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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Misuratore di capacità del condensatore del microcontrollore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Il funzionamento del dispositivo si basa su un metodo ben noto per misurare la durata di carica e scarica di un condensatore da una sorgente di tensione attraverso un resistore di resistenza nota. L'intervallo dei valori di capacità misurati va da 1 nF a 12000 uF. È diviso in due sotto-gamme, che sono convenzionalmente denominate "nF" e "μF". Per misurare la capacità dei condensatori senza saldarli fuori dalla scheda, è necessaria una piccola ampiezza della tensione ai capi del condensatore in modo che le giunzioni p-n dei dispositivi a semiconduttore non interferiscano con questo processo, quindi la sorgente di riferimento ha una tensione di 0,5 V . Lo schema del dispositivo è mostrato in fig. 1.
Il "lavoro" principale è svolto dal microcontrollore DD1. La sincronizzazione del funzionamento dei suoi nodi viene eseguita dal generatore integrato con un risonatore al quarzo esterno ZQ1. Come parte del microcontrollore DD1 è presente un comparatore analogico, che viene utilizzato per controllare la tensione di carica e scarica del condensatore misurato. Gli ingressi di questo comparatore sono collegati alle porte PBO, PB1. Il condensatore misurato è collegato alle prese XS1, XS2 e tensioni alte o basse dalla porta RVZ attraverso il divisore resistivo R1-R3R7R10 lo caricano e lo scaricano. Commutare i contatti SA1.1 resistore shunt R2 al limite "uF", aumentando i valori sia della corrente di carica che di scarica. I contatti dell'interruttore SA1.2 sul sottointervallo "nF" collegano le linee PD1 e PD3 attraverso il resistore R19, che è fissato dal microcontrollore DD1 come impostazione di questo sottointervallo. Il partitore resistivo R9R6 ad alta tensione sulla linea PB2 genera una tensione di riferimento di 6 V sulla resistenza R0,316 per l'ingresso invertente del comparatore incorporato (linea PB1), che è la soglia per caricare il condensatore misurato. Quando la linea PB2 viene trasferita in uno stato ad alta impedenza, la tensione esemplare viene disattivata e l'ingresso del comparatore verrà collegato attraverso il resistore R6 e la presa XS2 al condensatore misurato: questa è l'uscita "comune" del condensatore, che assicura che la tensione zero sia fissata sul condensatore quando è scaricato. La tensione dal condensatore attraverso il resistore R4 viene inviata a un altro ingresso del comparatore (linea PBO). Il circuito C3R5, collegato in parallelo agli ingressi del comparatore, aiuta a ridurre il rumore "digitale". Il circuito R8VD5 "aiuterà" il microcontrollore DD1 a determinare se un condensatore è collegato alle prese XS1, XS2 o se sono chiuse. Un'altra fonte di tensione esemplare, relativa alla quale vengono effettuate le misurazioni, è assemblata sull'amplificatore operazionale DA2. Il divisore R27R29 genera una tensione di circa 2,5 V, va all'amplificatore operazionale DA2, che funge da amplificatore buffer. Il microcontrollore trasmette i risultati della misurazione agli indicatori LED a sette elementi HG1-HG3 in modalità dinamica con una frequenza di circa 20 ms. Gli anodi indicatori sono commutati dai transistor VT1, VT3, VT4 e i segnali nel codice corrispondente vengono inviati ai loro catodi dalle linee PD0-PD6 attraverso resistori R12-R18. I codici vengono memorizzati nella memoria del microcontrollore DD1 e inseriti in essa in fase di programmazione. L'"accensione" sugli indicatori del punto decimale viene effettuata tramite la linea PB4 e le resistenze R11, R21. La stessa linea è utilizzata per generare segnali impulsivi 34, che vengono alimentati al piezo-radiatore acustico HA1 attraverso il resistore R24. Il dispositivo è alimentato da una batteria composta da due batterie AA Ni-Cd con una tensione totale di 2,4 V, che viene aumentata dal convertitore DA1 a 5 V stabilizzati per alimentare il microcontrollore DD1 e una sorgente di tensione di riferimento sull'opzione DA2 amp. Condensatore C7 - livellamento, divisore resistivo R23R25 imposta il limite di tensione della batteria inferiore. Quando scende a 2 ... 