działanie urządzenia opiera się na znanej metodzie pomiaru czasu ładowania i rozładowywania kondensatora ze źródła napięcia poprzez rezystor o znanej rezystancji. Zakres mierzonych wartości pojemności wynosi od 1 nF do 12000 uF. Jest podzielony na dwa podzakresy, które umownie nazywa się „nF” i „μF”. Aby zmierzyć pojemność kondensatorów bez lutowania ich z płytki, wymagana jest niewielka amplituda napięcia na kondensatorze, aby złącza p-n urządzeń półprzewodnikowych nie zakłócały tego procesu, więc źródło odniesienia ma napięcie 0,5 V .

Schemat urządzenia pokazano na ryc. jeden.

Miernik pojemności kondensatora mikrokontrolera
Rys.. 1

Główną „pracę” wykonuje mikrokontroler DD1. Synchronizacja pracy jego węzłów odbywa się z wbudowanego generatora z zewnętrznym rezonatorem kwarcowym ZQ1. Mikrokontroler DD1 posiada komparator analogowy, który służy do kontroli napięcia ładowania i rozładowania mierzonego kondensatora. Wejścia tego komparatora są podłączone do portów PBO, PB1. Mierzony kondensator jest podłączony do gniazd XS1, XS2, a wysokie lub niskie napięcia z portu RVZ poprzez dzielnik rezystancyjny R1-R3R7R10 ładują go i rozładowują. Przełącz styki SA1.1 rezystor bocznikowy R2 na granicy „uF”, zwiększając wartości zarówno prądu ładowania, jak i rozładowania. Styki przełącznika SA1.2 w podzakresie „nF” łączą linie PD1 i PD3 przez rezystor R19, który jest ustalany przez mikrokontroler DD1 jako ustawienie tego podzakresu. Dzielnik rezystancyjny R9R6 przy wysokim poziomie napięcia na linii PB2 generuje napięcie odniesienia 6 V na rezystorze R0,316 dla wejścia odwracającego wbudowanego komparatora (linia PB1), które jest progiem ładowania mierzonego kondensatora.

Po przejściu linii PB2 w stan wysokiej impedancji następuje wyłączenie przykładowego napięcia i wejście komparatora zostanie połączone poprzez rezystor R6 i gniazdo XS2 z mierzonym kondensatorem – jest to „wspólne” wyjście kondensatora, które zapewnia zerowe napięcie na kondensatorze, gdy jest rozładowany. Napięcie z kondensatora przez rezystor R4 podawane jest na kolejne wejście komparatora (linia PBO). Obwód C3R5, połączony równolegle z wejściami komparatora, pomaga zredukować „cyfrowe” szumy. Obwód R8VD5 „pomoże” mikrokontrolerowi DD1 określić, czy kondensator jest podłączony do gniazd XS1, XS2, czy są one zamknięte.

Kolejne źródło przykładowego napięcia, względem którego dokonywane są pomiary, montowane jest na wzmacniaczu operacyjnym DA2. Dzielnik R27R29 generuje napięcie około 2,5 V, trafia do wzmacniacza operacyjnego DA2, który pełni rolę wzmacniacza buforowego.

Mikrokontroler wyprowadza wyniki pomiarów na siedmioelementowe wskaźniki LED HG1-HG3 w trybie dynamicznym z częstotliwością około 20 ms. Anody wskaźnikowe są przełączane przez tranzystory VT1, VT3, VT4, a sygnały w odpowiednim kodzie są wysyłane do ich katod z linii PD0-PD6 przez rezystory R12-R18. Kody są przechowywane w pamięci mikrokontrolera DD1 i wprowadzane do niej na etapie programowania. „Zapalenie” na wskaźnikach z kropką dziesiętną odbywa się za pośrednictwem linii PB4 i rezystorów R11, R21.

Ta sama linia służy do generowania sygnałów impulsowych 34, które są podawane do akustycznego piezo-radiatora HA1 przez rezystor R24.

Urządzenie zasilane jest baterią składającą się z dwóch akumulatorów AA Ni-Cd o łącznym napięciu 2,4 V, które jest zwiększane przez konwerter DA1 do stabilizowanego 5 V do zasilania mikrokontrolera DD1 oraz referencyjnego źródła napięcia na op- wzmacniacz. Kondensator C2 - wygładzający, dzielnik rezystancyjny R7R23 ustala dolny limit napięcia akumulatora. Gdy spadnie do 25 ... 2 V, na wyjściu LBO (styk 2,1) konwertera DA2 powstaje napięcie niskiego poziomu, które jest podawane przez rezystory R1 i R33 do linii PD12 (styk 0) DD2 mikrokontroler. W kolejnym sondażu tej linii mikrokontroler DD1 po wykryciu niskiego poziomu zatrzymuje program główny, wyłącza wskaźnik LED, generuje sygnał ciągły, który dociera do emitera akustycznego HA1 i przechodzi w tryb ekonomiczny „uśpienia” , z którego wychodzi dopiero po wyłączeniu napięcia zasilania i późniejszym podłączeniu.

