قياس التيار المتردد باستخدام avr. كيفية قياس الجهد السلبي باستخدام ADC

يتم تصنيع الفولتميتر البسيط للجهد المتناوب بتردد 50 هرتز على شكل وحدة مدمجة يمكن استخدامها إما بشكل منفصل أو مدمج في جهاز نهائي.
يتم تجميع الفولتميتر على متحكم دقيق PIC16F676 ومؤشر مكون من 3 أرقام ولا يحتوي على أجزاء كثيرة جدًا.

الخصائص الرئيسية للفولتميتر:
شكل الجهد المقاس جيبي
الحد الأقصى لقيمة الجهد المقاس هو 250 فولت.
تردد الجهد المقاس - 40…60 هرتز؛
دقة عرض نتيجة القياس هي 1 فولت؛
جهد إمداد الفولتميتر هو 7…15 فولت.
متوسط ​​الاستهلاك الحالي - 20 مللي أمبير
خياران للتصميم: مع أو بدون مصدر طاقة على متن الطائرة
ثنائي الفينيل متعدد الكلور من جانب واحد
تصميم مضغوط
عرض القيم المقاسة على مؤشر LED مكون من 3 أرقام

رسم تخطيطي للفولتميتر لقياس الجهد المتردد

تم تنفيذ القياس المباشر للجهد المتردد مع الحساب اللاحق لقيمته وإخراجه للمؤشر. يتم تغذية الجهد المقاس إلى مقسم الإدخال المصنوع على R3، R4، R5 ومن خلال مكثف الفصل C4 يتم توفيره إلى دخل ADC الخاص بوحدة التحكم الدقيقة.

تقوم المقاومات R6 و R7 بإنشاء جهد قدره 2.5 فولت (نصف الطاقة) عند دخل ADC. يتجاوز المكثف C5، ذو السعة الصغيرة نسبيًا، مدخلات ADC ويساعد في تقليل أخطاء القياس. ينظم المتحكم الدقيق تشغيل المؤشر في الوضع الديناميكي بناءً على الانقطاعات من المؤقت.

--
شكرًا لكم على اهتمامكم!
إيجور كوتوف، رئيس تحرير مجلة Datagor

▼ 🕗 01/07/14 ⚖️ 19.18 كيلو بايت ⇣ 239 مرحبا أيها القارئ!اسمي إيغور، عمري 45 عامًا، أنا سيبيري ومهندس إلكترونيات هاوٍ متعطش. لقد توصلت إلى هذا الموقع الرائع وأنشأته وأحافظ عليه منذ عام 2006.
لأكثر من 10 سنوات، كانت مجلتنا موجودة فقط على حسابي.

جيد! الهدية الترويجية قد انتهت. إذا كنت تريد ملفات ومقالات مفيدة، ساعدني!

توصيل المستشعر الحالي بالمتحكم الدقيق

بعد أن تعرفنا على أساسيات النظرية، يمكننا الانتقال إلى مسألة قراءة البيانات وتحويلها وتصورها. بمعنى آخر، سوف نقوم بتصميم جهاز قياس تيار مستمر بسيط.

يتم توصيل الإخراج التناظري للمستشعر بإحدى قنوات ADC الخاصة بوحدة التحكم الدقيقة. يتم تنفيذ جميع التحويلات والحسابات اللازمة في برنامج المتحكم الدقيق. يتم استخدام مؤشر LCD مكون من سطرين لعرض البيانات.

تصميم تجريبي

لتجربة مستشعر التيار، من الضروري تجميع الهيكل وفقًا للرسم البياني الموضح في الشكل 8. استخدم المؤلف لوحة التجارب ووحدة تعتمد على المتحكم الدقيق لهذا الغرض (الشكل 9).

يمكن شراء وحدة الاستشعار الحالية ACS712-05B جاهزة (يتم بيعها بسعر رخيص جدًا على موقع eBay)، أو يمكنك صنعها بنفسك. تم اختيار سعة مكثف المرشح لتكون 1 nF، وتم تركيب مكثف مانع قدره 0.1 μF لمصدر الطاقة. للإشارة إلى الطاقة، يتم لحام مؤشر LED بمقاوم التبريد. يتم توصيل مصدر الطاقة وإشارة الإخراج الخاصة بالمستشعر بالموصل الموجود على جانب واحد من لوحة الوحدة، ويوجد موصل ذو طرفين لقياس التيار المتدفق على الجانب الآخر.

بالنسبة لتجارب القياس الحالية، نقوم بتوصيل مصدر جهد ثابت قابل للتعديل بأطراف القياس الحالية للمستشعر من خلال مقاومة من سلسلة 2.7 أوم / 2 وات. يتم توصيل مخرج المستشعر بمنفذ RA0/AN0 (دبوس 17) الخاص بوحدة التحكم الدقيقة. يتم توصيل مؤشر LCD المكون من سطرين بالمنفذ B لوحدة التحكم الدقيقة ويعمل في وضع 4 بت.

يتم تشغيل وحدة التحكم الدقيقة بجهد +5 فولت، ويتم استخدام نفس الجهد كمرجع لـ ADC. يتم تنفيذ الحسابات والتحويلات اللازمة في برنامج المتحكم الدقيق.

التعبيرات الرياضية المستخدمة في عملية التحويل موضحة أدناه.

