Arduino CAP-ESR-FREQ-Messgerät - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

CAP-ESR-FREQ-Messgerät mit einem Arduino Duemilanove.

In dieser Anleitung finden Sie alle notwendigen Informationen zu einem Messgerät auf Basis eines Arduino Duemilanove. Mit diesem Gerät können Sie drei Dinge messen: Kondensatorwerte in Nanofarad und Mikrofarad, den äquivalenten Serienwiderstand (ESR-Wert) eines Kondensators und nicht zuletzt Frequenzen zwischen 1 Herz und 3 MegaHerz. Alle drei Designs basieren auf Beschreibungen, die ich im Arduino-Forum und im Hackerstore gefunden habe. Nachdem ich einige Updates hinzugefügt hatte, kombinierte ich sie zu einem Instrument, das mit nur einem Arduino-Ino-Programm gesteuert wurde. Die verschiedenen Zähler werden über einen Dreistellungs-Wahlschalter S2 ausgewählt, der mit den Pins A1, A2 und A3 verbunden ist. Das Nullsetzen des ESR und das Zurücksetzen der Zählerauswahl erfolgen über einen einzigen Druckknopf S3 auf A4. Schalter S1 ist der Ein/Aus-Schalter, der für 9 V DC Batteriestrom benötigt wird, wenn das Messgerät nicht über USB mit einem PC verbunden ist. Diese Pins werden für den Eingang verwendet: A0: ESR-Werteingang. A5: Kondensatoreingang. D5: Frequenz Eingang.

Das Messgerät verwendet ein Flüssigkristalldisplay (LCD) basierend auf dem Hitachi HD44780 (oder einem kompatiblen) Chipsatz, der auf den meisten textbasierten LCDs zu finden ist. Die Bibliothek arbeitet im 4-Bit-Modus (d. h. mit 4 Datenleitungen zusätzlich zu den Steuerleitungen rs, enable und rw). Ich habe dieses Projekt mit einem LCD mit nur 2 Datenleitungen (SDA- und SCL-I2C-Verbindungen) begonnen, aber leider stand dies in Konflikt mit der anderen Software, die ich für die Zähler verwendet habe. Zuerst erkläre ich ihm drei verschiedene Meter und zum Schluss die Montageanleitung. Bei jedem Zählertyp können Sie auch die separate Arduino-Ino-Datei herunterladen, wenn Sie nur diesen bestimmten Zählertyp installieren möchten.

Schritt 1: Das Kondensatormeter

Das digitale Kondensatormeter basiert auf einem Design von Hackerstore. Den Wert eines Kondensators messen:

Die Kapazität ist ein Maß für die Fähigkeit eines Kondensators, elektrische Ladung zu speichern. Das Arduino-Meter basiert auf der gleichen Grundeigenschaft von Kondensatoren: der Zeitkonstante. Diese Zeitkonstante ist definiert als die Zeit, die die Spannung am Kondensator benötigt, um bei voller Ladung 63,2 % seiner Spannung zu erreichen. Ein Arduino kann die Kapazität messen, da die Ladezeit eines Kondensators durch die Gleichung TC = R x C direkt mit seiner Kapazität zusammenhängt. TC ist die Zeitkonstante des Kondensators (in Sekunden). R ist der Widerstand des Stromkreises (in Ohm). C ist die Kapazität des Kondensators (in Farad). Die Formel, um den Kapazitätswert in Farad zu erhalten, lautet C = TC/R.

Bei diesem Messgerät kann der R-Wert zur Kalibrierung zwischen 15kOhm und 25kOhm über Potmeter P1 eingestellt werden. Der Kondensator wird über Pin D12 geladen und für eine nächste Messung über Pin D7 entladen. Der geladene Spannungswert wird über Pin A5 gemessen. Der volle Analogwert an diesem Pin ist 1023, 63,2% werden also durch einen Wert von 647 dargestellt. Wenn dieser Wert erreicht ist, berechnet das Programm den Kondensatorwert basierend auf der oben genannten Formel.

Schritt 2: Das ESR-Meter

Siehe zur Definition von ESR

Siehe für das ursprüngliche Arduino-Forum-Thema https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0Dank an szmeu für den Start dieses Themas und an mikanb für sein esr50_AutoRange-Design. Ich habe dieses Design verwendet, einschließlich der meisten Kommentare und Verbesserungen für mein ESR-Meter-Design.

UPDATE Mai 2021:Mein ESR-Meter verhält sich manchmal seltsam. Ich habe viel Zeit damit verbracht, den Grund (die Gründe) zu finden, aber ich habe ihn nicht gefunden. Das Überprüfen der ursprünglichen Arduino-Forenseiten wie oben erwähnt könnte die Lösung sein….

Der äquivalente Serienwiderstand (ESR) ist der Innenwiderstand, der in Reihe mit der Kapazität des Geräts auftritt. Es kann verwendet werden, um defekte Kondensatoren während Reparatursitzungen zu finden. Kein Kondensator ist perfekt und der ESR ergibt sich aus dem Widerstand der Leitungen, der Aluminiumfolie und des Elektrolyten. Es ist oft ein wichtiger Parameter beim Netzteildesign, bei dem der ESR eines Ausgangskondensators die Stabilität des Reglers beeinflussen kann (dh ihn zum Schwingen oder Überreagieren auf Transienten in der Last veranlassen kann). Dies ist eine der nicht idealen Eigenschaften eines Kondensators, die eine Vielzahl von Leistungsproblemen in elektronischen Schaltungen verursachen kann. Ein hoher ESR-Wert verschlechtert die Leistung aufgrund von Leistungsverlusten, Rauschen und einem höheren Spannungsabfall.