Aby chronić mikrokontroler i inne elementy urządzenia przed napięciem naładowanego mierzonego kondensatora, zastosowano aktywną jednostkę ochronną, składającą się z mostka diodowego VD6, tranzystora VT2 i diody LED HL1. Po podłączeniu naładowanego kondensatora, którego napięcie przekracza 4 ... 5 V, przez diodę LED HL1 przepływa prąd, który otwiera tranzystor VT1. W tym przypadku większość napięcia kondensatora jest doprowadzana do rezystorów R3, R7 - ten kondensator jest rozładowany. Diody VD1, VD3 i rezystor R4 są stosowane jako dodatkowe zabezpieczenie linii RVZ mikrokontrolera DD10, a VD1, VD2 i R4 są wykorzystywane do linii RVO. W celu zaprogramowania mikrokontrolera do wtyku XP1 podłączany jest programator.

W urządzeniu zastosowano rezystory MLT, OMLT z tolerancją nie większą niż 5%, kondensatory tlenkowe - K53-16, pozostałe - K10-17, KM, KD, rezonator kwarcowy - NS-49, dławiki L1, L2 - ELC06D od Panasonic. Wtyk XP1 jest odpowiednikiem gniazda YUS-10. Takie wtyczki są sprzedawane w sklepach z częściami radiowymi w postaci linijek, wymagana liczba styków jest od nich oddzielona. Przełącznik SA1 to dowolny, niewielkich rozmiarów przełącznik suwakowy w dwóch kierunkach i dwóch pozycjach, najlepiej w metalowej obudowie np. B1561, co pozwoli na zamocowanie go na płytce poprzez lutowanie. Emiter piezoelektryczny HA1 - piezoceramiczny FML-15T-7.9F1-50 o częstotliwości rezonansowej około 8 kHz. Jako XS1-XS3 stosuje się styki o średnicy wewnętrznej 1,5 mm (są lutowane do podkładek stykowych na płytce) z rozebranego złącza RG4T. Do pomiaru poszczególnych kondensatorów stosuje się zaciski krokodylkowe, które lutuje się do wtyków podłączonych do gniazd XS1, XS2 "Cx", a do pomiaru lutowanych kondensatorów stosuje się przewody połączeniowe ekranowane, których ekrany są połączone z wtykiem podłączonym do gniazda XS3 "Wspólny". Należy pamiętać, że przewód pomiarowy wprowadza dodatkowy błąd przy pomiarach kondensatorów o małej pojemności.

Do urządzenia zastosowano plastikową obudowę od kalkulatora BZ-26, jego komora zasilania została zmniejszona, aby pomieścić dwie baterie. Od wewnątrz obudowa jest zaklejona ekranem wykonanym z cienkiej folii aluminiowej. Do kontaktu z tym ekranem stosuje się elastyczne, posrebrzane płytki, które są przylutowane do wspólnego przewodu na płytce. Standardowy wyłącznik zasilania kalkulatora służy do włączania zasilania urządzenia, a gniazdo zasilania służy do podłączenia ładowarki. Zasilacz BP2-1M z przelicznika został przerobiony na ładowarkę akumulatorów. W tym celu na dodatniej linii zasilania zainstalowane są dwa rezystory i dioda LED (rys. 2). Dzięki jasności tej diody LED możesz ocenić stopień naładowania akumulatora.

Miernik pojemności kondensatora mikrokontrolera
Rys.. 2

Rysunki płytki drukowanej wykonanej z dwustronnej folii z włókna szklanego pokazano na ryc. 3-5. Nie można było obejść się bez użycia przelotek, zwłaszcza w pobliżu wskaźników cyfrowych. Dlatego podczas instalacji w pierwszej kolejności należy zamontować zworki druciane i wlutować je w przelotki, a następnie zamontować pozostałe elementy. Wyprowadzenia niektórych elementów służą również jako zworki przejściowe, dlatego należy je przylutować po obu stronach płytki. Po stronie instalacji większości elementów (rys. 4) kawałek folii pozostaje podłączony do wspólnego przewodu, co komplikuje lutowanie elementów, ale zwiększa niezawodność urządzenia. Otwory na wyprowadzenia elementów, które nie są połączone wspólnym przewodem, są w tej sekcji pogłębione (pogłębienie nie jest pokazane na rys. 4).