حساسية المستشعر الحالية Sens = 0.185 فولت/أمبير. مع وجود مصدر Vcc = 5 V والجهد المرجعي Vref = 5 V، ستكون العلاقات المحسوبة كما يلي:

رمز إخراج ADC

لذلك

ونتيجة لذلك، فإن صيغة حساب التيار هي كما يلي:

ملاحظة مهمة. تعتمد العلاقات المذكورة أعلاه على افتراض أن جهد الإمداد والجهد المرجعي لـ ADC يساوي 5 فولت. ومع ذلك، فإن التعبير الأخير المتعلق بالتيار I وعدد كود خرج ADC يظل صالحًا حتى إذا كان جهد إمداد الطاقة يتقلب. تمت مناقشة هذا في الجزء النظري من الوصف.

من التعبير الأخير يمكن ملاحظة أن الدقة الحالية للمستشعر هي 26.4 مللي أمبير، وهو ما يتوافق مع 513 عينة ADC، وهي عينة واحدة أكثر من النتيجة المتوقعة. وبالتالي، يمكننا أن نستنتج أن هذا التنفيذ لا يسمح بقياس التيارات الصغيرة. لزيادة الدقة والحساسية عند قياس التيارات الصغيرة، ستحتاج إلى استخدام مضخم تشغيلي. يظهر مثال على هذه الدائرة في الشكل 10.

برنامج ميكروكنترولر

برنامج المتحكم PIC16F1847 مكتوب بلغة C وتم تجميعه في بيئة mikroC Pro (mikroElektronika). يتم عرض نتائج القياس على شاشة LCD ذات سطرين بدقة منزلتين عشريتين.

مخرج

مع وجود تيار دخل صفر، يجب أن يكون جهد الخرج ACS712 مثاليًا بشكل صارم Vcc/2، أي. يجب قراءة الرقم 512 من ADC.إن انجراف جهد خرج المستشعر بمقدار 4.9 مللي فولت يؤدي إلى تحول نتيجة التحويل بمقدار 1 بت أقل أهمية من ADC (الشكل 11). (بالنسبة لـ Vref = 5.0 V، ستكون دقة ADC ذات 10 بت هي 5/1024 = 4.9 mV)، وهو ما يتوافق مع 26 مللي أمبير من تيار الإدخال. لاحظ أنه لتقليل تأثير التقلبات، فمن المستحسن إجراء عدة قياسات ومن ثم متوسط ​​نتائجها.

إذا تم ضبط جهد الخرج لمصدر الطاقة المنظم على 1 فولت، فسيتم ذلك
يجب أن يحمل المقاوم تيارًا يبلغ حوالي 370 مللي أمبير. القيمة الحالية المقاسة في التجربة هي 390 مللي أمبير، وهو ما يتجاوز النتيجة الصحيحة بوحدة واحدة من الرقم الأقل أهمية من ADC (الشكل 12).

الشكل 12.

عند جهد 2 فولت، سيظهر المؤشر 760 مللي أمبير.

بهذا نختتم مناقشتنا لمستشعر التيار ACS712. ومع ذلك، فإننا لم نتطرق إلى مسألة أخرى. كيفية قياس التيار المتردد باستخدام هذا المستشعر؟ ضع في اعتبارك أن المستشعر يوفر استجابة فورية تتوافق مع التيار المتدفق عبر خيوط الاختبار. إذا كان التيار يتدفق في الاتجاه الموجب (من الأطراف 1 و 2 إلى الأطراف 3 و 4)، تكون حساسية المستشعر إيجابية ويكون جهد الخرج أكبر من Vcc/2. إذا تغير اتجاه التيار، ستكون الحساسية سلبية وسينخفض ​​جهد خرج المستشعر إلى ما دون مستوى Vcc/2. هذا يعني أنه عند قياس إشارة التيار المتردد، يجب أن يأخذ ADC الخاص بالمتحكم الدقيق عينة سريعة بما يكفي ليتمكن من حساب قيمة RMS للتيار.

التحميلات

الكود المصدري لبرنامج المتحكم الدقيق وملف البرامج الثابتة -

الفولتميتر المتردد

ن. أوستروخوف، سورجوت

توضح المقالة الفولتميتر ذو الجهد المتردد. يتم تجميعه على
متحكم صغير ويمكن استخدامه كجهاز قياس مستقل
أو كفولتميتر مدمج في مولد منخفض التردد.

تم تصميم الفولتميتر المقترح
لقياس الجهد المتردد الجيبي بتردد من 1 هرتز إلى
800 كيلو هرتز. الفاصل الزمني للجهد المقاس - 0…3 فولت (أو 0…30 فولت مع مصدر خارجي
مقسم الجهد 1:10). يتم عرض نتيجة القياس على
مؤشر LED مكون من أربعة أرقام. يتم تحديد دقة القياس
معلمات ADC المضمنة في وحدة التحكم الدقيقة والمصدر المرجعي
الجهد ويساوي 2 مللي فولت (للفاصل الزمني 0...3 فولت). يتم تشغيل الفولتميتر بواسطة
مصدر الجهد المستقر 5 فولت ويستهلك تيار 40...65 مللي أمبير فولت
حسب المؤشر المستخدم ودرجة سطوع توهجه. الاستهلاك الحالي
من محول القطبية المدمج، لا يتجاوز 5 مللي أمبير.

