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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Medidor de capacitância de capacitor de microcontrolador. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição O funcionamento do dispositivo é baseado em um método bem conhecido para medir a duração da carga e descarga de um capacitor de uma fonte de tensão através de um resistor de resistência conhecida. A faixa de valores de capacitância medidos é de 1 nF a 12000 uF. Ele é dividido em duas subfaixas, que são convencionalmente denominadas "nF" e "μF". Para medir a capacitância dos capacitores sem soldá-los fora da placa, é necessária uma pequena amplitude da tensão através do capacitor para que as junções p-n dos dispositivos semicondutores não interfiram nesse processo, de modo que a fonte de referência tenha uma tensão de 0,5 V . O esquema do dispositivo é mostrado na fig. 1.
O principal "trabalho" é realizado pelo microcontrolador DD1. A sincronização da operação de seus nós é realizada a partir do gerador embutido com um ressonador de quartzo externo ZQ1. O microcontrolador DD1 possui um comparador analógico, que é usado para controlar a tensão de carga e descarga do capacitor medido. As entradas deste comparador são conectadas às portas PBO, PB1. O capacitor medido é conectado aos soquetes XS1, XS2, e as tensões altas ou baixas da porta RVZ através do divisor resistivo R1-R3R7R10 carregam e descarregam. Contatos de comutação SA1.1 resistor de derivação R2 no limite "uF", aumentando os valores da corrente de carga e descarga. Os contatos de comutação SA1.2 na subfaixa "nF" conectam as linhas PD1 e PD3 através do resistor R19, que é fixado pelo microcontrolador DD1 conforme a configuração desta subfaixa. O divisor resistivo R9R6 em uma tensão de alto nível na linha PB2 gera uma tensão de referência de 6 V no resistor R0,316 para a entrada inversora do comparador embutido (linha PB1), que é o limite para carregar o capacitor medido. Quando a linha PB2 é transferida para um estado de alta impedância, a tensão exemplar é desligada e a entrada do comparador será conectada através do resistor R6 e soquete XS2 ao capacitor medido - esta é a saída "comum" do capacitor, que garante que a tensão zero seja fixada no capacitor quando estiver descarregado. A tensão do capacitor através do resistor R4 é alimentada para outra entrada do comparador (linha PBO). O circuito C3R5, conectado em paralelo com as entradas do comparador, ajuda a reduzir o ruído "digital". O circuito R8VD5 "ajudará" o microcontrolador DD1 a determinar se um capacitor está conectado aos soquetes XS1, XS2 ou se estão fechados. Outra fonte de tensão exemplar, em relação à qual as medições são feitas, é montada no amplificador operacional DA2. O divisor R27R29 gera uma tensão de cerca de 2,5 V, vai para o amplificador operacional DA2, que atua como um amplificador de buffer. O microcontrolador envia os resultados da medição para os indicadores LED de sete elementos HG1-HG3 em modo dinâmico com uma frequência de cerca de 20 ms. Os ânodos indicadores são comutados pelos transistores VT1, VT3, VT4 e os sinais no código correspondente são enviados para seus cátodos das linhas PD0-PD6 através dos resistores R12-R18. Os códigos são armazenados na memória do microcontrolador DD1 e inseridos na mesma na fase de programação. A "ignição" nos indicadores de ponto decimal é realizada através da linha PB4 e dos resistores R11, R21. A mesma linha é usada para gerar sinais de pulso 34, que são alimentados ao piezo-radiador acústico HA1 através do resistor R24. O dispositivo é alimentado por uma bateria composta por duas baterias AA Ni-Cd com uma tensão total de 2,4 V, que é aumentada pelo conversor DA1 para 5 V estabilizados para alimentar o microcontrolador DD1 e a fonte de tensão exemplar na opção DA2. amp. Capacitor C7 - suavização, divisor resistivo R23R25 define o limite inferior de tensão da bateria. Quando cai para 2 ... 