Miernik pojemności kondensatora mikrokontrolera
Rys.. 3

Miernik pojemności kondensatora mikrokontrolera
Rys.. 4

Miernik pojemności kondensatora mikrokontrolera

Połączenie elementów R4, C3, VD1, VD2 i pinu 12 mikrokontrolera DD1 należy wykonać poprzez montaż powierzchniowy. Instalując mikrokontroler na płytce, pin ten należy zagiąć, rezystor R4 zamontować prostopadle do płytki, lutując jego pin od strony montażowej gniazda XS1, przylutować zworkę z drutu ocynowanego do drugiego pinu rezystora, przechodząc do pin 12 mikrokontrolera DD1 i dopiero wtedy przylutuj przewody elementu do tej zworki C3, VD1 i VD2.

Do pomiaru kondensator jest podłączony do gniazd „Cx”. Mikrokontroler po wykryciu podłączonego kondensatora rozpocznie proces pomiaru jego pojemności, a na wskaźniku HG3 zaświeci się kropka dziesiętna. Po zakończeniu procesu wynik jest wyświetlany na wskaźnikach LED, a następnie wyświetlane są symbole jednostek miary. Po podłączeniu kondensatora proces pomiaru będzie cyklicznie powtarzany. Aby zaoszczędzić energię akumulatora, która jest maksymalnie zużywana podczas wskazywania wyników, konieczne jest terminowe wyłączenie mierzonego kondensatora. Jeśli, gdy urządzenie jest włączone lub podczas pracy, rozlegnie się długi sygnał dźwiękowy bez włączania się wskazania, należy naładować baterię.

Symbole służą do wyświetlania jednostek miary: „nF” - nanofarady; „nF” - mikrofarady; „nnF” - tysiące mikrofaradów.

W celu wyświetlenia różnych sytuacji wymagających wykonania jakichkolwiek czynności, wraz z sygnalizacją dźwiękową używane są następujące symbole:
"sss" - mierzony kondensator ma ładunek resztkowy, przed ponownym pomiarem należy go odłączyć i całkowicie rozładować;
„ygg” - zwarcie w obwodzie pomiarowym, należy upewnić się, że nie ma przypadkowego zwarcia gniazd pomiarowych (przewodów) lub sprawdzić mierzony kondensator pod kątem awarii;
„ppp” - pojemność kondensatora jest poza zakresem pomiarowym, należy wybrać inny podzakres lub upewnić się, że oczekiwana pojemność mierzonego kondensatora odpowiada możliwościom pomiarowym urządzenia;
"---" - utrata wartości współczynników korekcyjnych, wymagane przeładowanie.

Po podłączeniu naładowanego kondensatora o napięciu większym niż 4 ... 5 V włącza się system ochronny i miga dioda LED HL1. Mikrokontroler wykryje naładowany kondensator i zgłosi go sygnalizacją świetlną i dźwiękową, ale z pewnym opóźnieniem. Dlatego przy podłączaniu mierzonego kondensatora konieczne jest monitorowanie wskaźnika ochrony i natychmiastowe wyłączenie takiego kondensatora. Podczas wykonywania pomiarów należy pamiętać, że do urządzenia nie można podłączyć kondensatora naładowanego napięciem większym niż 100 V.

Urządzenie nie posiada trybu samokalibracji. W związku z tym zastosowano bardziej czasochłonną, ale zdaniem autora bardziej wiarygodną procedurę ustawiania współczynników korekcyjnych za pomocą programatora, którą można wykonać zarówno na etapie produkcji, jak i po jej naprawie lub w przypadku dużego błędu pomiarowego . Do tej pracy można wykorzystać dowolne dostępne narzędzie do programowania mikrokontrolerów ATMEL.

Przede wszystkim za pomocą np. programu Notatnik w systemie WINDOWS otwórz plik cmetr.eep i upewnij się, że trzecia linia wygląda tak

:0C002000FFFF00FFFF00FFFF00FFFF00DC

Tutaj pierwszy bajt wskazuje liczbę bajtów danych na linię. Kolejne dwa bajty to adres komórki pamięci, w której przechowywany jest pierwszy bajt wiersza danych, czwarty bajt usługowy. Następnie następuje dwanaście bajtów danych, a ostatni bajt to suma kontrolna. Teraz możesz załadować pliki cmetr.hex i cmetr.eep do pamięci mikrokontrolera za pomocą dostępnego oprogramowania i sprzętu. Jeśli wszystko zostanie wykonane poprawnie, po włączeniu urządzenia rozlegnie się krótki sygnał dźwiękowy i przejdzie test wskaźników cyfrowych LED - przesunięcie liczby 8 we wszystkich cyfrach. Następnie kontrolki zgasną i miernik będzie czekał na podłączenie kondensatora wydając krótkie dźwięki z okresem powtarzania około 4s.

