DC-Voltmeter mit automatischer Bereichswahl. Schema, Beschreibung

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DC-Voltmeter mit automatischer Bereichswahl. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik

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Bei der Entwicklung dieses Geräts wurde die Aufgabe gestellt, ein digitales DC-Voltmeter so einfach wie möglich mit automatischer Auswahl von Grenzwerten zu gestalten, das eine Spannungsmessung bis 999 V ermöglicht und einen geringen Strom verbraucht. Das Schema des entwickelten Geräts ist in Abb. dargestellt. 1. Seine Basis ist der DD1-Mikrocontroller, der nach dem Programm arbeitet, dessen Codes in der Tabelle aufgeführt sind.

DC-Voltmeter mit automatischer Bereichswahl
Fig. 1

Die gemessene Spannung wird über ohmsche Spannungsteiler und einen C3R1-Tiefpassfilter, der hochfrequentes Rauschen unterdrückt, dem Eingang des im Mikrocontroller integrierten ADC (Pin 5) zugeführt. Als Referenzspannung für den ADC diente eine im Mikrocontroller eingebaute 2,56-V-Spannungsquelle. Bei einer Eingangsspannung von weniger als 10 V liegen die PBI- und PB2-Portleitungen (Pins 6 und 7) des DD1-Mikrocontrollers auf High Widerstandszustand. In diesem Fall beträgt das Teilungsverhältnis des Eingangsspannungsteilers des ADC 4 (der obere Zweig des Teilers besteht aus R3 und R6, der untere Zweig ist R2) und die Eingangsspannung wird mit einer Genauigkeit von Hundertstel Volt gemessen.

Wenn die Eingangsspannung 10 V übersteigt, schaltet der DD1-Mikrocontroller über die PB1-Portleitung den Widerstand R2 parallel zum Widerstand R9 und erhöht so den Teilungsfaktor der Eingangsspannung auf 40. In diesem Fall liegt die obere Messgrenze bei 999 V . Wenn die Spannung an dieser Grenze unter 10 V sinkt, schalten die Leitungsanschlüsse PB1 und PB2 (Pins 6 und 7) des DD1-Mikrocontrollers in einen hochohmigen Zustand und der Teilungsfaktor des Eingangsteilers sinkt wieder auf 4. Wenn die Eingangsspannung 100 V oder mehr erreicht, schaltet der DD2-Mikrocontroller über die PB1-Portleitung zusätzlich einen Widerstand parallel zum Widerstand R2 R8. In diesem Fall erhöht sich das Teilungsverhältnis der Eingangsspannung auf 400 und den oberen Messwert Der Grenzwert liegt bei 999 V. Wenn die Eingangsspannung 999 V überschreitet (Überlastung), werden „- -“-Zeichen in der ersten und zweiten (ganz rechts stehenden) Ziffer angezeigt.

Das Gerät ermöglicht auch die Messung der Spannung der G1-Batterie mit einer Genauigkeit von Hundertstel Volt. Dazu wird eine zur Batteriespannung proportionale Spannung vom Widerstandsteiler R1R4 dem PB4-Eingang zugeführt, der per Software als weiterer Eingang des eingebauten ADC konfiguriert ist. Alle Informationen werden auf einer zehnstelligen LCD-Anzeige HG1 angezeigt. Auf der linken Seite steht die Batteriespannung und auf der rechten Seite die gemessene Spannung.

Die Trennung von ganzen Zahlen und Zehntelvolt erfolgt durch eine leere Vertrautheit. Aufgrund der begrenzten Anzahl von Ein-/Ausgabeanschlüssen des Mikrocontrollers werden die Daten über eine PB5-Leitung (Pin 5) mit Puls-Zeit-Kodierung übertragen (Übertragungszeit 1 ist etwa zehnmal größer als 0, und die Pause dazwischen ist gleich die Dauer von 1). Bei einer kurzen Signaldauer hat der Kondensator C3 keine Zeit zum Aufladen und ist während der Pause vollständig entladen. Daher liegt bei einer kurzen Impulsdauer während seines Abfalls ein niedriger Pegel auf der DAT-Datenleitung (Pin 4 von der HG1-Indikator) und der LCD-Controller nimmt dies als 0 wahr. Bei einer großen Impulsdauer hat der Kondensator C3 bis zum Abfallen des Impulses Zeit, sich auf einen hohen Pegel aufzuladen, und der LCD-Controller registriert dies als 1.

Zur Stromversorgung des Geräts eignet sich ein Akku eines Mobiltelefons. Bei einer Spannung von 4,2 V beträgt die Stromaufnahme maximal 5 mA. Die HL1-LED dient nicht als Leuchtanzeige, sondern als Spannungsregler für die LCD-Versorgung. Das Voltmeter bleibt betriebsbereit, wenn die Versorgungsspannung auf 3 V absinkt.

Die meisten Elemente, mit Ausnahme der Batterie G1, des Netzschalters SA1, der Anzeige HG1 und des Widerstands R3, sind auf einer Leiterplatte aus einseitiger Glasfaserfolie montiert, deren Zeichnung in Abb. 2 dargestellt ist. XNUMX.

DC-Voltmeter mit automatischer Bereichswahl
Fig. 2

Die Platine ist in einem Kunststoffgehäuse geeigneter Größe eingebaut. Es werden die Widerstände R1-4, MLT, C2-23 verwendet, der Oxidkondensator wird importiert, die Kondensatoren C1, C3 sind K10-17. LCD-Anzeige – KO-4V2 (mit Controller W-1611-04) oder NT-1611, hergestellt von Telesystems. Die LED, der Netzschalter und der Akku des Mobiltelefons können beliebiger Art sein.

Um das Gerät zu etablieren, benötigen Sie ein beispielhaftes Voltmeter. Zuerst wird es an die Batterie angeschlossen und mit der Auswahl des Widerstands R4 werden die Messwerte auf der linken Seite der Anzeige mit den Messwerten eines beispielhaften Voltmeters abgeglichen. Anschließend wird der „+“-Eingang des Geräts mit dem Pluspol des Kondensators C2 verbunden und durch Auswahl des Widerstands R9 werden die Messwerte auf der rechten Seite der LCD-Anzeige mit den Messwerten eines Referenzvoltmeters abgeglichen. Als nächstes wird dieses Voltmeter an den Eingang des Geräts angeschlossen, von einer stabilisierten Stromquelle wird eine Spannung von etwa 30 V daran angelegt und durch Auswahl eines Widerstands werden die Messwerte auf der rechten Seite der LCD-Anzeige wieder mit der angeglichen Messwerte des beispielhaften Voltmeters. Die Eingangsspannung wird auf 150 V erhöht und die Messwerte werden durch Auswahl des Widerstands R8 wieder angeglichen.

Da der maximale Teilerstrom 1 mA nicht überschreitet (bei einer Eingangsspannung von 1000 V sind es etwa 0,6 mA), können interne Schutzdioden den Mikrocontroller durchaus vor Überlastungen und abnormalen Spannungen am Eingang des eingebauten ADC schützen.

Text- und Programmcodes für den Voltmeter-Mikrocontroller

Autor: Ozolin M.

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