마이크로컨트롤러 커패시터 커패시턴스 미터. 계획, 설명

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마이크로 컨트롤러 커패시터 커패시턴스 미터. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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장치의 작동은 알려진 저항의 저항을 통해 전압 소스에서 커패시터를 충전 및 방전하는 기간을 측정하는 잘 알려진 방법을 기반으로 합니다. 측정된 커패시턴스 값의 범위는 1nF ~ 12000uF입니다. 일반적으로 "nF"와 "μF"로 명명되는 두 개의 하위 범위로 나뉩니다. 커패시터를 보드에서 납땜하지 않고 커패시터의 커패시턴스를 측정하려면 반도체 디바이스의 p-n 접합이 이 프로세스를 방해하지 않도록 커패시터 양단의 전압의 작은 진폭이 필요하므로 기준 소스의 전압은 0,5V입니다. .

장치의 구성표는 그림 1에 나와 있습니다. 하나.

마이크로컨트롤러 커패시터 커패시턴스 미터
그림. 1

주요 "작업"은 마이크로 컨트롤러 DD1에 의해 수행됩니다. 노드 작동의 동기화는 내장된 생성기에서 외부 석영 공진기 ZQ1과 함께 수행됩니다. DD1 마이크로 컨트롤러에는 측정된 커패시터의 충전 및 방전 전압을 제어하는 데 사용되는 아날로그 비교기가 있습니다. 이 비교기의 입력은 PBO, PB1 포트에 연결됩니다. 측정된 커패시터는 소켓 XS1, XS2에 연결되고 저항 분배기 R1-R3R7R10을 통해 RVZ 포트에서 고전압 또는 저전압을 충전 및 방전합니다. 스위치 접점 SA1.1 션트 저항 R2는 "uF" 한계에서 충전 및 방전 전류 값을 증가시킵니다. 하위 범위 "nF"의 스위치 접점 SA1.2는 이 하위 범위의 설정으로 DD1 마이크로컨트롤러에 의해 고정된 저항 R3를 통해 라인 PD19과 PD1을 연결합니다. 라인 PB9의 고레벨 전압에서 저항 분배기 R6R2은 측정된 커패시터를 충전하기 위한 임계값인 내장 비교기(라인 PB6)의 반전 입력에 대해 저항 R0,316에서 1V의 기준 전압을 생성합니다.

PB2 라인이 하이 임피던스 상태로 전환되면 예시적인 전압이 꺼지고 비교기 입력이 저항 R6 및 소켓 XS2를 통해 측정된 커패시터에 연결됩니다. 이것은 커패시터의 "공통" 출력이며, 커패시터가 방전될 때 제로 전압이 고정되도록 합니다. 저항 R4를 통한 커패시터의 전압은 비교기의 다른 입력(PBO 라인)으로 공급됩니다. 비교기 입력과 병렬로 연결된 C3R5 회로는 "디지털" 노이즈를 줄이는 데 도움이 됩니다. R8VD5 회로는 DD1 마이크로컨트롤러가 캐패시터가 XS1, XS2 소켓에 연결되어 있는지 아니면 닫혀 있는지를 "도와줍니다".

측정이 이루어지는 예시적인 전압의 또 다른 소스는 연산 증폭기 DA2에 조립됩니다. 분배기 R27R29는 약 2,5V의 전압을 생성하고 버퍼 증폭기 역할을 하는 DA2 연산 증폭기로 이동합니다.

마이크로 컨트롤러는 측정 결과를 약 1ms의 주파수로 동적 모드에서 LED 3개 요소 표시기 HG20-HG1에 출력합니다. 표시기 양극은 트랜지스터 VT3, VT4, VT0에 의해 전환되고 해당 코드의 신호는 저항 R6-R12을 통해 PD18-PD1 라인에서 음극으로 전송됩니다. 코드는 마이크로 컨트롤러 DD4의 메모리에 저장되고 프로그래밍 단계에서 입력됩니다. 소수점 표시기의 "점화"는 PB11 라인과 저항 R21, RXNUMX을 통해 수행됩니다.

동일한 라인이 저항 R34를 통해 음향 압전 방사기 HA1에 공급되는 펄스 신호(24)를 생성하는 데 사용됩니다.

