Misuratore Arduino CAP-ESR-FREQ: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Misuratore CAP-ESR-FREQ con Arduino Duemilanove.

In questo tutorial puoi trovare tutte le informazioni necessarie su uno strumento di misurazione basato su Arduino Duemilanove. Con questo strumento puoi misurare tre cose: i valori del condensatore in nanofarad e microfarad, la resistenza in serie equivalente (valore ESR) di un condensatore e non ultime le frequenze comprese tra 1 Herz e 3 MegaHerz. Tutti e tre i design si basano su descrizioni che ho trovato sul forum Arduino e su Hackerstore. Dopo aver aggiunto alcuni aggiornamenti li ho combinati in un unico strumento, controllato con un solo programma Arduino ino. I diversi contatori vengono selezionati tramite un selettore a tre posizioni S2, collegato ai pin A1, A2 e A3. L'azzeramento della VES e il reset della selezione del contatore avviene tramite un unico pulsante S3 su A4. L'interruttore S1 è l'interruttore di accensione/spegnimento, necessario per l'alimentazione della batteria da 9 V CC quando lo strumento non è collegato a un PC tramite USB. Questi pin sono utilizzati per l'ingresso: A0: ingresso valore esr. A5: ingresso condensatore. D5: frequenza ingresso.

Lo strumento utilizza un display a cristalli liquidi (LCD) basato sul chipset Hitachi HD44780 (o compatibile), che si trova sulla maggior parte degli LCD testuali. La libreria funziona in modalità a 4 bit (cioè utilizzando 4 linee dati oltre alle linee di controllo rs, enable e rw). Ho iniziato questo progetto con un lcd con solo 2 linee dati (connessioni SDA e SCL I2C) ma sfortunatamente questo era in conflitto con l'altro software che ho usato per i misuratori. Prima spiegherò tre diversi metri e infine le istruzioni di montaggio. Con ogni tipo di contatore puoi anche scaricare il file ino Arduino separato, se vuoi installare solo quel tipo specifico di contatore.

Passaggio 1: il misuratore del condensatore

Il misuratore di condensatori digitale si basa su un progetto di Hackerstore. Misurazione del valore di un condensatore:

La capacità è una misura della capacità di un condensatore di immagazzinare carica elettrica. Il misuratore Arduino si basa sulla stessa proprietà di base dei condensatori: la costante di tempo. Questa costante di tempo è definita come il tempo impiegato dalla tensione ai capi del condensatore per raggiungere il 63,2% della sua tensione quando è completamente carica. Un Arduino può misurare la capacità perché il tempo impiegato da un condensatore per caricarsi è direttamente correlato alla sua capacità dall'equazione TC = R x C. TC è la costante di tempo del condensatore (in secondi). R è la resistenza del circuito (in Ohm). C è la capacità del condensatore (in Farad). La formula per ottenere il valore della capacità in Farad è C = TC/R.

In questo strumento è possibile impostare il valore R per la calibrazione tra 15kOhm e 25 kOhm tramite il potmetro P1. Il condensatore viene caricato tramite il pin D12 e scaricato per un successivo dosaggio tramite il pin D7. Il valore della tensione caricata viene misurato tramite il pin A5. Il valore analogico completo su questo pin è 1023, quindi il 63,2% è rappresentato da un valore di 647. Raggiunto questo valore, il programma calcola il valore del condensatore in base alla formula sopra indicata.

Passaggio 2: il misuratore ESR

Vedere per la definizione di ESR

Vedi per l'argomento del forum Arduino originale https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0Grazie a szmeu per l'inizio di questo argomento e mikanb per il suo design esr50_AutoRange. Ho usato questo design includendo la maggior parte dei commenti e miglioramenti per il mio design del misuratore esr.

AGGIORNAMENTO Maggio 2021: il mio misuratore ESR a volte si comporta in modo strano. Ho passato molto tempo a trovare il motivo (s) ma non l'ho trovato. Controllare le pagine del forum originale di Arduino come menzionato sopra potrebbe essere la soluzione…

La resistenza in serie equivalente (ESR) è la resistenza interna che appare in serie con la capacità del dispositivo. Può essere utilizzato per trovare condensatori difettosi durante le sessioni di riparazione. Nessun condensatore è perfetto e l'ESR deriva dalla resistenza dei cavi, dal foglio di alluminio e dall'elettrolita. È spesso un parametro importante nella progettazione dell'alimentatore in cui l'ESR di un condensatore di uscita può influenzare la stabilità del regolatore (cioè, provocandone l'oscillazione o la reazione eccessiva ai transitori nel carico). È una delle caratteristiche non ideali di un condensatore che può causare una serie di problemi di prestazioni nei circuiti elettronici. Un valore ESR elevato degrada le prestazioni a causa di perdite di potenza, rumore e una caduta di tensione più elevata.