2,1 V, si forma una tensione di basso livello sull'uscita LBO (pin 2) del convertitore DA1, che viene alimentata attraverso i resistori R33 e R12 alla linea PD0 (pin 2) del DD1 microcontrollore. Al successivo sondaggio di questa linea, il microcontrollore DD1, rilevato un livello basso, interrompe il programma principale, spegne l'indicatore LED, genera un segnale continuo che arriva all'emettitore acustico HA1, ed entra in modalità economica "sleep" , dal quale esce solo quando viene tolta la tensione di alimentazione e successivo collegamento. Per proteggere il microcontrollore e altri elementi del dispositivo dalla tensione del condensatore misurato carico, è stata utilizzata un'unità di protezione attiva, costituita da un ponte a diodi VD6, un transistor VT2 e un LED HL1. Quando è collegato un condensatore carico, la cui tensione supera 4 ... 5 V, una corrente scorre attraverso il LED HL1, che apre il transistor VT1. In questo caso, la maggior parte della tensione del condensatore viene applicata ai resistori R3, R7: questo condensatore viene scaricato. I diodi VD1, VD3 e resistore R4 sono utilizzati come protezione aggiuntiva per la linea RVZ del microcontrollore DD10 e VD1, VD2 e R4 sono utilizzati per le linee RVO. Per programmare il microcontrollore, un programmatore è collegato alla presa XP1. Il dispositivo utilizza resistori MLT, OMLT con una tolleranza non superiore al 5%, condensatori di ossido - K53-16, il resto - K10-17, KM, KD, un risonatore al quarzo - NS-49, induttanze L1, L2 - ELC06D da Panasonic. La spina XP1 è la controparte della presa YUS-10. Tali spine sono vendute nei negozi di ricambi radio sotto forma di righelli, il numero richiesto di contatti è separato da essi. L'interruttore SA1 è un qualsiasi interruttore a scorrimento di piccole dimensioni in due direzioni e due posizioni, preferibilmente in una custodia di metallo, ad esempio B1561, che consentirà di fissarlo sulla scheda mediante saldatura. Emettitore piezoelettrico HA1 - piezoceramico FML-15T-7.9F1-50 con una frequenza di risonanza di circa 8 kHz. Come XS1-XS3, vengono utilizzati contatti con un diametro interno di 1,5 mm (sono saldati alle piazzole sulla scheda) dal connettore RG4T smontato. Per misurare i singoli condensatori vengono utilizzati morsetti a coccodrillo, che vengono saldati a spine collegate alle prese XS1, XS2 "Cx", e per misurare i condensatori saldati vengono utilizzati cavi di collegamento schermati, i cui schermi sono collegati alla spina collegata alla presa XS3 "Comune". Va ricordato che il cavo di misurazione introduce un errore aggiuntivo durante la misurazione di condensatori con una piccola capacità. Per il dispositivo è stata utilizzata una custodia in plastica della calcolatrice BZ-26, il suo vano di alimentazione è stato ridotto per ospitare due batterie. All'interno, il case è incollato con uno schermo in sottile foglio di alluminio. Per il contatto con questo schermo vengono utilizzate piastre elastiche argentate, che sono saldate a un filo comune sulla scheda. L'interruttore di alimentazione standard della calcolatrice viene utilizzato per accendere il dispositivo e la presa di alimentazione viene utilizzata per collegare il caricabatterie. L'alimentatore BP2-1M della calcolatrice è stato convertito in un caricabatteria. Per fare ciò, nella linea di alimentazione positiva sono installati due resistori e un LED (Fig. 2). Dalla luminosità di questo LED, puoi giudicare il grado di carica della batteria.
I disegni di un circuito stampato in fibra di vetro a doppia faccia sono mostrati in fig. 3-5. Non è stato possibile fare a meno dell'uso dei via, soprattutto in prossimità di indicatori digitali. Pertanto, durante l'installazione, prima di tutto, è necessario installare e saldare i ponticelli nei via, quindi montare gli elementi rimanenti. I pin di alcuni elementi vengono utilizzati anche come ponticelli di transizione, quindi devono essere saldati su entrambi i lati della scheda. Sul lato di installazione della maggior parte degli elementi (Fig. 4), un pezzo di lamina viene lasciato collegato a un filo comune, il che complica la saldatura degli elementi, ma aumenta l'affidabilità del dispositivo. I fori per i conduttori di elementi che non sono collegati a un filo comune sono svasati in questa sezione (la svasatura non è mostrata in Fig. 4).
