Arduino CAP-ESR-FREQ Metre: 6 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Arduino Duemilanove ile CAP-ESR-FREQ metre.

Bu talimatta, Arduino Duemilanove tabanlı bir ölçüm cihazı hakkında gerekli tüm bilgileri bulabilirsiniz. Bu aletle üç şeyi ölçebilirsiniz: nanofarad ve mikrofarad cinsinden kapasitör değerleri, bir kapasitörün eşdeğer seri direnci (ESR değeri) ve son olarak 1 Herz ile 3 MegaHerz arasındaki frekanslar. Her üç tasarım da Arduino forumunda ve Hackerstore'da bulduğum açıklamalara dayanıyor. Bazı güncellemeler ekledikten sonra bunları tek bir Arduino ino programıyla kontrol edilen tek bir cihazda birleştirdim. Farklı sayaçlar, A1, A2 ve A3 pinlerine bağlı üç konumlu bir S2 seçici anahtarı aracılığıyla seçilir. ESR sıfırlama ve sayaç seçimi sıfırlama, A4 üzerinde tek bir S3 butonuyla yapılır. S1 Anahtarı Güç AÇMA/KAPAMA anahtarıdır, sayaç USB üzerinden PC'ye bağlı olmadığında 9 V DC pil gücü için gereklidir. Bu pinler giriş için kullanılır:A0: esr değer girişi. A5: kondansatör girişi. D5:frekans giriş.

Metre, çoğu metin tabanlı LCD'de bulunan Hitachi HD44780 (veya uyumlu bir) yonga setine dayalı bir Sıvı Kristal Ekran (LCD) kullanır. Kütüphane 4 bit modunda çalışır (yani rs, enable ve rw kontrol hatlarına ek olarak 4 veri hattı kullanarak). Bu projeye sadece 2 dataline (SDA ve SCL I2C bağlantıları) sahip bir lcd ile başladım ama maalesef bu, sayaçlar için kullandığım diğer yazılımlarla çelişiyordu. Önce üç farklı metreyi ve son olarak da montaj talimatlarını anlatacağım. Her bir ölçüm cihazı tipiyle, yalnızca belirli bir ölçüm cihazı tipini kurmak istiyorsanız, ayrı Arduino ino dosyasını da indirebilirsiniz.

Adım 1: Kapasitör Ölçer

Dijital kapasitör ölçer, Hackerstore'dan bir tasarıma dayanmaktadır. Bir kondansatörün değerini ölçmek:

Kapasitans, bir kapasitörün elektrik yükünü depolama yeteneğinin bir ölçüsüdür. Arduino metre, kapasitörlerin aynı temel özelliğine dayanır: zaman sabiti. Bu zaman sabiti, kapasitör üzerindeki voltajın, tam olarak şarj edildiğinde voltajının %63,2'sine ulaşması için geçen süre olarak tanımlanır. Bir Arduino kapasitansı ölçebilir, çünkü bir kapasitörün şarj olması için geçen süre, TC = R x C denklemiyle kapasitansı ile doğrudan ilişkilidir. TC, kapasitörün zaman sabitidir (saniye cinsinden). R, devrenin direncidir (Ohm cinsinden). C, kapasitörün kapasitansıdır (Farads cinsinden). Farads'ta kapasitans değerini alma formülü C = TC/R'dir.

Bu sayaçta R değeri, potmetre P1 aracılığıyla 15 kOhm ile 25 kOhm arasında kalibrasyon için ayarlanabilir. Kondansatör, D12 pimi üzerinden şarj edilir ve sonraki ölçüm için D7 pimi üzerinden boşaltılır. Şarj edilen voltaj değeri pin A5 ile ölçülür. Bu pin üzerindeki tam analog değer 1023'tür, yani %63,2'si 647 değeri ile temsil edilir. Bu değere ulaşıldığında program yukarıdaki formüle göre kondansatör değerini hesaplar.

Adım 2: ESR Metre

ESR tanımı için bkz.

Orijinal Arduino forum konusu için bkz. https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0Bu konunun başlangıcı için szmeu'ya ve esr50_AutoRange tasarımı için mikanb'a teşekkürler. Esr metre tasarımım için yorumların ve iyileştirmelerin çoğunu içeren bu tasarımı kullandım.

GÜNCELLEME Mayıs 2021:ESR ölçüm cihazım bazen garip davranıyor. Sebep(ler)i bulmak için çok zaman harcadım ama bulamadım. Yukarıda belirtildiği gibi orijinal Arduino forum sayfalarını kontrol etmek çözüm olabilir….

Eşdeğer Seri Direnç (ESR), cihazın kapasitansı ile seri olarak görünen dahili dirençtir. Onarım seansları sırasında hatalı kapasitörleri bulmak için kullanılabilir. Hiçbir kapasitör mükemmel değildir ve ESR uçların, alüminyum folyonun ve elektrolitin direncinden gelir. Bir çıkış kapasitörünün ESR'sinin regülatörün kararlılığını etkileyebileceği (yani, salınmasına veya yükteki geçici olaylara aşırı tepki vermesine neden olabileceği) güç kaynağı tasarımında genellikle önemli bir parametredir. Elektronik devrelerde çeşitli performans sorunlarına neden olabilecek bir kapasitörün ideal olmayan özelliklerinden biridir. Yüksek bir ESR değeri, güç kayıpları, gürültü ve daha yüksek voltaj düşüşü nedeniyle performansı düşürür.

