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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Mikrocontroller-Kondensator-Kapazitätsmesser. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Der Betrieb der Vorrichtung basiert auf einem wohlbekannten Verfahren zum Messen der Dauer des Ladens und Entladens eines Kondensators von einer Spannungsquelle durch einen Widerstand mit bekanntem Widerstandswert. Der Bereich der gemessenen Kapazitätswerte reicht von 1 nF bis 12000 uF. Er ist in zwei Teilbereiche unterteilt, die üblicherweise mit „nF“ und „μF“ bezeichnet werden. Um die Kapazität von Kondensatoren zu messen, ohne sie aus der Platine herauszulöten, ist eine kleine Amplitude der Spannung über dem Kondensator erforderlich, damit die p-n-Übergänge von Halbleiterbauelementen diesen Prozess nicht stören, sodass die Referenzquelle eine Spannung von 0,5 V hat . Das Schema des Geräts ist in Abb. vier.
Die Hauptarbeit wird vom Mikrocontroller DD1 ausgeführt. Die Synchronisierung des Betriebs seiner Knoten erfolgt vom eingebauten Generator mit einem externen Quarzresonator ZQ1. Der DD1-Mikrocontroller verfügt über einen analogen Komparator, mit dem die Lade- und Entladespannung des gemessenen Kondensators gesteuert wird. Die Eingänge dieses Komparators sind mit den Ports PBO, PB1 verbunden. Der gemessene Kondensator wird an die Buchsen XS1, XS2 angeschlossen und mit hohen oder niedrigen Spannungen vom RVZ-Anschluss über den Widerstandsteiler R1-R3R7R10 geladen und entladen. Schalten Sie die Kontakte SA1.1 Shunt-Widerstand R2 an der "uF" -Grenze, wodurch die Werte sowohl des Lade- als auch des Entladestroms erhöht werden. Die Schaltkontakte SA1.2 auf dem Teilbereich "nF" verbinden die Leitungen PD1 und PD3 über den Widerstand R19, der vom DD1-Mikrocontroller als Einstellung dieses Teilbereichs festgelegt wird. Der Widerstandsteiler R9R6 bei einer Hochpegelspannung auf Leitung PB2 erzeugt eine Referenzspannung von 6 V am Widerstand R0,316 für den invertierenden Eingang des eingebauten Komparators (Leitung PB1), was der Schwellenwert zum Laden des gemessenen Kondensators ist. Wenn die PB2-Leitung in einen hochohmigen Zustand überführt wird, wird die beispielhafte Spannung abgeschaltet und der Komparatoreingang wird über den Widerstand R6 und die Buchse XS2 mit dem gemessenen Kondensator verbunden - dies ist der "gemeinsame" Ausgang des Kondensators, der stellt sicher, dass die Nullspannung am Kondensator festgelegt ist, wenn er entladen wird. Die Spannung vom Kondensator über den Widerstand R4 wird einem anderen Eingang des Komparators (Leitung PBO) zugeführt. Die parallel zu den Komparatoreingängen geschaltete C3R5-Schaltung trägt dazu bei, "digitales" Rauschen zu reduzieren. Die R8VD5-Schaltung "hilft" dem DD1-Mikrocontroller festzustellen, ob ein Kondensator an die XS1-, XS2-Buchsen angeschlossen oder geschlossen ist. Eine weitere Quelle beispielhafter Spannung, relativ zu der Messungen vorgenommen werden, ist auf dem Operationsverstärker DA2 montiert. Der Teiler R27R29 erzeugt eine Spannung von etwa 2,5 V, sie geht an den DA2-Operationsverstärker, der als Pufferverstärker fungiert. Der Mikrocontroller gibt die Messergebnisse im dynamischen Modus mit einer Frequenz von etwa 1 ms an die LED-Siebenelement-Anzeigen HG3-HG20 aus. Die Indikatoranoden werden durch die Transistoren VT1, VT3, VT4 geschaltet, und Signale im entsprechenden Code werden von den Leitungen PD0-PD6 über die Widerstände R12-R18 zu ihren Kathoden gesendet. Die Codes werden im Speicher des Mikrocontrollers DD1 gespeichert und bei der Programmierung eingegeben. Die "Zündung" der Dezimalpunktanzeigen erfolgt über die Leitung PB4 und die Widerstände R11, R21. Dieselbe Leitung dient zur Erzeugung von Impulssignalen 34, die über den Widerstand R1 dem akustischen Piezostrahler HA24 zugeführt werden. Das Gerät wird von einer Batterie gespeist, die aus zwei AA-Ni-Cd-Batterien mit einer Gesamtspannung von 2,4 V besteht, die vom DA1-Konverter auf stabilisierte 5 V erhöht wird, um den DD1-Mikrocontroller und eine Referenzspannungsquelle am DA2-Operator zu versorgen. Ampere. Kondensator C7 - Glättender Widerstandsteiler R23R25 legt die untere Batteriespannungsgrenze fest. Wenn es auf 2 ... 