Il collegamento degli elementi R4, C3, VD1, VD2 e l'uscita 12 del microcontrollore DD1 deve essere effettuato mediante montaggio superficiale. Quando si installa il microcontrollore sulla scheda, questo pin deve essere piegato, il resistore R4 deve essere installato perpendicolare alla scheda, saldando il suo pin dal lato di installazione della presa XS1, saldare un ponticello di filo stagnato all'altro pin del resistore che va al pin 12 del microcontrollore DD1 e solo successivamente saldare i pin degli elementi a questo ponticello C3, VD1 e VD2. Per la misurazione, il condensatore è collegato alle prese "Cx". Il microcontrollore, dopo aver rilevato il condensatore collegato, inizierà il processo di misurazione della sua capacità, mentre il punto decimale sull'indicatore HG3 si accenderà. Al termine del processo, il risultato viene visualizzato sugli indicatori LED, quindi vengono visualizzati i simboli delle unità di misura. Con un condensatore collegato, il processo di misurazione verrà ripetuto periodicamente. Per risparmiare l'energia della batteria, che viene consumata al massimo quando si indicano i risultati, è necessario spegnere tempestivamente il condensatore misurato. Se, all'accensione del dispositivo o durante il funzionamento, viene emesso un lungo segnale acustico senza che l'indicazione si accenda, è necessario caricare la batteria. I simboli vengono utilizzati per visualizzare le unità di misura: "nF" - nanofarad; "nF" - microfarad; "nnF" - migliaia di microfarad. Per visualizzare varie situazioni che richiedono l'esecuzione di qualsiasi azione, vengono utilizzati i seguenti simboli insieme all'indicazione sonora:
Quando è collegato un condensatore carico con una tensione superiore a 4 ... 5 V, il sistema di protezione si accende e il LED HL1 lampeggia. Il microcontrollore rileverà un condensatore carico e lo segnalerà con indicazioni luminose e sonore, ma con un certo ritardo. Pertanto, quando si collega un condensatore misurato, è necessario monitorare l'indicatore di protezione e spegnere immediatamente tale condensatore. Quando si eseguono misurazioni, è necessario ricordare che un condensatore caricato a una tensione superiore a 100 V non può essere collegato al dispositivo. Il dispositivo non dispone di una modalità di autocalibrazione. Pertanto, è stata utilizzata una procedura più dispendiosa in termini di tempo, ma, secondo l'autore, più affidabile per l'impostazione dei fattori di correzione utilizzando un programmatore, che può essere eseguita sia in fase di produzione che dopo la sua riparazione o in caso di un grande errore di misurazione . Per questo lavoro, è possibile utilizzare qualsiasi strumento di programmazione del microcontrollore ATMEL disponibile. Innanzitutto, utilizzando, ad esempio, il programma Blocco note nel sistema operativo WINDOWS, apri il file cmetr.eep e assicurati che la terza riga assomigli a :0C002000FFFF00FFFF00FFFF00FFFF00DC Qui, il primo byte indica il numero di byte di dati per riga. I successivi due byte sono l'indirizzo della cella di memoria in cui è memorizzato il primo byte dei dati di riga, il quarto byte è quello di servizio. Quindi seguono dodici byte di dati e l'ultimo byte è il checksum. Ora puoi caricare i file cmetr.hex e cmetr.eep nella memoria del microcontrollore utilizzando il software e l'hardware disponibili. Se tutto viene eseguito correttamente, all'accensione del dispositivo, verrà emesso un breve segnale acustico e il test degli indicatori LED digitali passerà: lo spostamento del numero 8 in tutte le cifre. Quindi gli indicatori si spegneranno e lo strumento attenderà il collegamento del condensatore, emettendo brevi segnali acustici con un periodo di ripetizione di circa 4 s. Dopo aver verificato l'operatività del dispositivo, è necessario determinare i fattori di correzione per i due sottocampi. Ciò richiederà condensatori esemplari (Cobr). preferibilmente con basse perdite. Ad esempio, per il sottointervallo "uF", andrà bene un condensatore da 100 uF. Se ciò non è possibile, è necessario selezionare un condensatore non polare con una capacità di almeno 10 microfarad.
I valori ottenuti dei coefficienti vengono tradotti in forma esadecimale, saranno rispettivamente 12H e 14CH. Non c'è contraddizione nel fatto che minore è l'errore di misura, maggiore è il fattore di correzione, è solo l'algoritmo per calcolare la correzione. Ora devi tornare alla descrizione del processo di programmazione e nel file cmetr.eep nella terza riga, sostituire i valori di dodici byte di dati in modo che la riga assomigli :0C0020001200FF1200FF4C01004C010064 I primi sei byte di dati contengono le informazioni sul coefficiente duplicato per il sottointervallo "uF", seguite da sei byte (anch'essi duplicati) per il sottointervallo "nF". Inoltre, i primi due byte sono il valore numerico del coefficiente e il terzo ne indica il segno. Ad esempio, sul sottointervallo "µF" viene ricevuto un valore negativo del coefficiente, quindi il terzo e il sesto byte di dati contengono il numero FF, che "informa" il microcontrollore della necessità di sottrarre il fattore di correzione. Per il sottointervallo "nF", il coefficiente è positivo, quindi il nono e il dodicesimo byte contengono il numero 00, il che significa che il fattore di correzione deve essere aggiunto. Ora dovresti calcolare il valore del checksum in questa riga. Questo può essere fatto utilizzando programmi specializzati o il calcolatore di ingegneria di WINDOWS in modalità esadecimale. Per fare ciò, devi aggiungere tutti i byte di questa stringa, incluso il numero di byte di dati nel byte di stringa, i due byte dell'indirizzo della cella e tutti i byte di dati, quindi determinare quale numero aggiungere a questa somma in modo che il byte basso del risultato è zero. Questo numero sarà il checksum, nell'esempio sopra si otterrà 64n. Quindi dovresti cancellare le informazioni nella memoria del microcontrollore e ricaricare i file cmetr hex e cmetr.eep. Misurando condensatori esemplari, assicurarsi che i fattori di correzione siano impostati correttamente. Durante la misurazione, è necessario tenere conto del fatto che nel sottointervallo "nF", la capacità del condensatore misurato non deve superare 12 μF, nel sottointervallo "μF" - 12000 μF e la misurazione di condensatori con una capacità inferiore a 1000 pF è approssimativo, poiché influisce sulla capacità del circuito di misura. È possibile scaricare il programma del microcontrollore del misuratore di capacità quindi. Autore: A. Dymov, Orenburg; Pubblicazione: radioradar.net
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