يتضمن الجهاز (انظر الرسم البياني على
أرز. 1) يشتمل على محول جهد AC-DC ومخزن مؤقت
مضخم جهد التيار المستمر، الفولتميتر الرقمي والمحول
قطبية الجهد العرض. محول الجهد المتردد إلى التيار المتردد
ثابت تم جمعه على المقارنة DA1، مولد النبض على العناصر
DD1.1-DD1.4 وتبديل الترانزستور VT1. دعونا نلقي نظرة على عمله
المزيد من التفاصيل. لنفترض أنه لا توجد إشارة عند إدخال الجهاز. ثم التوتر
عند الإدخال المقلوب للمقارنة DA1 يساوي الصفر، وعند الإدخال غير المقلوب يتم تحديده
مقسم الجهد R19R22 ومع التصنيفات الموضحة في الرسم البياني فهو حوالي -80
بالسيارات. في هذه الحالة، هناك مستوى منخفض عند إخراج المقارنة، والذي
يسمح لمولد النبض بالعمل. خصوصية المولد هو أنه متى
كل انخفاض في الجهد عند خرج المقارنة DA1 عند خرج المولد (دبوس 8
العنصر DD1.2) يتم إنشاء نبضة واحدة. إذا بحلول الوقت الذي يهدأ فيه هناك يوم عطلة
لن تتغير حالة المقارنة، وسيتم إنشاء النبضة التالية، وما إلى ذلك.

مدة النبضات تعتمد على
قيم العناصر R16 و C5 وحوالي 0.5 ميكروثانية. على مستوى منخفض
الجهد عند خرج العنصر DD1.2، يفتح الترانزستور VT1. الطوائف
يتم اختيار المقاومات R17 و R18 و R20 بحيث يتم ذلك من خلال ترانزستور مفتوح
يتدفق تيار قدره 10 مللي أمبير، والذي يشحن المكثفات C8 وC11. خلال فترة الصلاحية
تقوم كل نبضة بشحن هذه المكثفات بأجزاء من الميلي فولت. في حالة مستقرة
في الوضع، سيزداد الجهد عليها من -80 مللي فولت إلى الصفر، وهو معدل التكرار
ستنخفض نبضات المولد ونبضات تيار المجمع للترانزستور VT1
سوف يعوض فقط التفريغ البطيء للمكثف C11 من خلال المقاوم
R22. وبالتالي، نظرًا للإزاحة السلبية الأولية الصغيرة،
حتى في حالة عدم وجود إشارة دخل، يعمل العاكس بشكل طبيعي
وضع. عندما يتم تطبيق جهد دخل التيار المتردد بسبب التغير في معدل التكرار
نبضات المولد، يتغير الجهد الموجود على المكثف C11 وفقًا لـ
سعة إشارة الإدخال. يعمل مرشح الترددات المنخفضة R21C12 على تنعيم جهد الخرج
محول تجدر الإشارة إلى أنه فقط
نصف موجة موجبة لجهد الدخل، لذلك إذا كانت غير متماثلة
بالنسبة إلى الصفر، سينشأ خطأ إضافي.

مكبر للصوت العازلة مع الربح
يتم تجميع التروس 1.2 على op-amp DA3. يحمي الصمام الثنائي VD1 المتصل بمخرجه
مدخلات الميكروكونترولر من جهد القطبية السالبة. من مخرج op-amp DA3
من خلال مقسمات الجهد المقاومة R1R2R3 و R4R5 الجهد المستمر
يصل على خطوط PC0 وPC1 من المتحكم الدقيق DD2، والتي تم تكوينها كـ
مدخلات أدك. بالإضافة إلى ذلك، تعمل المكثفات C1 وC2 على منع التداخل والتداخل. في الحقيقة
يتم تجميع الفولتميتر الرقمي على متحكم DD2، والذي يستخدم
مدمج ADC 10 بت ومصدر جهد مرجعي داخلي 1.1 فولت.

برنامج للميكروكنترولر
مكتوب باستخدام بيئة BASCOM-AVR ويسمح باستخدام ثلاثة أو
مؤشرات LED رقمية مكونة من أربعة أرقام مع أنود مشترك أو مشترك
الكاثود ويسمح لك بعرض التيار (للإشارة الجيبية) أو
قيمة السعة لجهد إشارة الإدخال، وكذلك تغيير السطوع
ضوء المؤشر يحدد المستوى المنطقي للإشارة على خط PC3 نوع التطبيق
المؤشر - مع أنود مشترك (منخفض) أو مع كاثود مشترك (عالي) وعلى الخط
PC4 هو عدد أرقامه، أربعة للمنخفض وثلاثة للارتفاع. برنامج
في بداية العمل، يقرأ مستويات الإشارة على هذه الخطوط مرة واحدة ويضبطها
متحكم للعمل مع المؤشر المقابل. لأربعة بت
المؤشر، يتم عرض نتيجة القياس على شكل X.ХХХ (B)، لثلاثة أرقام
- XXX (mV) حتى 1 V و Х.ХХ (V) إذا كان الجهد أكثر من 1 V. عند الاستخدام
لمؤشر مكون من ثلاثة أرقام، ترتبط أطراف أرقامه كأطراف ثلاثة
الأجزاء الأكثر أهمية من البتات الأربعة في الشكل. 1.