2,1 V abfällt, wird am LBO-Ausgang (Pin 2) des DA1-Wandlers eine Spannung mit niedrigem Pegel gebildet, die über die Widerstände R33 und R12 der PD0-Leitung (Pin 2) von zugeführt wird der DD1-Mikrocontroller. Bei der nächsten Abfrage dieser Leitung stoppt der DD1-Mikrocontroller, nachdem er einen niedrigen Pegel erkannt hat, das Hauptprogramm, schaltet die LED-Anzeige aus, erzeugt ein kontinuierliches Signal, das am akustischen Sender HA1 ankommt, und geht in einen sparsamen "Schlaf" -Modus , aus dem er erst nach Abschalten der Versorgungsspannung und anschließendem Zuschalten austritt. Um den Mikrocontroller und andere Elemente des Geräts vor der Spannung des geladenen Messkondensators zu schützen, wurde eine aktive Schutzeinheit verwendet, die aus einer Diodenbrücke VD6, einem Transistor VT2 und einer LED HL1 besteht. Wenn ein geladener Kondensator angeschlossen ist, dessen Spannung 4 ... 5 V überschreitet, fließt ein Strom durch die HL1-LED, der den Transistor VT1 öffnet. In diesem Fall wird der größte Teil der Kondensatorspannung an die Widerstände R3, R7 angelegt - dieser Kondensator wird entladen. Die Dioden VD1, VD3 und der Widerstand R4 werden als zusätzlicher Schutz für die RVZ-Leitung des DD10-Mikrocontrollers verwendet, und VD1, VD2 und R4 werden für die RVO-Leitungen verwendet. Zum Programmieren des Mikrocontrollers wird ein Programmer an den XP1-Stecker angeschlossen. Das Gerät verwendet Widerstände MLT, OMLT mit einer Toleranz von nicht mehr als 5%, Oxidkondensatoren - K53-16, der Rest - K10-17, KM, KD, einen Quarzresonator - NS-49, Drosseln L1, L2 - ELC06D von Panasonic. Der XP1-Stecker ist das Gegenstück zur YUS-10-Buchse. Solche Stecker werden in Radioteilegeschäften in Form von Linealen verkauft, die erforderliche Anzahl von Kontakten wird von ihnen getrennt. Der SA1-Schalter ist ein beliebiger kleiner Schiebeschalter in zwei Richtungen und zwei Positionen, vorzugsweise in einem Metallgehäuse, z. B. B1561, mit dem Sie ihn durch Löten auf der Platine befestigen können. Piezo-Emitter HA1 - Piezokeramik FML-15T-7.9F1-50 mit einer Resonanzfrequenz von etwa 8 kHz. Als XS1-XS3 werden Kontakte mit einem Innendurchmesser von 1,5 mm verwendet (sie werden mit den Kontaktpads auf der Platine verlötet) aus dem zerlegten RG4T-Stecker. Zur Messung einzelner Kondensatoren werden Krokodilklemmen verwendet, die an Steckern an den Buchsen XS1, XS2 "Cx" angelötet werden, und zur Messung an angelöteten Kondensatoren werden abgeschirmte Anschlussdrähte verwendet, deren Schirme mit dem an der Buchse XS3 angeschlossenen Stecker verbunden werden "Verbreitet". Es ist zu beachten, dass das Messkabel bei der Messung von Kondensatoren mit kleiner Kapazität einen zusätzlichen Fehler einführt. Für das Gerät wurde ein Kunststoffgehäuse des BZ-26-Rechners verwendet, dessen Leistungsfach für zwei Batterien verkleinert wurde. Innen ist das Gehäuse mit einem Sieb aus dünner Alufolie überklebt. Zur Kontaktierung dieses Schirms werden elastische versilberte Plättchen verwendet, die mit einem gemeinsamen Draht auf der Platine verlötet werden. Der Standard-Netzschalter des Taschenrechners wird verwendet, um die Stromversorgung des Geräts einzuschalten, und die Stromversorgungsbuchse wird verwendet, um das Ladegerät anzuschließen. Das Netzteil BP2-1M des Rechenwerks wurde in ein Batterieladegerät umgewandelt. Dazu werden zwei Widerstände und eine LED in die positive Stromleitung eingebaut (Bild 2). An der Helligkeit dieser LED können Sie den Ladezustand des Akkus ablesen.
