Medidor Arduino CAP-ESR-FREQ: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Medidor CAP-ESR-FREQ com um Arduino Duemilanove.

Neste instrutível, você pode encontrar todas as informações necessárias sobre um instrumento de medição baseado em um Arduino Duemilanove. Com este instrumento você pode medir três coisas: valores de capacitor em nanofarads e microfarads, a resistência em série equivalente (valor ESR) de um capacitor e, por último, mas não menos importante, frequências entre 1 Hertz e 3 MegaHerz. Todos os três designs são baseados em descrições que encontrei no fórum do Arduino e no Hackerstore. Depois de adicionar algumas atualizações, eu as combinei em um instrumento, controlado com apenas um programa Arduino ino. Os diferentes medidores são selecionados por meio de uma chave seletora de três posições S2, conectada aos pinos A1, A2 e A3. A zeragem do ESR e a redefinição da seleção do medidor são feitas por meio de um único botão S3 em A4. A chave S1 é a chave liga / desliga, necessária para a alimentação da bateria de 9 V DC quando o medidor não está conectado a um PC via USB. Esses pinos são usados para a entrada: A0: entrada do valor esr. A5: entrada do capacitor. D5: frequência entrada.

O medidor usa um Display de Cristal Líquido (LCD) baseado no chipset Hitachi HD44780 (ou compatível), que é encontrado na maioria dos LCDs baseados em texto. A biblioteca funciona no modo de 4 bits (ou seja, usando 4 linhas de dados além das linhas de controle rs, enable e rw). Comecei este projeto com um lcd com apenas 2 linhas de dados (conexões SDA e SCL I2C) mas infelizmente entrou em conflito com o outro software que usei para os medidores. Primeiro vou explicar os três medidores diferentes e, finalmente, as instruções de montagem. Com cada tipo de medidor, você também pode baixar o arquivo ino do Arduino separado, se desejar instalar apenas aquele tipo específico de medidor.

Etapa 1: o medidor de capacitor

O medidor de capacitor digital é baseado em um design da Hackerstore. Medindo o valor de um capacitor:

Capacitância é uma medida da capacidade de um capacitor de armazenar carga elétrica. O medidor Arduino se baseia na mesma propriedade básica dos capacitores: a constante de tempo. Essa constante de tempo é definida como o tempo que leva para a tensão no capacitor atingir 63,2% de sua tensão quando totalmente carregado. Um Arduino pode medir a capacitância porque o tempo que um capacitor leva para carregar está diretamente relacionado à sua capacitância pela equação TC = R x C. TC é a constante de tempo do capacitor (em segundos). R é a resistência do circuito (em Ohms). C é a capacitância do capacitor (em Farads). A fórmula para obter o valor da capacitância em Farads é C = TC / R.

Neste medidor, o valor R pode ser definido para calibração entre 15kOhm e 25 kOhm via potmeter P1. O capacitor é carregado através do pino D12 e descarregado para uma próxima medição através do pino D7. O valor da tensão carregada é medido através do pino A5. O valor analógico completo neste pino é 1023, então 63,2% é representado por um valor de 647. Quando esse valor é atingido, o programa calcula o valor do capacitor com base na fórmula mencionada acima.

Etapa 2: Medidor ESR

Consulte para definição de ESR

Veja para o tópico do fórum Arduino original https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0Obrigado a szmeu pelo início deste tópico e mikanb por seu design esr50_AutoRange. Usei este design, incluindo a maioria dos comentários e melhorias para o design do meu medidor ESR.

ATUALIZAÇÃO de maio de 2021: Meu medidor de ESR se comporta de maneira estranha às vezes. Passei muito tempo procurando o (s) motivo (s), mas não o encontrei. Verificar as páginas originais do fórum do Arduino, conforme mencionado acima, pode ser a solução….

A resistência de série equivalente (ESR) é a resistência interna que aparece em série com a capacitância do dispositivo. Ele pode ser usado para localizar capacitores com defeito durante as sessões de reparo. Nenhum capacitor é perfeito e o ESR vem da resistência dos cabos, da folha de alumínio e do eletrólito. Freqüentemente, é um parâmetro importante no projeto de fonte de alimentação, onde o ESR de um capacitor de saída pode afetar a estabilidade do regulador (ou seja, fazendo com que ele oscile ou reaja excessivamente a transientes na carga). É uma das características não ideais de um capacitor, que pode causar uma variedade de problemas de desempenho em circuitos eletrônicos. Um valor ESR alto degrada o desempenho devido a perdas de energia, ruído e uma queda de tensão maior.