2,1 V, uma tensão de baixo nível é formada na saída LBO (pino 2) do conversor DA1, que, através dos resistores R33 e R12, é alimentada na linha PD0 (pino 2) do o microcontrolador DD1. Na próxima sondagem desta linha, o microcontrolador DD1, ao detectar um nível baixo, interrompe o programa principal, desliga o indicador LED, gera um sinal contínuo que chega ao emissor acústico HA1 e entra em modo econômico "sleep" , do qual sai apenas quando a tensão de alimentação é desligada e a conexão posterior. Para proteger o microcontrolador e outros elementos do dispositivo da tensão do capacitor medido carregado, foi utilizada uma unidade de proteção ativa, composta por uma ponte de diodos VD6, um transistor VT2 e um LED HL1. Quando um capacitor carregado é conectado, a tensão na qual excede 4 ... 5 V, uma corrente flui através do LED HL1, que abre o transistor VT1. Nesse caso, a maior parte da tensão do capacitor é aplicada aos resistores R3, R7 - esse capacitor é descarregado. Os diodos VD1, VD3 e o resistor R4 são usados como proteção adicional para a linha RVZ do microcontrolador DD10, e VD1, VD2 e R4 são usados para as linhas RVO. Para programar o microcontrolador, um programador é conectado ao plugue XP1. O dispositivo usa resistores MLT, OMLT com uma tolerância não superior a 5%, capacitores de óxido - K53-16, o resto - K10-17, KM, KD, um ressonador de quartzo - NS-49, chokes L1, L2 - ELC06D de Panasonic. O plugue XP1 é a contrapartida do soquete YUS-10. Esses plugues são vendidos em lojas de peças de rádio na forma de réguas, o número necessário de contatos é separado deles. O interruptor SA1 é qualquer interruptor deslizante de pequeno porte em duas direções e duas posições, de preferência em uma caixa de metal, por exemplo B1561, que permitirá fixá-lo na placa por solda. Emissor piezoelétrico HA1 - piezocerâmico FML-15T-7.9F1-50 com uma frequência de ressonância de cerca de 8 kHz. Como XS1-XS3, são usados contatos com diâmetro interno de 1,5 mm (são soldados às almofadas de contato na placa) do conector RG4T desmontado. Para medir capacitores individuais, são usados clipes de crocodilo, que são soldados aos plugues conectados aos soquetes XS1, XS2 "Cx", e para medir os capacitores soldados, são usados fios de conexão blindados, cujas telas são conectadas ao plugue conectado ao soquete XS3 "Comum". Deve ser lembrado que o cabo de medição introduz um erro adicional ao medir capacitores com uma pequena capacitância. Para o aparelho foi utilizado um estojo plástico da calculadora BZ-26, seu compartimento de alimentação foi reduzido para acomodar duas baterias. Por dentro, a caixa é colada com uma tela feita de papel alumínio fino. Para o contato com esta tela, são utilizadas placas elásticas prateadas, que são soldadas a um fio comum na placa. O interruptor de alimentação padrão da calculadora é usado para ligar o dispositivo e o soquete da fonte de alimentação é usado para conectar o carregador. A fonte de alimentação BP2-1M da calculadora foi convertida em um carregador de bateria. Para isso, dois resistores e um LED são instalados na linha de alimentação positiva (Fig. 2). Pelo brilho deste LED, você pode avaliar o grau de carga da bateria.
Desenhos de uma placa de circuito impresso feita de fibra de vidro de folha dupla face são mostrados na fig. 3-5. Não era possível prescindir do uso de vias, principalmente perto de indicadores digitais. Portanto, durante a instalação, em primeiro lugar, os jumpers de fio devem ser instalados e soldados nas vias e, em seguida, os elementos restantes devem ser montados. Os pinos de alguns elementos também são usados como jumpers de transição, por isso precisam ser soldados em ambos os lados da placa. No lado de instalação da maioria dos elementos (Fig. 4), um pedaço de folha é deixado conectado a um fio comum, o que dificulta a soldagem dos elementos, mas aumenta a confiabilidade do dispositivo. Os orifícios para os terminais dos elementos que não estão conectados a um fio comum são escareados nesta seção (o escareamento não é mostrado na Fig. 4).