이 장치는 총 전압이 2,4V인 1개의 AA Ni-Cd 배터리로 구성된 배터리에 의해 전원이 공급되며, 이 배터리는 DA5 변환기에 의해 안정화된 1V로 증가되어 DD2 마이크로컨트롤러와 DA7 연산의 예시적인 전압 소스에 전원을 공급합니다. 앰프 커패시터 C23 - 평활화, 저항성 분배기 R25R2는 배터리 전압 하한을 설정합니다. 2,1 ... 2V로 떨어지면 저항 R1 및 R33를 통해 DA12 컨버터의 LBO 출력(핀 0)에 저레벨 전압이 형성되고, 이 출력은 DA2 컨버터의 PD1 라인(핀 1)에 공급됩니다. DD1 마이크로컨트롤러. 이 라인의 다음 폴에서 DDXNUMX 마이크로 컨트롤러는 낮은 레벨을 감지하고 메인 프로그램을 중지하고 LED 표시기를 끄고 음향 방출기 HAXNUMX에 도달하는 연속 신호를 생성하고 "절전" 경제 모드로 들어갑니다. , 공급 전압이 꺼지고 후속 연결이 끊어진 경우에만 종료됩니다.

충전된 측정 커패시터의 전압으로부터 마이크로 컨트롤러 및 장치의 기타 요소를 보호하기 위해 다이오드 브리지 VD6, 트랜지스터 VT2 및 LED HL1으로 구성된 능동 보호 장치가 사용되었습니다. 충전 된 커패시터가 연결되면 전압이 4 ... 5V를 초과하면 전류가 HL1 LED를 통해 흐르고 트랜지스터 VT1이 열립니다. 이 경우 대부분의 커패시터 전압은 저항 R3, R7에 적용됩니다. 이 커패시터는 방전됩니다. 다이오드 VD1, VD3 및 저항 R4은 DD10 마이크로컨트롤러의 RVZ 라인에 대한 추가 보호로 사용되며 VD1, VD2 및 R4는 RVO 라인에 사용됩니다. 마이크로컨트롤러를 프로그래밍하기 위해 프로그래머는 XP1 플러그에 연결됩니다.

이 장치는 허용 오차가 5% 이하인 저항 MLT, OMLT, 산화물 커패시터 - K53-16, 나머지 - K10-17, KM, KD, 석영 공진기 - NS-49, 초크 L1, L2 - ELC06D를 사용합니다. 파나소닉. XP1 플러그는 YUS-10 소켓에 해당합니다. 이러한 플러그는 무선 부품 매장에서 눈금자 형태로 판매되며 필요한 수의 접점이 분리되어 있습니다. SA1 스위치는 B1561과 같은 금속 케이스에 납땜으로 보드에 고정할 수 있는 두 방향 및 두 위치의 소형 슬라이드 스위치입니다. 압전 방출기 HA1 - 공진 주파수가 약 15kHz인 압전 세라믹 FML-7.9T-1F50-8. XS1-XS3과 같이 분해된 RG1,5T 커넥터에서 내경 4mm의 접점이 사용됩니다(보드의 접점 패드에 납땜됨). 개별 커패시터를 측정하기 위해 소켓 XS1, XS2 "Cx"에 연결된 플러그에 납땜된 악어 클립이 사용되며 납땜된 커패시터를 측정하기 위해 차폐된 연결 와이어가 사용되며 스크린은 소켓 XS3에 연결된 플러그에 연결됩니다. "흔한". 측정 케이블은 정전용량이 작은 커패시터를 측정할 때 추가 오류를 발생시킨다는 점을 기억해야 합니다.

장치의 경우 BZ-26 계산기의 플라스틱 케이스가 사용되었으며 배터리 2개를 수용할 수 있도록 전원 구획이 축소되었습니다. 내부에는 얇은 알루미늄 호일로 만든 스크린이 케이스 위에 붙여져 있습니다. 이 스크린과의 접촉을 위해 보드의 공통 와이어에 납땜되는 탄성 은도금 플레이트가 사용됩니다. 계산기의 표준 전원 스위치는 장치의 전원을 켜는 데 사용되며 전원 공급 소켓은 충전기를 연결하는 데 사용됩니다. 계산기의 전원 공급 장치 BP1-2M이 배터리 충전기로 변환되었습니다. 이를 위해 두 개의 저항과 LED가 양극 전원 라인에 설치됩니다(그림 XNUMX). 이 LED의 밝기로 배터리의 충전 정도를 판단할 수 있습니다.

마이크로컨트롤러 커패시터 커패시턴스 미터
그림. 2

양면 호일 유리 섬유로 만든 인쇄 회로 기판의 도면이 그림 3에 나와 있습니다. 5-4. 특히 디지털 표시기 근처에서 비아를 사용하지 않고는 불가능했습니다. 따라서 설치하는 동안 먼저 와이어 점퍼를 설치하고 비아에 납땜한 다음 나머지 요소를 장착해야 합니다. 일부 요소의 핀은 트랜지션 점퍼로도 사용되므로 보드의 양면에 납땜해야 합니다. 대부분의 요소(그림 4)의 설치 측면에서 포일 조각이 공통 와이어에 연결된 채로 남아 있어 요소의 납땜이 복잡해 지지만 장치의 신뢰성이 높아집니다. 공통 와이어에 연결되지 않은 요소의 리드용 구멍은 이 섹션에서 카운터싱크됩니다(카운터싱킹은 그림 XNUMX에 표시되지 않음).