Durante il test, una corrente nota viene fatta passare attraverso il condensatore per un tempo molto breve, quindi il condensatore non si carica completamente. La corrente produce una tensione ai capi del condensatore. Questa tensione sarà il prodotto della corrente e dell'ESR del condensatore più una tensione trascurabile a causa della piccola carica nel condensatore. Poiché la corrente è nota, il valore ESR viene calcolato dividendo la tensione misurata per la corrente. I risultati vengono quindi visualizzati sul display dello strumento. Le correnti di prova sono generate tramite i transistor Q1 e Q2, i loro valori sono 5 mA (impostazione gamma alta) e 50 mA (impostazione gamma bassa) tramite R4 e R6. La scarica avviene tramite il transistor Q3. La tensione del condensatore viene misurata tramite l'ingresso analogico A0.

Passaggio 3: il frequenzimetro

Vedi per i dati originali il forum Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php?topic=324796.0#main_content_section. Grazie ad arduinoaleman per il suo fantastico design del frequenzimetro.

Il frequenzimetro funziona come segue: Il Timer/Contatore1 a 16 bit sommerà tutti gli orologi provenienti dal pin D5. Timer/Counter2 genererà un interrupt ogni millisecondo (1000 volte al secondo). Se c'è un overflow in Timer/Counter1, overflow_counter verrà aumentato di uno. Dopo 1000 interrupt (= esattamente un secondo) il numero di overflow verrà moltiplicato per 65536 (questo è il momento in cui il contatore scorre). Nel ciclo 1000 verrà aggiunto il valore corrente del contatore, dandoti il numero totale di tic di clock che sono entrati durante l'ultimo secondo. E questo è equivalente alla frequenza che volevi misurare (frequenza = clock al secondo). La procedura misura(1000) imposterà i contatori e li inizializzerà. Dopodiché, un ciclo WHILE attenderà fino a quando la routine di servizio di interrupt imposta misura_pronta su TRUE. Questo avviene esattamente dopo 1 secondo (1000 ms o 1000 interruzioni). Per gli hobbisti questo frequenzimetro funziona molto bene (a parte le frequenze più basse è possibile ottenere una precisione di 4 o 5 cifre). Soprattutto con le frequenze più alte il contatore diventa molto preciso. Ho deciso di visualizzare solo 4 cifre. Tuttavia, è possibile regolarlo nella sezione dell'uscita LCD. È necessario utilizzare il pin D5 di Arduino come ingresso di frequenza. Questo è un prerequisito per l'utilizzo del Timer/Counter1 a 16 bit del chip ATmega. (controllare il pin Arduino per altre schede). Per misurare segnali analogici o segnali a bassa tensione viene aggiunto un preamplificatore con un transistor preamplificatore BC547 e un formatore di impulsi a blocchi (trigger Schmitt) con un circuito integrato 74HC14N.

Passaggio 4: l'assemblaggio dei componenti

I circuiti ESR e CAP sono montati su un pezzo di perfboard con fori a distanza di 0,1 pollici. Il circuito FREQ è montato su una perfboard separata (questo circuito è stato aggiunto in seguito). Per i collegamenti cablati vengono utilizzati connettori maschio. Lo schermo lcd è montato nel coperchio superiore della scatola, insieme all'interruttore ON/OFF. (E un interruttore di riserva per futuri aggiornamenti). Il layout è stato realizzato su carta (molto più semplice rispetto all'utilizzo di Fritzing o altri programmi di progettazione). Questo layout cartaceo è stato successivamente utilizzato anche per verificare il circuito reale.

Passaggio 5: l'assemblaggio della scatola

Una scatola di plastica nera (dimensioni LxPxH 120x120x60 mm) è stata utilizzata per montare tutti i componenti ed entrambe le schede elettroniche. L'Arduino, i circuiti perfboard e il portabatterie sono montati su una piastra di montaggio in legno da 6 mm per un facile montaggio e saldatura. In questo modo tutto può essere assemblato e una volta terminato può essere riposto all'interno della scatola. Sotto le schede elettroniche e i distanziatori in nylon Arduino sono stati utilizzati per evitare che le schede si piegassero.

Passaggio 6: il cablaggio finale

Infine tutte le connessioni cablate interne sono saldate. Quando questo è stato completato, ho testato i transistor di commutazione esr, tramite le connessioni di test T1, T2 e T3 nello schema elettrico. Ho scritto un piccolo programma di test per cambiare le uscite collegate D8, D9 e D10 da HIGH a LOW ogni secondo e ho verificato questo sulle connessioni T1, T2 e T3 con un oscilloscopio. Per collegare i condensatori in prova sono stati realizzato con connessioni a coccodrillo.

Per la misurazione della frequenza è possibile utilizzare cavi di prova più lunghi.

Buon test!