مستوى الإشارة على عناصر التحكم في خط PC2
ضرب نتيجة القياس بـ 10، وهو أمر ضروري عند استخدام خارجي
مقسم الجهد 1:10. عندما يكون المستوى منخفضا، لا يتم ضرب النتيجة بواسطة الإشارة
يتحكم الخط PB6 في سطوع المؤشر عند مستوى عالٍ منه
يتناقص. يحدث التغيير في السطوع نتيجة لتغير النسبة بين
وقت الإضاءة ووقت انطفاء المؤشر ضمن كل دورة قياس.
مع الثوابت المحددة في البرنامج، يتغير السطوع مرتين تقريبًا.
يتم عرض القيمة الفعالة لجهد الإدخال عند تطبيقها على خط PB7
مستوى عال وسعة - منخفضة. مستويات الإشارة على الخطوط RS2 وPB6 و
يقوم برنامج PB7 بتحليل القياسات في كل دورة، وبالتالي يمكن أن تكون كذلك
يتم تغييرها في أي وقت، وهو مناسب لاستخدام المفاتيح. مدة
دورة قياس واحدة تساوي 1.1 ثانية. خلال هذا الوقت، يؤدي ADC حوالي 1100
العينات، ويتم اختيار الحد الأقصى وضربه، إذا لزم الأمر،
المعامل المطلوب .

لقياس ثابت
سيكون الجهد كافيًا لقياس واحد للدورة بأكملها وللتناوب
بتردد أقل من 500 هرتز، الجهد على المكثفات C8. يتغير C11 بشكل ملحوظ
خلال الدورة. ولذلك، يسمح بإجراء 1100 قياس على فترات تبلغ 1 مللي ثانية
سجل القيمة القصوى لهذه الفترة. محول قطبية
يتم تجميع جهد الإمداد على شريحة DA2 وفقًا للدائرة القياسية. إنه يوم إجازته
الجهد الكهربي -5 فولت يعمل على المقارنة DA1 وop-amp DA3. تم تصميم موصل XP2 لـ
البرمجة داخل الأجهزة من وحدة التحكم الدقيقة.

يستخدم الفولتميتر ثابت
المقاومات C2-23، MLT، ضبط - سلسلة بورنز 3296، أكسيد
المكثفات مستوردة والباقي K10-17. يمكن أن تكون الدائرة الدقيقة 74AC00
استبدله بـ KR555LAZ، والترانزستور KT361G - بأي من سلسلة KT3107. ديود 1N5818
استبدله بأي صمام ثنائي جرمانيوم أو شوتكي بتيار مباشر مسموح به على الأقل
50 مللي أمبير. استبدال شريحة ICL7660 غير معروف للمؤلف، ولكن المحول
يمكن جمع قطبية الجهد +5/-5 فولت وفقًا لأحد تلك المنشورة في
مخططات مجلة "الإذاعة". وبالإضافة إلى ذلك، يمكن القضاء على المحول
تماما، وذلك باستخدام مصدر طاقة مستقر ثنائي القطب. خصوصاً
يجب أن تركز على اختيار المقارنة، لأن النطاق يعتمد عليها
ترددات التشغيل. اختيار المقارنة LM319 (نظائرها KA319، LT319) يرجع إلى اثنين
المعايير - السرعة اللازمة والتوافر. مقارنات LM306،
LM361، LM710 أسرع، ولكن تبين أن الحصول عليها أكثر صعوبة، لأن
الى جانب ذلك، فهي أكثر تكلفة. أكثر سهولة الوصول إليها هي LM311 (التناظرية المحلية لـ KR554SAZ) و
LM393. عند تثبيت جهاز المقارنة LM311 في الجهاز، كما هو متوقع،
تم تضييق نطاق التردد إلى 250 كيلو هرتز. المقاوم R6 لديه نسبيا
مقاومة طفيفة منذ استخدام الجهاز كمدمج
الفولتميتر في مولد مكبر الصوت. عند استخدام الجهاز في عداد مستقل، فإنه
يمكن زيادة المقاومة ولكن خطأ القياس سيزداد بسبب النسبية
تيار الإدخال الكبير للمقارنة DA1.

دائرة مقسم الجهد 1:10
يظهر في الشكل. 2. هنا يتم تنفيذ وظائف المقاوم R2 في المقسم بواسطة المقاوم
R6 (انظر الشكل 1). يتم إعداد مقسم الجهد بتسلسل معين.
يتم توفير نبضات مستطيلة بتردد عدة كيلو هرتز إلى مدخلاتها،
السعة 2...3 فولت (تتوفر إشارة المعايرة هذه في العديد
راسم الذبذبات)، ويتم توصيل مدخل راسم الذبذبات بالإخراج (إلى الدبوس 5 من DA1). تعديل
يحقق المكثف C1 شكل نبضي مستطيل. يتبع الذبذبات
يستخدم مع مقسم جهد الإدخال 1:10. يتم تركيب جميع الأجزاء باستثناء المؤشر
على نموذج أولي للوحة دوائر بقياس 100 × 70 مم باستخدام سلكي
تثبيت يظهر مظهر أحد خيارات الجهاز في الشكل. 3. ل
لسهولة توصيل المؤشر الرقمي، يتم استخدام موصل (غير موضح في الرسم التخطيطي).
مبين). أثناء التثبيت، يتم توصيل السلك المشترك لقابس إدخال XP1 وأطراف المكثف المقابلة
يجب توصيل C8 وC10 وC11 وC13 بالسلك المشترك في مكان واحد باستخدام الأسلاك
الحد الأدنى للطول. العناصر VT1 وR20 وC8 وC10 وC11 وC13 والمقارنة DA1
يجب أن يتم وضعها بشكل مضغوط قدر الإمكان، والمكثفات C3، C6 - قدر الإمكان
أقرب إلى أطراف المقارنة DA1 و C4 و C14 و C15 - إلى أطراف المتحكم الدقيق
DD2. للإعداد، يتم إغلاق مدخل الجهاز، والإخراج المشترك لمسبار الذبذبات
متصل بالطرف الموجب للمكثف C13، وطرف الإشارة بالباعث
الترانزستور VT1. يجب أن تظهر نبضة ذات قطبية سلبية على الشاشة
بسعة حوالي 0.6 فولت ومدة 0.5 ميكروثانية. إذا كان بسبب التردد المنخفض
سيكون من الصعب ملاحظة تسلسل النبضات، ثم موازيتها مؤقتًا
يتم توصيل المقاوم بمقاومة 0.1... 1 كيلو أوم بالمكثف C11. الجهد االكهربى
على مكثف C12 يتم التحكم به بواسطة الفولتميتر عالي المقاومة، ينبغي أن يكون
قريبة من الصفر (زائد أو ناقص بضعة ميلي فولت).