마이크로컨트롤러 커패시터 커패시턴스 미터
그림. 3

마이크로컨트롤러 커패시터 커패시턴스 미터
그림. 4

마이크로컨트롤러 커패시터 커패시턴스 미터

마이크로 컨트롤러 DD4의 요소 R3, C1, VD2, VD12 및 핀 1의 연결은 표면 실장을 통해 이루어져야 합니다. 보드에 마이크로컨트롤러를 설치할 때 이 핀은 구부러져야 하며 저항 R4는 보드에 수직으로 설치되어야 하며 소켓 XS1의 설치 측면에서 해당 핀을 납땜하고 주석 도금 와이어 점퍼를 저항의 다른 핀에 납땜해야 합니다. 마이크로 컨트롤러 DD12의 핀 1를 연결한 다음 요소 리드를 이 점퍼 C3, VD1 및 VD2에 납땜합니다.

측정을 위해 커패시터는 소켓 "Cx"에 연결됩니다. 연결된 커패시터를 감지한 마이크로 컨트롤러는 커패시턴스 측정 프로세스를 시작하고 HG3 표시기의 소수점이 켜집니다. 프로세스가 끝나면 결과가 LED 표시기에 표시된 다음 측정 단위 기호가 표시됩니다. 커패시터가 연결된 상태에서 측정 프로세스가 주기적으로 반복됩니다. 결과를 표시할 때 최대로 소모되는 배터리의 에너지를 절약하려면 측정된 커패시터를 적시에 꺼야 합니다. 기기의 전원을 켰을 때나 작동 중에 표시가 켜지지 않은 채 긴 비프음이 울리면 배터리를 충전해야 합니다.

기호는 측정 단위를 표시하는 데 사용됩니다. "nF" - 나노패럿; "nF" - 마이크로 패럿; "nnF" - 수천 마이크로패럿.

어떤 동작을 수행해야 하는 다양한 상황을 표시하기 위해 다음 기호가 소리 표시와 함께 사용됩니다.
"cc" - 측정된 커패시터에 잔류 전하가 있으므로 다시 측정하기 전에 연결을 끊고 완전히 방전해야 합니다.
"ygg" - 측정 회로의 단락, 측정 소켓(와이어)의 우발적인 단락이 없는지 확인하거나 측정된 커패시터의 고장 여부를 확인해야 합니다.
"ppp" - 커패시터의 커패시턴스가 측정 범위를 벗어났습니다. 다른 하위 범위를 선택하거나 측정된 커패시터의 예상 커패시턴스가 장치의 측정 기능과 일치하는지 확인해야 합니다.
"---" - 보정 계수 값의 손실, 다시 로드가 필요합니다.

4 ... 5V 이상의 전압으로 충전된 커패시터가 연결되면 보호 시스템이 켜지고 HL1 LED가 깜박입니다. 마이크로컨트롤러는 충전된 커패시터를 감지하고 이를 빛과 소리 표시로 보고하지만 약간의 지연이 있습니다. 따라서 측정된 커패시터를 연결할 때 보호 표시등을 모니터링하고 이러한 커패시터를 즉시 꺼야 합니다. 측정을 수행할 때 100V 이상의 전압으로 충전된 커패시터는 장치에 연결할 수 없음을 기억해야 합니다.

장치에는 자체 보정 모드가 없습니다. 따라서 시간이 더 많이 걸리지만 저자에 따르면 제조 단계와 수리 후 또는 큰 측정 오류가 발생한 경우 모두 수행할 수 있는 프로그래머를 사용하여 보정 계수를 설정하는 보다 안정적인 절차가 사용되었습니다. . 이 작업을 위해 사용 가능한 ATMEL 마이크로컨트롤러 프로그래밍 도구를 사용할 수 있습니다.

우선, 예를 들어 WINDOWS OS의 메모장 프로그램을 사용하여 cmetr.eep 파일을 열고 세 번째 줄이 다음과 같은지 확인합니다.