Durante o teste, uma corrente conhecida é passada através do capacitor por um tempo muito curto, de modo que o capacitor não carrega completamente. A corrente produz uma tensão no capacitor. Esta tensão será o produto da corrente e do ESR do capacitor mais uma tensão desprezível devido à pequena carga no capacitor. Como a corrente é conhecida, o valor ESR é calculado dividindo a tensão medida pela corrente. Os resultados são então exibidos no visor do medidor. As correntes de teste são geradas por meio dos transistores Q1 e Q2, seus valores são 5mA (configuração de faixa alta) e 50mA (configuração de faixa baixa) via R4 e R6. A descarga é feita através do transistor Q3. A tensão do capacitor é medida via entrada analógica A0.

Etapa 3: Medidor de frequência

Veja para os dados originais o fórum do Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0 # main_content_section. Obrigado arduinoaleman por seu excelente design de medidor de frequência.

O contador de frequência funciona da seguinte maneira: O temporizador / contador 1 de 16 bits somará todos os relógios vindos do pino D5. Timer / Counter2 irá gerar uma interrupção a cada milissegundo (1000 vezes por segundo). Se houver um estouro no Timer / Contador1, o overflow_counter será aumentado em um. Após 1000 interrupções (= exatamente um segundo), o número de transbordamentos será multiplicado por 65536 (é quando o contador transborda). No ciclo 1000, o valor atual do contador será adicionado, dando a você o número total de tiques do relógio que chegaram durante o último segundo. E isso é equivalente à frequência que você deseja medir (frequência = relógios por segundo). O procedimento de medição (1000) irá configurar os contadores e inicializá-los. Depois disso, um loop WHILE irá esperar até que a rotina servive de interrupção defina a medição_ready para TRUE. Isso ocorre exatamente após 1 segundo (1000 ms ou 1000 interrupções). Para aficionados, este contador de frequência funciona muito bem (além das frequências mais baixas, você pode obter uma precisão de 4 ou 5 dígitos). Especialmente com frequências mais altas, o contador fica muito preciso. Decidi exibir apenas 4 dígitos. No entanto, você pode ajustar isso na seção de saída do LCD. Você deve usar o pino D5 do Arduino como a entrada de frequência. Este é um pré-requisito para usar o Timer / Counter1 de 16 bits do chip ATmega. (verifique o pino do Arduino para outras placas). Para medir sinais analógicos ou sinais de baixa voltagem, um pré-amplificador é adicionado com um transistor pré-amplificador BC547 e um modelador de pulso de bloco (gatilho Schmitt) com um IC 74HC14N.

Etapa 4: a montagem dos componentes

Os circuitos ESR e CAP são montados em um pedaço de perfboard com furos de 0,1 polegada de distância. O circuito FREQ é montado em um perfboard separado (este circuito foi adicionado mais tarde). Para as conexões com fio, são usados cabeçalhos machos. A tela LCD é montada na tampa superior da caixa, junto com o botão liga / desliga. (E um switch sobressalente para atualizações futuras). O layout foi feito no papel (muito mais fácil do que usar o Fritzing ou outros programas de design). Posteriormente, esse layout de papel também foi usado para verificar o circuito real.

Etapa 5: a montagem da caixa

Uma caixa de plástico preta (dimensões LxPxA 120x120x60 mm) foi usada para montar todos os componentes e ambas as placas de circuito. O Arduino, os circuitos da perfboard e o suporte da bateria são montados em uma placa de madeira de 6 mm para facilitar a montagem e a soldagem. Desta forma tudo pode ser montado e quando terminado pode ser colocado dentro da caixa. Sob as placas de circuito e os espaçadores de nylon Arduino foram usados para evitar que as placas dobrassem.

Etapa 6: a fiação final

Finalmente, todas as conexões com fio internas são soldadas. Quando isso foi concluído, testei os transistores de comutação esr, por meio das conexões de teste T1, T2 e T3 no diagrama de fiação. Eu escrevi um pequeno programa de teste para mudar as saídas conectadas D8, D9 e D10 de HIGH para LOW a cada segundo e verifiquei isso nas conexões T1, T2 e T3 com um osciloscópio. Para conectar os capacitores em teste, um par de fios de teste curtos foram feito com conexões de clipe de crocodilo.

Para medição de frequência, podem ser usados fios de teste mais longos.

Bom teste!