الجهد الناتج من المرجع أمبير DA3
(والتي يجب ألا تتجاوز بضعة ميلي فولت) مع المقاوم R27
تعيين يساوي الصفر. وضع التشغيل المطلوب للمتحكم الدقيق
يتم تحديدها عن طريق توفير المستويات المطلوبة للخطوط PB6، PB7، RS2-RS4، والتي من أجلها
متصل بسلك مشترك أو بخط كهرباء +5 فولت من خلال المقاومات
المقاومة 20...30 كيلو أوم. يتم توصيل نموذج مثالي بإدخال الجهاز
الفولتميتر وتطبيق جهد ثابت قدره 0.95 ... 1 فولت. المقاوم السلسلة الفرعية
R4 يساوي قراءات كلا الفولتميتر. ثم يتم زيادة الجهد إلى
2.95...3 فولت والمقاوم R1 يعادلان القراءات مرة أخرى. مجموعة مختارة من المقاومات
R8-R15 يمكنك ضبط السطوع المطلوب للمؤشر. أولا يختارون
المذهب المطلوب واحد منهم فقط، ومن ثم تعيين الباقي. في
الاختيار، يجب أن نتذكر أن الحد الأقصى لتيار الإخراج للمنفذ المطبق
يجب ألا يتجاوز متحكم 40 مللي أمبير، وإجمالي الاستهلاك الحالي - 200
أماه.

من المحرر. برنامج المتحكم الدقيق موجود لدينا
FTP-cep-vere على ftp://ftp.radio.ru/pub/ 2011/02/Vmetr.zip

مقدمة

في العصور القديمة ما قبل الرقمية، كان على أي منا أن يكتفي بأدوات قياس المؤشر، بدءًا من الساعات العادية والمقاييس وانتهاءً بـ... حسنًا، لذلك لا يمكننا على الفور العثور على الحد الأقصى لاستخدامها! حسنًا ، دعنا نقول - مقياس دقيق معملي دقيق أو حتى أكثر إثارة للإعجاب - مقياس بيكوميتر. وكان هناك الكثير من فئات الدقة، اعتمادًا على الغرض.

على سبيل المثال، المؤشر العادي لكمية الوقود في خزان السيارة هو أوضح مثال على أقصى قدر من عدم دقة القراءات! لا أعرف سائق سيارة واحدًا سيعتمد على "عداد العرض" هذا ولن يتزود بالوقود مسبقًا. لم يخرج المتشائمون المتأصلون من السائقين أبدًا بدون علبة وقود في صندوق السيارة!

لكن في المختبرات، وخاصة في لجنة التحقق الحكومية، كان هناك عمال تبديل بمقياس مرآة وفئة دقة أفضل بكثير من 0.5.

وكنا جميعًا تقريبًا راضين وسعداء. وإذا لم يكونوا راضين، فقد اشتروا أدوات أكثر دقة، بالطبع، إن أمكن!

ولكن الآن وصل العصر الرقمي. لقد كنا جميعًا سعداء بذلك - الآن يمكننا أن نرى على الفور الأرقام الموجودة على المؤشرات ونشعر بالسعادة "بالدقة" المقدمة لنا. علاوة على ذلك، في العصر الحديث، تكلف هذه "الأجهزة الرقمية" المنتشرة في كل مكان أقل بكثير من تكلفة "أجهزة التبديل غير الدقيقة" التي أصبحت نادرة. ومع ذلك، يعتقد عدد قليل من الناس أن الكميات المعروضة لنا بالأرقام لا تزال تمثيلية، سواء كانت وزنا أو قوة تيار - لا يهم. وهذا يعني أن هذه الكميات لا تزال تقاس بالتناظرية! وفقط للمعالجة والعرض يتم تحويلها إلى قيمة رقمية. هذا هو المكان الذي يتم فيه إخفاء الأخطاء، مما يقودنا إلى المفاجأة عندما يظهر مقياسان حرارة مختلفان للغرفة في نفس المكان قيمًا مختلفة!

المسار من القيمة المقاسة إلى المؤشر

دعونا نلقي نظرة على عملية إشارة القياس بأكملها. علاوة على ذلك، فإنني أتعمد اختيار كمية كهربائية. أولاً، ما زلنا في موقع مهندسي الإلكترونيات، وليس علماء الفيزياء الحرارية أو الخبازين، عسى أن يسامحوني على رخصتي في المقارنة! ثانيا، أريد تعزيز تفكيري بأمثلة من التجربة الشخصية.