:0C002000FFFF00FFFF00FFFF00FFFF00DC

여기서 첫 번째 바이트는 라인당 데이터 바이트 수를 나타냅니다. 다음 8바이트는 행 데이터의 첫 번째 바이트가 저장된 메모리 셀의 주소이고 네 번째 바이트는 서비스 바이트입니다. 그런 다음 4바이트의 데이터가 따르고 마지막 바이트는 체크섬입니다. 이제 사용 가능한 소프트웨어 및 하드웨어를 사용하여 cmetr.hex 및 cmetr.eep 파일을 마이크로컨트롤러 메모리에 로드할 수 있습니다. 모든 것이 올바르게 완료되면 장치가 켜지면 짧은 경고음이 울리고 디지털 LED 표시기 테스트가 통과합니다. 모든 자리에서 숫자 XNUMX이 이동합니다. 그런 다음 표시기가 꺼지고 미터는 커패시터가 연결될 때까지 기다리며 약 XNUMX초의 반복 주기로 짧은 경고음을 울립니다.

장치의 작동성을 확인한 후 두 하위 범위에 대한 보정 계수를 결정해야 합니다. 이를 위해서는 예시적인 커패시터(Cobr)가 필요합니다. 손실이 적은 것이 바람직합니다. 예를 들어 "uF" 하위 범위의 경우 100uF 커패시터가 사용됩니다. 이것이 가능하지 않으면 커패시턴스가 10마이크로패럿 이상인 비극성 커패시터를 선택해야 합니다.
용량이 100마이크로패럿인 기준 커패시터가 연결되어 있을 때 기기 판독값이 106마이크로패럿(Cx)이라고 가정합니다. 보정 계수의 값은 K \u106d Cx / (Col - Cx) \u100d 106 / (17,66 - 18) \u71d -73 공식에 의해 결정됩니다. K = -0,1 값을 수락합니다. "nF" 하위 범위에서는 용량이 약 0,1μF인 보다 저렴한 커패시터 K99,7, K99,7을 참조용으로 사용할 수 있습니다. 장치에서 측정한 기준 커패시턴스(100μF)의 값이 99,7nF라고 가정하면 보정 계수는 K \u332,3d 332 / / (XNUMX - - XNUMX) \uXNUMXd XNUMX이 됩니다. 우리는 K = XNUMX를 받아들입니다.

계수의 얻은 값은 12진수 형식으로 변환되며 각각 14H 및 XNUMXCH가 됩니다. 측정 오차가 작을수록 보정 계수가 클수록 보정을 계산하기 위한 알고리즘일 뿐이라는 사실에는 모순이 없습니다. 이제 프로그래밍 프로세스에 대한 설명으로 돌아가서 세 번째 줄의 cmetr.eep 파일에서 XNUMX바이트 데이터 값을 다음과 같이 바꿔야 합니다.

:0C0020001200FF1200FF4C01004C010064

데이터의 처음 00바이트에는 "uF" 하위 범위에 대한 중복 계수 정보가 포함되고 그 뒤에 "nF" 하위 범위에 대해 XNUMX바이트(중복됨)가 포함됩니다. 또한 처음 두 바이트는 계수의 숫자 값이고 세 번째 바이트는 부호를 나타냅니다. 예를 들어 "μF" 하위 범위에서 음의 계수 값이 수신되었으므로 세 번째 및 여섯 번째 데이터 바이트에는 수정 계수를 빼야 할 필요성에 대해 마이크로컨트롤러에 "알려주는" 숫자 FF가 포함됩니다. "nF" 하위 범위의 경우 계수는 양수이므로 XNUMX번째 및 XNUMX번째 바이트에는 숫자 XNUMX이 포함되며 이는 수정 계수를 추가해야 함을 의미합니다.

이제 이 줄에서 체크섬 값을 계산해야 합니다. 이것은 64진수 모드에서 특수 프로그램 또는 WINDOWS 엔지니어링 계산기를 사용하여 수행할 수 있습니다. 이렇게 하려면 문자열 바이트의 데이터 바이트 수, 셀 주소의 XNUMX바이트 및 모든 데이터 바이트를 포함하여 이 문자열의 모든 바이트를 더한 다음 이 합계에 추가할 수를 결정하여 낮은 결과의 바이트는 XNUMX입니다. 이 숫자는 체크섬이 되며 위의 예에서 XNUMXn이 얻어집니다. 그런 다음 마이크로컨트롤러의 메모리에 있는 정보를 지우고 cmetr hex 및 cmetr.eep 파일을 다시 로드해야 합니다. 예시적인 커패시터를 측정하여 보정 계수가 올바르게 설정되었는지 확인하십시오.

측정할 때 "nF" 하위 범위에서 측정된 커패시터의 커패시턴스가 12μF를 초과해서는 안 되며 "μF" 하위 범위에서 12000μF 미만의 커패시턴스를 갖는 커패시터 측정을 고려해야 합니다. 측정 회로의 커패시턴스가 영향을 미치므로 1000pF가 대략적입니다.

커패시턴스 미터 마이크로컨트롤러 프로그램 다운로드 가능 따라서.

저자: A. Dymov, Orenburg; 발행: radioradar.net

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