Po sprawdzeniu sprawności urządzenia konieczne jest określenie współczynników korekcyjnych dla dwóch podzakresów. Będzie to wymagało przykładowych kondensatorów (Cobr). najlepiej z niskimi stratami. Na przykład dla podzakresu „uF” wystarczy kondensator 100 uF. Jeśli nie jest to możliwe, należy wybrać kondensator niepolarny o pojemności co najmniej 10 mikrofaradów.
Załóżmy, że po podłączeniu kondensatora odniesienia o pojemności 100 mikrofaradów odczyty przyrządu wynoszą 106 mikrofaradów (Cx). Wartość współczynnika korekcji określa wzór K \u106d Cx / (Col - Cx) \u100d 106 / (17,66 - 18) \u71d -73. Przyjmujemy wartość K = -0,1. W podzakresie „nF” jako wzorcowe można zastosować tańsze kondensatory K0,1, K99,7 o pojemności około 99,7 μF. Załóżmy, że wartość pojemności odniesienia (100 μF) zmierzona przez urządzenie wynosi 99,7 nF, wówczas współczynnik korekcji wyniesie: K \u332,3d 332 / / (XNUMX - - XNUMX) \uXNUMXd XNUMX. Przyjmujemy K = XNUMX.

Otrzymane wartości współczynników są tłumaczone na postać szesnastkową, będą to odpowiednio 12H i 14CH. Nie ma sprzeczności w tym, że im mniejszy błąd pomiaru, tym większy współczynnik korekcji, to tylko algorytm obliczania korekcji. Teraz trzeba wrócić do opisu procesu programowania i w pliku cmetr.eep w trzeciej linii podmienić wartości dwunastu bajtów danych tak, aby linia wyglądała

:0C0020001200FF1200FF4C01004C010064

Pierwsze sześć bajtów danych zawiera informację o zduplikowanych współczynnikach dla podzakresu „uF”, po których następuje sześć bajtów (również zduplikowanych) dla podzakresu „nF”. Co więcej, pierwsze dwa bajty to wartość liczbowa współczynnika, a trzeci wskazuje jego znak. Np. w podzakresie „µF” otrzymano ujemną wartość współczynnika, więc trzeci i szósty bajt danych zawierają liczbę FF, która „informuje” mikrokontroler o konieczności odjęcia współczynnika korekcji. Dla podzakresu „nF” współczynnik jest dodatni, więc dziewiąty i dwunasty bajt zawierają liczbę 00, co oznacza, że należy dodać współczynnik korekcji.

Teraz powinieneś obliczyć wartość sumy kontrolnej w tym wierszu. Można to zrobić za pomocą specjalistycznych programów lub kalkulatora inżynierskiego WINDOWS w trybie szesnastkowym. Aby to zrobić, musisz dodać wszystkie bajty tego ciągu, w tym liczbę bajtów danych w bajcie ciągu, dwa bajty adresu komórki i wszystkie bajty danych, a następnie określić, jaką liczbę dodać do tej sumy, tak że młodszy bajt wyniku to zero. Ta liczba będzie sumą kontrolną, w powyższym przykładzie otrzymamy 64n. Następnie należy skasować informacje z pamięci mikrokontrolera i przeładować pliki cmetr hex i cmetr.eep. Mierząc przykładowe kondensatory, upewnij się, że współczynniki korekcyjne są ustawione prawidłowo.

Podczas pomiaru należy wziąć pod uwagę, że w podzakresie „nF” pojemność mierzonego kondensatora nie powinna przekraczać 12 μF, w podzakresie „μF” - 12000 μF, a pomiar kondensatorów o pojemności mniejszej niż 1000 pF jest wartością przybliżoną, ponieważ ma to wpływ na pojemność obwodu pomiarowego.

Można pobrać program mikrokontrolera miernika pojemności stąd.