أولا، اخترت القوة الحالية!

سيتعين علي أن أكرر القول المبتذل أنه للحصول على تمثيل رقمي لكمية تناظرية، فأنت بحاجة إلى محول تناظري إلى رقمي (ADC). ولكن نظرًا لأنه في حد ذاته لا يزال قليل الفائدة بالنسبة لنا، فسنحتاج إلى عقد أخرى لإكمال كل ما هو مخطط له. يسمى:

1. أمام ADC نفسه، تحتاج إلى جهاز تطبيع، على سبيل المثال: مضخم أو مخفف التطبيع، اعتمادًا على نسبة قيمة الإدخال إلى نطاق تحويل ADC؛
2. وحدة فك التشفير بعد ADC، لتمثيل المعادل الرقمي المحول إلى الكود الرقمي للمؤشر المقابل.

هناك دوائر دقيقة جاهزة تجمع بين كل من ADC ووحدة فك التشفير. على سبيل المثال، ICL7136 أو ما شابه ذلك، يستخدم في أجهزة القياس المتعددة.

في الأساس، كل هذه العقد بشكل أو بآخر ضرورية ببساطة. لم أقم بعد بتسمية المستشعر نفسه - في هذه الحالة، محول التيار إلى الجهد، أو مجرد تحويلة.

لذلك، دعونا نستعرض بإيجاز السلسلة بأكملها. يخلق التيار المتدفق عبر تحويلة (مقاومة قوية ذات مقاومة منخفضة جدًا) فرقًا محتملاً عند قطبيه. علامة جوتن، سيد أوم! لكن هذا الاختلاف صغير جدًا وليس كل ADC قادرًا على تحويل هذه القيمة بالكامل، لذلك يجب تضخيم الإشارة (الجهد) من التحويلة إلى قيمة مقبولة. هذا هو السبب في الحاجة إلى مكبر للصوت الطبيعي. الآن سوف يقوم ADC، بعد أن تلقى جهدًا قابلاً للهضم عند الإدخال، بإجراء التحويل بأقل خطأ ممكن. عند إخراجها نحصل على رقم يتوافق مع القيمة الحالية للتيار المقاس في النطاق المحدد، والذي يجب فك تشفيره وفقًا لذلك لعرضه على المؤشر. على سبيل المثال، قم بتحويله إلى رمز مؤشر مكون من سبعة أجزاء.

هنا لا أرى ضرورة للخوض في مزيد من التفاصيل حول كل مرحلة من المراحل المذكورة أعلاه، لأنني أتابع في المقالة هدفًا مختلفًا. ويمكن العثور على التفاصيل بكثرة على الإنترنت.

تفاصيل

لدي ما يسمى الحمل الإلكتروني مع مؤشر التدفق الحالي. يوجد رسم تخطيطي أساسي للحمل نفسه، ولكن هناك ستحتاج إلى مقياس التيار الكهربائي الخارجي لضبط التيار بشكل أكثر دقة. قررت توصيل كلا الجهازين لتوفير المساحة وعدم الحصول على مجموعة كاملة من أجهزة القياس المتعددة.

يتم تجميع مقياس التيار الكهربائي المدمج وبرمجته على Tiny26L MK. جزء من مقياس التيار الكهربائي هذا هو المضخم التشغيلي الثاني (المجاني) لشريحة LM358، والذي يعد جزءًا من دائرة الصابورة الأساسية. أولئك. هذا هو مضخم التوحيد الخاص بي لأن الحد الأقصى لانخفاض الجهد عبر التحويلة (5A × 0.1 أوم) يبلغ 0.5 فولت فقط، وهو ما لا يكفي بوضوح لنطاق التحويل الكامل مع الجهد المرجعي الداخلي.

وفقًا لـ T.O. (الإنجليزية = ورقة البيانات) الجهد الاسمي للمصدر المرجعي المدمج (ION) هو 2.56 فولت. حجم مناسب جدًا! ومع ذلك، في الممارسة العملية، لا يبدو الأمر رائعًا: فقد تبين أن الجهد الأيوني المعدل لجهاز MK الخاص بي هو 2.86 فولت! كيف حددت هذا موضوع منفصل. دعونا لا نزال نعود إلى 2.56 فولت المناسب. انظر إلى ما يحدث: يسقط بحد أقصى 0.5 فولت على التحويلة، ويحول ADC بحد أقصى 2.56 فولت. يقترح مضخم التطبيع مع كسب 5 نفسه، ثم لن يتطلب الرقم الذي تم الحصول عليه أثناء التحويل أي حساب متقدم لتمثيل النتيجة: 5 أمبير = 2.5 فولت = 250 وحدة (لتحويل 8 بت). كل ما عليك فعله هو ضرب النتيجة في اثنين ووضع علامة عشرية بين المئات والعشرات للحصول على تمثيل مناسب للغاية: الوحدات، والأعشار، والمئات من الأمبير. إن التحول النهائي إلى علامات مكونة من سبعة أجزاء هو مسألة تقنية. كل شيء على ما يرام، يمكنك تنفيذه في الأجهزة!