A ligação dos elementos R4, C3, VD1, VD2 e pino 12 do microcontrolador DD1 deve ser feita por montagem saliente. Ao instalar o microcontrolador na placa, este pino deve ser dobrado, o resistor R4 deve ser instalado perpendicularmente à placa, soldando seu pino do lado de instalação do soquete XS1, soldar um jumper de fio estanhado no outro pino do resistor, indo para pino 12 do microcontrolador DD1, e só então soldar os cabos do elemento neste jumper C3, VD1 e VD2. Para medição, o capacitor é conectado aos soquetes "Cx". O microcontrolador, tendo detectado o capacitor conectado, iniciará o processo de medição de sua capacitância, enquanto o ponto decimal no indicador HG3 acenderá. Ao final do processo, o resultado é exibido nos indicadores de LED e, em seguida, os símbolos das unidades de medida são exibidos. Com um capacitor conectado, o processo de medição será repetido periodicamente. Para economizar a energia da bateria, que é consumida ao máximo ao indicar os resultados, é necessário desligar o capacitor medido em tempo hábil. Se, ao ligar o aparelho ou durante o funcionamento, soar um bip longo sem ligar a indicação, é necessário carregar a bateria. Os símbolos são usados para exibir unidades de medida: "nF" - nanofarads; "nF" - microfarads; "nnF" - milhares de microfarads. Para visualizar diversas situações que requerem a realização de qualquer ação, os seguintes símbolos são utilizados juntamente com a indicação sonora:
Quando um capacitor carregado com uma tensão superior a 4 ... 5 V é conectado, o sistema de proteção é ligado e o LED HL1 pisca. O microcontrolador detectará um capacitor carregado e o reportará com indicação de luz e som, mas com algum atraso. Portanto, ao conectar um capacitor medido, é necessário monitorar o indicador de proteção e desligar imediatamente esse capacitor. Ao realizar medições, deve-se lembrar que um capacitor carregado com uma tensão superior a 100 V não pode ser conectado ao dispositivo. O dispositivo não possui um modo de autocalibração. Portanto, foi utilizado um procedimento mais demorado, mas, segundo o autor, mais confiável para a definição dos fatores de correção por meio de um programador, que pode ser realizado tanto na etapa de fabricação quanto após seu reparo ou em caso de grande erro de medição . Para este trabalho, você pode usar qualquer ferramenta de programação de microcontroladores ATMEL disponível. Antes de tudo, usando, por exemplo, o programa Notepad no WINDOWS OS, abra o arquivo cmet.eep e verifique se a terceira linha se parece com :0C002000FFFF00FFFF00FFFF00FFFF00DC Aqui, o primeiro byte indica o número de bytes de dados por linha. Os próximos dois bytes são o endereço da célula de memória na qual o primeiro byte dos dados da linha está armazenado, o quarto byte é o de serviço. Em seguida, doze bytes de dados seguem, e o último byte é a soma de verificação. Agora você pode carregar os arquivos cmetr.hex e cmetr.eep na memória do microcontrolador usando o software e hardware disponíveis. Se tudo for feito corretamente, quando o dispositivo for ligado, um bipe curto soará e o teste dos indicadores LED digitais passará - o deslocamento do número 8 em todos os dígitos. Em seguida, os indicadores se apagarão e o medidor aguardará a conexão do capacitor, emitindo bipes curtos com um período de repetição de cerca de 4 s. Depois de verificar a operacionalidade do dispositivo, é necessário determinar os fatores de correção para as duas subfaixas. Isso exigirá capacitores exemplares (Cobr). preferencialmente com baixas perdas. Por exemplo, para a subfaixa "uF", um capacitor de 100 uF serve. Se isso não for possível, um capacitor não polar com capacitância de pelo menos 10 microfarads deve ser selecionado.
Os valores obtidos dos coeficientes são traduzidos em forma hexadecimal, serão 12H e 14CH, respectivamente. Não há contradição no fato de que quanto menor o erro de medição, maior o fator de correção, é apenas o algoritmo para calcular a correção. Agora você precisa voltar para a descrição do processo de programação e no arquivo cmet.eep na terceira linha, substituir os valores de doze bytes de dados para que a linha fique assim :0C0020001200FF1200FF4C01004C010064 Os primeiros seis bytes de dados contêm as informações de coeficiente duplicado para o subintervalo "uF", seguido por seis bytes (também duplicados) para o subintervalo "nF". Além disso, os dois primeiros bytes são o valor numérico do coeficiente e o terceiro indica seu sinal. Por exemplo, um valor de coeficiente negativo foi recebido na subfaixa "µF", de modo que o terceiro e o sexto bytes de dados contêm o número FF, que "informa" o microcontrolador sobre a necessidade de subtrair o fator de correção. Para a subfaixa "nF", o coeficiente é positivo, portanto, o nono e o décimo segundo bytes contêm o número 00, o que significa que o fator de correção deve ser adicionado. Agora você deve calcular o valor da soma de verificação nesta linha. Isso pode ser feito usando programas especializados ou a calculadora de engenharia do WINDOWS no modo Hex. Para fazer isso, adicione todos os bytes dessa string, incluindo o número de bytes de dados no byte da string, os dois bytes do endereço da célula e todos os bytes de dados, então determine qual número adicionar a essa soma para que o valor mais baixo byte do resultado é zero. Este número será o checksum, no exemplo acima, será obtido 64n. Então você deve apagar as informações na memória do microcontrolador e recarregar os arquivos cmetr hex e cmetr.eep. Ao medir capacitores exemplares, certifique-se de que os fatores de correção estejam configurados corretamente. Ao medir, deve-se levar em consideração que na subfaixa "nF", a capacitância do capacitor medido não deve exceder 12 μF, na subfaixa "μF" - 12000 μF, e a medição de capacitores com capacitância inferior a 1000 pF é aproximado, pois a capacitância do circuito de medição afeta. O programa do microcontrolador do medidor de capacitância pode ser baixado por isso. Autor: A. Dymov, Orenburg; Publicação: radioradar.net
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