Zeichnungen einer Leiterplatte aus doppelseitiger Glasfaserfolie sind in Abb. 3 dargestellt. 5-4. Auf den Einsatz von Vias konnte insbesondere in der Nähe von Digitalanzeigen nicht verzichtet werden. Daher sollten bei der Installation zuerst Drahtbrücken installiert und in die Vias gelötet werden, und dann sollten die restlichen Elemente montiert werden. Die Pins einiger Elemente werden auch als Übergangsbrücken verwendet, daher müssen sie auf beiden Seiten der Platine gelötet werden. Auf der Installationsseite der meisten Elemente (Abb. 4) bleibt ein Stück Folie mit einem gemeinsamen Draht verbunden, was das Löten der Elemente erschwert, aber die Zuverlässigkeit des Geräts erhöht. Die Löcher für die Anschlussdrähte von Elementen, die nicht mit einem gemeinsamen Draht verbunden sind, werden in diesem Abschnitt angesenkt (das Ansenken ist in Fig. XNUMX nicht gezeigt).
Der Anschluss der Elemente R4, C3, VD1, VD2 und Pin 12 des Mikrocontrollers DD1 muss durch Oberflächenmontage erfolgen. Bei der Installation des Mikrocontrollers auf der Platine sollte dieser Pin gebogen werden, der Widerstand R4 sollte senkrecht zur Platine installiert werden, seinen Pin von der Installationsseite des Sockels XS1 aus anlöten, eine verzinnte Drahtbrücke an den anderen Pin des Widerstands anlöten, los geht’s Pin 12 des Mikrocontrollers DD1 und erst dann die Elementleitungen an diesen Jumper C3, VD1 und VD2 anlöten. Zur Messung wird der Kondensator an die Buchsen „Cx“ angeschlossen. Nachdem der Mikrocontroller den angeschlossenen Kondensator erkannt hat, beginnt er mit der Messung seiner Kapazität, während der Dezimalpunkt auf der HG3-Anzeige aufleuchtet. Am Ende des Vorgangs wird das Ergebnis auf den LED-Anzeigen angezeigt, dann werden die Symbole der Maßeinheiten angezeigt. Bei angeschlossenem Kondensator wird der Messvorgang periodisch wiederholt. Um die Energie der Batterie zu sparen, die bei der Anzeige der Ergebnisse maximal verbraucht wird, muss der gemessene Kondensator rechtzeitig ausgeschaltet werden. Wenn beim Einschalten des Geräts oder während des Betriebs ein langer Piepton ertönt, ohne dass die Anzeige eingeschaltet wird, müssen Sie den Akku aufladen. Zur Anzeige von Maßeinheiten werden Symbole verwendet: "nF" - Nanofarad; "nF" - Mikrofarad; "nnF" - Tausende von Mikrofarad. Um verschiedene Situationen anzuzeigen, die die Durchführung von Aktionen erfordern, werden die folgenden Symbole zusammen mit Tonsignalen verwendet:
Wenn ein geladener Kondensator mit einer Spannung von mehr als 4 ... 5 V angeschlossen wird, schaltet sich das Schutzsystem ein und die HL1-LED blinkt. Der Mikrocontroller erkennt einen geladenen Kondensator und meldet dies mit Licht- und Tonanzeige, jedoch mit einer gewissen Verzögerung. Daher ist es beim Anschließen eines gemessenen Kondensators erforderlich, die Schutzanzeige zu überwachen und einen solchen Kondensator sofort auszuschalten. Bei der Durchführung von Messungen ist zu beachten, dass ein Kondensator, der auf eine Spannung von mehr als 100 V aufgeladen ist, nicht an das Gerät angeschlossen werden kann. Das Gerät verfügt über keinen Selbstkalibrierungsmodus. Daher wurde ein zeitaufwändigeres, aber laut Autor zuverlässigeres Verfahren zum Einstellen von Korrekturfaktoren mit einem Programmiergerät verwendet, das sowohl in der Herstellungsphase als auch nach seiner Reparatur oder im Falle eines großen Messfehlers durchgeführt werden kann . Für diese Arbeit können Sie jedes verfügbare ATMEL-Mikrocontroller-Programmiertool verwenden. Öffnen Sie zunächst beispielsweise mit dem Programm Notepad in WINDOWS OS die Datei cmetr.eep und stellen Sie sicher, dass die dritte Zeile wie folgt aussieht :0C002000FFFF00FFFF00FFFF00FFFF00DC