ومع ذلك، كما أوضحت بالفعل بمثال الأيون المدمج، ليس من السهل الحصول على دقة مقبولة (ناهيك عن الجودة العالية!) مع المكونات المستخدمة. يمكنك أن تسلك طريق التعويض عن الأخطاء رياضيا، باستخدام برنامج في MK، على الرغم من أن ذلك سيتطلب المعايرة. يتم تنفيذ هذا المسار بسهولة تامة في لغة C وغيرها من اللغات عالية المستوى. لكن بالنسبة لي، كمجمع عنيد، فإن العبث بالرياضيات باستخدام تعليمات RISC يمثل صداعًا إضافيًا!

اخترت مسارًا مختلفًا - تصحيح كسب مضخم التطبيع (NA). لا تحتاج إلى الكثير للقيام بذلك – مقاوم تشذيب واحد! ويجب اختيار قيمتها بشكل صحيح بحيث يكون نطاق الضبط كافيا ولكن غير مبالغ فيه.

اختيار تطبيع عناصر مكبر للصوت

لذلك، من الضروري تحديد نطاق التعديل. الخطوة الأولى هي تحديد التفاوتات في المكونات. على سبيل المثال، تحتوي التحويلة الخاصة بي على نسبة خطأ تبلغ 1%. قد يكون للمقاومات الأخرى في دائرة مضخم التطبيع تسامح يصل إلى 10٪. ولا تنسوا عدم دقة الأيون الذي لدينا، والذي وصل في حالتي إلى +12% تقريبًا! وهذا يعني أن العدد الفعلي المحول سيكون أقل بنسبة 12% تقريبًا. ولكن بما أنني أعرف هذا الخطأ بالفعل، فإنني أضعه في الاعتبار في كسب NU، والذي يجب أن يكون 5.72. وبما أن الأخطاء الحقيقية للمكونات الأخرى غير معروفة، يبقى العثور على أقصى خطأ إجمالي ممكن لحساب نطاق التعديل.

يقترح مجموع بسيط من هذه "النسب المئوية" نفسه: 1% من التحويلة بالإضافة إلى 2 مرات 10% من مقاومات التغذية المرتدة للمضخم التشغيلي. المجموع: 21%.

دعونا نرى ما إذا كان الأمر كذلك حقًا. للقيام بذلك، دعونا نلقي نظرة على جزء من الرسم البياني حيث يتم عرض هذا NU مع القيم المحددة بالفعل:

كما ترون، هناك مكبر للصوت غير مقلوب مع معامل نقل قابل للضبط، قابل للتعديل نظريا من 4.979 إلى 6.735 في التصنيفات الموضحة في الرسم البياني. ولكن، إذا أخذنا في الاعتبار الخطأ المحتمل بنسبة ± 10٪ لكل من المقاومات، فسنحصل على Ku = 5.864 - 8.009، مع أسوأ مجموعة، وهو ما يتجاوز بوضوح المعامل المطلوب! إذا حدث هذا المزيج، فسيتعين عليك أن تأخذ الطوائف الأخرى. من الأفضل زيادة قيمة مقاومة الضبط على الفور، على سبيل المثال، إلى 39 كيلو. عندها سيكون الحد الأدنى لـ Ku هو 5.454، وهو أمر مقبول بالفعل.

حسنًا، لقد كان عليّ - "مدمن راديو حقيقي" - أن أختار أداة تشذيب الشعر من بين ما هو متاح، وكنت محظوظًا بالاستثمار في هذه المجموعة! إذا كان لدي أداة تشذيب ذات قيمة مختلفة، فلا يهم، فسأعيد حساب R2 وR3، اللذين في حالتي لديهما نسبة تسامح تبلغ 5٪، لذلك لم أضطر إلى استخدام أداة تشذيب أخرى.

التغلب على أوجه القصور والسهو الخاص بك

يبدو أن كل شيء قد تم التفكير فيه وحسابه - أضف رسومًا. دعونا نختبر هذا التصميم على اللوح أولاً! لا قال في وقت أقرب مما فعله! تتم إعادة بناء كو ليس تمامًا كما كان متوقعًا، ولكن في حدود ما هو ضروري. ومع ذلك، فإن المؤشر لن يظهر 0.00 عندما لا يكون هناك تيار تحميل! بادئ ذي بدء، كنت أظن أن البرنامج موجود في MK، ولكن عندما تم قصر مدخلات ADC إلى السلك المشترك، ظهرت الأصفار العزيزة. هذا يعني أن شيئًا ما يصل إلى مدخل MK، بخلاف صفر فولت. أكد الاختبار باستخدام مقياس متعدد هذا الافتراض وحدد المهمة التالية. دون الخوض في تفاصيل بحثي، سأصف النتيجة فقط.

تبين أن السبب هو ما يلي: لم آخذ في الاعتبار تمامًا أن المضخم التشغيلي الذي استخدمته كان بعيدًا عن أن يكون من أفضل نوعية. انه ليس حتى ما يسمى. "من السكك الحديدية إلى السكك الحديدية". وهذا يعني أن إمكاناتها الإنتاجية لن تصل أبداً إلى أي من أقطاب العرض، أي إلى القطبين. في حالتي لن يساوي أبدًا 0 فولت! الآن، إذا تم إمداده بالطاقة من مصدر ثنائي القطب، فسيكون الناتج هو الصفر المتوقع. لكن مصدر الطاقة الخاص بي أحادي القطب ولم أكن أنوي تعقيد الدائرة بأي محول. الحل كان في إنشاء “الأرض الافتراضية” أي الأرض الافتراضية. بفضل مصدر طاقة منفصل (على عكس الدائرة الأساسية)، تمكنت من استخدام الصمام الثنائي لتحويل إمكانات السلك المشترك بالنسبة إلى القطب السالب للبطارية.