Während des Tests wird für sehr kurze Zeit ein bekannter Strom durch den Kondensator geleitet, damit sich der Kondensator nicht vollständig auflädt. Der Strom erzeugt eine Spannung am Kondensator. Diese Spannung ist das Produkt aus Strom und ESR des Kondensators plus einer vernachlässigbaren Spannung aufgrund der geringen Ladung im Kondensator. Da der Strom bekannt ist, wird der ESR-Wert berechnet, indem die gemessene Spannung durch den Strom geteilt wird. Die Ergebnisse werden dann auf dem Messgerät-Display angezeigt. Die Prüfströme werden über die Transistoren Q1 und Q2 erzeugt, ihre Werte betragen 5mA (High Range Setting) und 50mA (Low Range Setting) über R4 und R6. Die Entladung erfolgt über den Transistor Q3. Die Kondensatorspannung wird über den Analogeingang A0 gemessen.

Schritt 3: Der Frequenzmesser

Die Originaldaten finden Sie im Arduino-Forum: https://forum.arduino.cc/index.php?topic=324796.0#main_content_section. Danke an arduinoaleman für sein großartiges Frequenzmesser-Design.

Der Frequenzzähler funktioniert wie folgt: Der 16bit Timer/Counter1 addiert alle Takte, die von Pin D5 kommen. Timer/Counter2 generiert jede Millisekunde (1000 Mal pro Sekunde) einen Interrupt. Bei einem Überlauf in Timer/Counter1 wird overflow_counter um eins erhöht. Nach 1000 Interrupts (= genau einer Sekunde) wird die Anzahl der Überläufe mit 65536 multipliziert (der Zähler läuft dann über). Im Zyklus 1000 wird der aktuelle Wert des Zählers addiert, was Ihnen die Gesamtzahl der Takt-Ticks gibt, die in der letzten Sekunde eingegangen sind. Und das entspricht der Frequenz, die Sie messen wollten (Frequenz = Takte pro Sekunde). Die Prozedur Measurement(1000) richtet die Zähler ein und initialisiert sie. Danach wartet eine WHILE-Schleife, bis die Interrupt-Servive-Routine Measurement_ready auf TRUE setzt. Dies ist genau nach 1 Sekunde (1000ms oder 1000 Interrupts). Für Bastler funktioniert dieser Frequenzzähler sehr gut (abgesehen von niedrigeren Frequenzen können Sie eine 4- oder 5-stellige Genauigkeit erhalten). Besonders bei höheren Frequenzen wird der Zähler sehr genau. Ich habe mich entschieden, nur 4 Ziffern anzuzeigen. Sie können dies jedoch im LCD-Ausgabebereich anpassen. Sie müssen den D5-Pin des Arduino als Frequenzeingang verwenden. Dies ist Voraussetzung für die Nutzung des 16bit Timer/Counter1 des ATmega Chips. (Bitte überprüfen Sie den Arduino-Pin für andere Boards). Um analoge Signale oder Niederspannungssignale zu messen, wird ein Vorverstärker mit einem Vorverstärkertransistor BC547 und ein Blockpulsformer (Schmitt-Trigger) mit einem 74HC14N IC hinzugefügt.

Schritt 4: Die Komponentenmontage

Die ESR- und CAP-Schaltungen sind auf einem Stück Perfboard mit Löchern mit einem Abstand von 0,1 Zoll montiert. Die FREQ-Schaltung ist auf einem separaten Perfboard montiert (diese Schaltung wurde später hinzugefügt). Für die Kabelverbindungen werden Stiftleisten verwendet. Der LCD-Bildschirm ist zusammen mit dem EIN/AUS-Schalter in der oberen Abdeckung der Box montiert. (Und ein Ersatzschalter für zukünftige Updates). Das Layout wurde auf Papier erstellt (viel einfacher als mit Fritzing oder anderen Designprogrammen). Dieses Papierlayout wurde später auch verwendet, um die reale Schaltung zu überprüfen.

Schritt 5: Die Box-Montage

Zur Montage aller Komponenten und der beiden Platinen wurde eine schwarze Kunststoffbox (Maße BxTxH 120x120x60 mm) verwendet. Der Arduino, die Perfboard-Schaltungen und der Batteriehalter sind zur einfachen Montage und Lötung auf einer 6mm Holz-Montageplatte montiert. Auf diese Weise kann alles zusammengebaut werden und wenn es fertig ist, kann es in die Box gelegt werden. Unter den Platinen wurden die Arduino-Nylon-Abstandshalter verwendet, um ein Verbiegen der Platinen zu verhindern.

Schritt 6: Die endgültige Verkabelung

Abschließend werden alle internen Kabelverbindungen verlötet. Als dies abgeschlossen war, habe ich die ESR-Schalttransistoren über die Testanschlüsse T1, T2 und T3 im Schaltplan getestet. Ich habe ein kleines Testprogramm geschrieben, um die angeschlossenen Ausgänge D8, D9 und D10 jede Sekunde von HIGH auf LOW zu ändern und dies an den Anschlüssen T1, T2 und T3 mit einem Oszilloskop überprüft mit Krokodil-Clip-Verbindungen hergestellt.

Zur Frequenzmessung können längere Prüfdrähte verwendet werden.

Viel Spaß beim Testen!