Autor: A. Dymov, Orenburg; Publikacja: radioradar.net

Zobacz inne artykuły Sekcja Technologia pomiarowa.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach 02.05.2024

We współczesnym rolnictwie postęp technologiczny ma na celu zwiększenie efektywności procesów pielęgnacji roślin. We Włoszech zaprezentowano innowacyjną maszynę do przerzedzania kwiatów Florix, zaprojektowaną z myślą o optymalizacji etapu zbioru. Narzędzie to zostało wyposażone w ruchome ramiona, co pozwala na łatwe dostosowanie go do potrzeb ogrodu. Operator może regulować prędkość cienkich drutów, sterując nimi z kabiny ciągnika za pomocą joysticka. Takie podejście znacznie zwiększa efektywność procesu przerzedzania kwiatów, dając możliwość indywidualnego dostosowania do specyficznych warunków ogrodu, a także odmiany i rodzaju uprawianych w nim owoców. Po dwóch latach testowania maszyny Florix na różnych rodzajach owoców wyniki były bardzo zachęcające. Rolnicy, tacy jak Filiberto Montanari, który używa maszyny Florix od kilku lat, zgłosili znaczną redukcję czasu i pracy potrzebnej do przerzedzania kwiatów. ... >>

Zaawansowany mikroskop na podczerwień 02.05.2024

Mikroskopy odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych, umożliwiając naukowcom zagłębianie się w struktury i procesy niewidoczne dla oka. Jednak różne metody mikroskopii mają swoje ograniczenia, a wśród nich było ograniczenie rozdzielczości przy korzystaniu z zakresu podczerwieni. Jednak najnowsze osiągnięcia japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego otwierają nowe perspektywy badania mikroświata. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentowali nowy mikroskop, który zrewolucjonizuje możliwości mikroskopii w podczerwieni. Ten zaawansowany instrument pozwala zobaczyć wewnętrzne struktury żywych bakterii z niesamowitą wyrazistością w skali nanometrowej. Zazwyczaj ograniczenia mikroskopów średniej podczerwieni wynikają z niskiej rozdzielczości, ale najnowsze odkrycia japońskich badaczy przezwyciężają te ograniczenia. Zdaniem naukowców opracowany mikroskop umożliwia tworzenie obrazów o rozdzielczości do 120 nanometrów, czyli 30 razy większej niż rozdzielczość tradycyjnych mikroskopów. ... >>

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Wykrywacze materiałów wybuchowych złota 06.12.2012

Naukowcy z Imperial College London opracowali system szybkiego wykrywania niebezpiecznych substancji, takich jak narkotyki czy materiały wybuchowe. Nowy system jest bardzo dokładny — jest w stanie wykryć jedną docelową cząsteczkę spośród 10 000 bilionów cząsteczek wody w ciągu zaledwie kilku milisekund. Pożądane cząsteczki są wychwytywane przez samoorganizującą się warstwę nanocząstek złota.

Zespół naukowców z Wydziału Chemii Imperial College London utorował drogę do opracowania urządzeń, które są kompaktowe, łatwe w montażu i obsłudze. Ich zakres zastosowań jest bardzo szeroki – od wykrywania narkotyków i materiałów wybuchowych po poszukiwanie zanieczyszczeń w rzekach, gazów nerwowych uwalnianych do powietrza i tak dalej. Wyniki badań zostały opublikowane w tym tygodniu w Nature Materials.

Cząsteczki docelowe są identyfikowane dzięki efektowi powierzchniowego rozpraszania światła Ramana, gdy każda cząsteczka rozprasza światło we własnym kierunku ze względu na złożoną strukturę powierzchni. Technika istnieje od lat 1970. XX wieku. Sygnał można znacznie wzmocnić przepuszczając światło przez warstwę nanocząsteczek złota i wielokrotne odbicia, zwiększając czułość urządzenia. Jednak taka powłoka była zbyt trudna do wytworzenia, aby mogła być szeroko stosowana.

W obecnej pracy naukowcy przezwyciężają ten problem, używając dwóch niemieszających się cieczy, takich jak woda i olej. Manipulując ładunkiem elektrycznym nanocząstek złota i składem roztworu, stworzyli sytuację, w której cząstki te ułożyły się samoczynnie na styku dwóch mediów.

„Sztuką było znalezienie warunków, w których same nanocząstki osadzają się na styku dwóch mediów, ale nie łączą się ze sobą” – powiedział Jack Page, współautor badania. Nawet jeśli struktura nanocząstek jest zepsuta, spontanicznie ustawiają się one w linii, aby urządzenie było jeszcze bardziej czułe.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ SCM-38I - konwerter RS-232/485

▪ Porozmawiaj ze swoim sejfem

▪ Umiejętność uczenia się można zobaczyć w oczach

▪ Krople mechaniki kwantowej

▪ Kosiarka sterowana przez smartfon

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Radio - dla początkujących. Wybór artykułu

▪ artykuł Tukidydesa. Słynne aforyzmy

▪ artykuł Czym jest pijaństwo? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł o odrze. Opieka zdrowotna