Test sırasında kondansatörden çok kısa bir süre bilinen bir akım geçirilir, bu nedenle kondansatör tamamen şarj olmaz. Akım, kapasitör boyunca bir voltaj üretir. Bu voltaj, akımın ve kapasitörün ESR'sinin ve kapasitördeki küçük şarj nedeniyle ihmal edilebilir bir voltajın ürünü olacaktır. Akım bilindiği için ölçülen gerilim akıma bölünerek ESR değeri hesaplanır. Sonuçlar daha sonra sayaç ekranında görüntülenir. Test akımları Q1 ve Q2 transistörleri aracılığıyla üretilir, değerleri 5mA (yüksek aralık ayarı) ve R4 ve R6 üzerinden 50mA, (düşük aralık ayarı). Boşaltma, transistör Q3 üzerinden yapılır. Kondansatör voltajı analog giriş A0 üzerinden ölçülür.

Adım 3: Frekans Ölçer

Orijinal veriler için Arduino forumuna bakın:https://forum.arduino.cc/index.php?topic=324796.0#main_content_section. Harika frekans ölçer tasarımı için arduinoaleman'a teşekkürler.

Frekans sayacı aşağıdaki gibi çalışır: 16bit Zamanlayıcı/Sayaç1, D5 pininden gelen tüm saatleri toplayacaktır. Zamanlayıcı/Sayaç2, her milisaniyede bir kesme oluşturur (saniyede 1000 kez). Zamanlayıcı/Sayaç1'de bir taşma varsa, taşma_sayıcı bir artırılır. 1000 kesintiden sonra (= tam olarak bir saniye) taşma sayısı 65536 ile çarpılacaktır (bu, sayacın üzerinden geçtiği zamandır). 1000 döngüsünde, sayacın mevcut değeri eklenecek ve size son saniyede gelen saat tıklamalarının toplam sayısını verecektir. Ve bu, ölçmek istediğiniz frekansın eşdeğeridir (frekans = saniyedeki saat sayısı). Prosedür ölçümü(1000) sayaçları kuracak ve başlatacaktır. Bundan sonra, bir WHILE döngüsü, interrupt servive yordamı Measure_ready'i TRUE olarak ayarlayana kadar bekleyecektir. Bu tam olarak 1 saniye sonradır (1000ms veya 1000 kesinti). Hobiler için bu frekans sayacı çok iyi çalışır (düşük frekansların dışında 4 veya 5 basamaklı doğruluk elde edebilirsiniz). Özellikle daha yüksek frekanslarda sayaç çok keskinleşir. Sadece 4 rakam göstermeye karar verdim. Ancak bunu LCD çıkış bölümünde ayarlayabilirsiniz. Frekans girişi olarak Arduino'nun D5 pinini kullanmalısınız. Bu, ATmega çipinin 16bit Zamanlayıcı/Sayacı1'i kullanmak için bir ön koşuldur. (lütfen diğer kartlar için Arduino pinini kontrol edin). Analog sinyalleri veya düşük voltaj sinyallerini ölçmek için bir ön yükseltici transistör BC547 ile bir ön yükseltici ve bir 74HC14N IC'ye sahip bir blok darbe şekillendirici (Schmitt tetikleyici) eklenir.

Adım 4: Bileşenler Meclisi

ESR ve CAP devreleri, 0,1 inç aralıklı deliklerle bir perfboard parçasına monte edilmiştir. FREQ devresi ayrı bir perfboard üzerine monte edilmiştir (bu devre daha sonra eklenmiştir). Kablolu bağlantılar için erkek başlıklar kullanılır. Lcd ekran, ON/OFF anahtarı ile birlikte kutunun üst kapağına monte edilmiştir. (Ve gelecekteki güncellemeler için bir yedek anahtar). Düzen kağıt üzerinde yapıldı (Fritzing veya diğer tasarım programlarını kullanmaktan çok daha kolay). Bu kağıt düzeni daha sonra gerçek devreyi kontrol etmek için de kullanıldı.

Adım 5: Kutu Montajı

Tüm bileşenleri ve her iki devre kartını monte etmek için siyah plastik bir kutu (GxDxY 120x120x60 mm boyutlarında) kullanıldı. Arduino, perfboard devreler ve pil tutucu, kolay montaj ve lehimleme için 6 mm'lik ahşap bir montaj plakasına monte edilmiştir. Bu şekilde her şey monte edilebilir ve bittiğinde kutunun içine yerleştirilebilir. Devre kartlarının altında ve Arduino naylon ayırıcıları kartların bükülmesini önlemek için kullanılmıştır.

Adım 6: Son Kablolama

Son olarak tüm dahili kablolu bağlantılar lehimlenmiştir. Bu tamamlandığında, kablolama şemasındaki T1, T2 ve T3 test bağlantıları aracılığıyla esr anahtarlama transistörlerini test ettim. Her saniye bağlı olan D8, D9 ve D10 çıkışlarını YÜKSEK'ten DÜŞÜK'e değiştirmek için küçük bir test programı yazdım ve bunu T1, T2 ve T3 bağlantılarında bir osiloskopla kontrol ettim. Test edilen kapasitörleri bağlamak için bir çift kısa test kablosu timsah klipsi bağlantıları ile yapılmıştır.

Frekans ölçümü için daha uzun test kabloları kullanılabilir.

Mutlu testler!