Dabei gibt das erste Byte die Anzahl der Datenbytes pro Zeile an. Die nächsten zwei Bytes sind die Adresse der Speicherzelle, in der das erste Byte der Zeilendaten gespeichert ist, das vierte Byte ist das Dienstbyte. Dann folgen zwölf Datenbytes und das letzte Byte ist die Prüfsumme. Jetzt können Sie die Dateien cmetr.hex und cmetr.eep mit der verfügbaren Software und Hardware in den Speicher des Mikrocontrollers laden. Wenn alles richtig gemacht ist, ertönt beim Einschalten des Geräts ein kurzer Piepton und der Test der digitalen LED-Anzeigen wird bestanden - die Verschiebung der Zahl 8 in allen Ziffern. Dann erlöschen die Anzeigen und das Messgerät wartet darauf, dass der Kondensator angeschlossen wird, und gibt kurze Pieptöne mit einer Wiederholungsperiode von etwa 4 Sekunden aus. Nach Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Gerätes müssen die Korrekturfaktoren für die beiden Teilbereiche ermittelt werden. Dies erfordert vorbildliche Kondensatoren (Cobr). vorzugsweise mit geringen Verlusten. Für den Teilbereich "uF" reicht beispielsweise ein 100-uF-Kondensator aus. Ist dies nicht möglich, sollte ein unpolarer Kondensator mit einer Kapazität von mindestens 10 Mikrofarad gewählt werden.
Die erhaltenen Werte der Koeffizienten werden in hexadezimale Form übersetzt, sie sind 12H bzw. 14CH. Es ist kein Widerspruch, dass der Korrekturfaktor umso größer ist, je kleiner der Messfehler ist, sondern nur der Algorithmus zur Berechnung der Korrektur. Jetzt müssen Sie zur Beschreibung des Programmiervorgangs zurückkehren und in der Datei cmetr.eep in der dritten Zeile die Werte von zwölf Datenbytes ersetzen, damit die Zeile so aussieht :0C0020001200FF1200FF4C01004C010064 Die ersten sechs Datenbytes enthalten die duplizierten Koeffizienteninformationen für den Unterbereich „uF“, gefolgt von sechs Bytes (ebenfalls dupliziert) für den Unterbereich „nF“. Darüber hinaus sind die ersten beiden Bytes der numerische Wert des Koeffizienten und das dritte gibt sein Vorzeichen an. Beispielsweise wird ein negativer Wert des Koeffizienten im Teilbereich "µF" empfangen, daher enthalten das dritte und sechste Datenbyte die Zahl FF, die den Mikrocontroller über die Notwendigkeit "informiert", den Korrekturfaktor zu subtrahieren. Für den Teilbereich „nF“ ist der Koeffizient positiv, daher enthalten das neunte und zwölfte Byte die Zahl 00, was bedeutet, dass der Korrekturfaktor hinzugefügt werden muss. Jetzt sollten Sie den Prüfsummenwert in dieser Zeile berechnen. Dies kann mit speziellen Programmen oder dem technischen Rechner von WINDOWS im Hex-Modus erfolgen. Dazu müssen Sie alle Bytes dieser Zeichenfolge addieren, einschließlich der Anzahl der Datenbytes im Zeichenfolgenbyte, der beiden Bytes der Zellenadresse und aller Datenbytes, und dann bestimmen, welche Zahl zu dieser Summe hinzugefügt werden soll dass das Low-Byte des Ergebnisses Null ist. Diese Zahl ist die Prüfsumme, im obigen Beispiel wird 64n erhalten. Dann sollten Sie die Informationen im Speicher des Mikrocontrollers löschen und die Dateien cmetr hex und cmetr.eep neu laden. Stellen Sie durch Messen beispielhafter Kondensatoren sicher, dass die Korrekturfaktoren korrekt eingestellt sind. Bei der Messung ist zu berücksichtigen, dass im Unterbereich "nF" die Kapazität des gemessenen Kondensators 12 μF, im Unterbereich "μF" - 12000 μF und die Messung von Kondensatoren mit einer Kapazität von weniger als nicht überschreiten sollte 1000 pF ist ungefähr, da sich die Kapazität auf den Messkreis auswirkt. Das Mikrocontroller-Programm für das Kapazitätsmessgerät kann heruntergeladen werden daher. Autor: A. Dymov, Orenburg; Veröffentlichung: radioradar.net
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