لذلك، فإن اللوحة محفورة وملحومة. لقد حان الوقت لتعبئة هذا التصميم في علبة. وهو ما تم في الواقع. ومع ذلك، أثناء التشغيل، ظهر عيب صغير آخر - انجراف دوائر الإدخال الخاصة بمضخم العمليات. وقد تم التعبير عن ذلك في تحول سلبي في القراءات، أي. عند تيار بضع عشرات من المللي أمبير، لا يزال المؤشر يظهر الأصفار، وهو ما لم يناسبني! سأسمح بإزاحة عدة مللي أمبير - لا تزال وحدات المللي أمبير غير معروضة. اضطررت إلى تقديم دائرة متحيزة لمدخلات NU.

يتم اختيار تصنيفات R4 وRZ لتوفير انحياز زائد/ناقص عدة عشرات من الميلي فولت بالنسبة إلى "الأرض الافتراضية". لم تكن لدي أي رغبة في إعادة تشكيل اللوحة النهائية وأضفت المقسم الضروري القابل للتعديل بدلاً من أداة ضبط Ku.

بشكل عام، الجهاز الناتج يلبي احتياجاتي. بالطبع يمكن تحسينه لفترة طويلة، لكن ليست هناك حاجة بعد!

سأتحدث عن الجزء الرقمي والرياضيات في المرة القادمة باستخدام مثال مقياس فولت أمبير في مصدر طاقة المختبر.

جهاز بسيط إلى حد ما يقيس الجهد والتيار ويظهر إجمالي الطاقة التي يستهلكها الحمل بتردد 50 هرتز.

أثناء أعمال الإصلاح أو عند فحص واختبار الأجهزة الجديدة، غالبًا ما يكون من الضروري توفير الجهد الكهربي من LATR، ومن الضروري التحكم في الجهد والتيار. لهذه الأغراض، تم تطوير مقياس الفولتميتر وتجميعه على متحكم دقيق مزود بمؤشر LCD. نظرًا لقياس الجهد والتيار، يتم حساب الطاقة الإجمالية بسهولة. والنتيجة هي مقياس مضغوط للغاية.
تحديد
1. حدود التغير في الجهد المقاس هي 0 – 255 فولت، دقة 0.5 فولت. يتم عرض القراءات بزيادات 1 فولت.
2. حدود تغيير التيار المقاس 0 – 10 أمبير دقة 20 مللي أمبير. يتم عرض القراءات بزيادات قدرها 10 مللي أمبير.
3. يتم حساب الطاقة الظاهرة كمنتج للتيار والجهد ويتم عرض قيمة العدد الصحيح بوحدة فولت أمبير فقط.

رسم تخطيطى

تم استبعاد الجزء. مجلتنا موجودة على التبرعات من القراء. النسخة الكاملة من هذه المقالة متاحة فقط

تطبق في المخطط القياس المباشر لجهد التيار المتردد والتيارمتحكم.
يتم توفير الجهد المقاس من خلال المقسم R7 و R9 و R12 و C12 إلى دخل المتحكم الدقيق من خلال المكثف C10. يشكل المكثف C12 مع مقسم جهد الدخل دائرة متكاملة تمنع تغلغل الضوضاء النبضية.

يتدفق التيار المقاس عبر التحويلة R1، ويتم تضخيم الجهد المستخرج منه بواسطة مضخم التشغيل، ومن خلال السلسلة R8 وC8، يتم توفيره لمدخل وحدة التحكم الدقيقة. المرحلة الأولى في OP1 عبارة عن مضخم مقلوب مزود بمكثف مدمج C3 في دائرة التغذية المرتدة. نظرًا لحقيقة أن تأرجح الجهد الذي تمت إزالته من OP1 يجب أن يكون حوالي 5 فولت، فإن شريحة مكبر الصوت تتلقى طاقة متزايدة (9-15 فولت). يتم تشغيل المرحلة الثانية في OP2 بواسطة مكرر وليس لها ميزات خاصة. يعمل Capacitor C3 على تقليل التداخل أثناء تشغيل ADC الخاص بوحدة التحكم الدقيقة.

تتلقى مدخلات القياس RA0 و RA1 انحيازًا ثابتًا قدره 2.5 فولت من خلال المقاومات R11 و R13. يتيح لك هذا الجهد قياس نصف الدورات الإيجابية والسلبية لجهود الإدخال بشكل صحيح.
يتم توصيل شاشة LCD بالمتحكم الدقيق PIC16F690، وتعرض سطرين يتكونان من 16 حرفًا. يتم استخدام المقاوم R14 لضبط تباين العرض الأمثل. يحدد المقاوم R15 تيار الإضاءة الخلفية للشاشة.
يتم تشغيل الجهاز من محول منفصل 9-12 فولت. يتم تجميع مثبت الطاقة +5 فولت على شريحة 78L05 ولا يحتوي على ميزات خاصة.

لقد قمت بتشغيل الجهاز من محول الهاتف. نظرًا لأن اللوحة لها جسر خاص بها Br1، فإن قطبية الاتصال لا تهم. من المهم أن يتراوح الجهد عبر المكثف C4 بين 10 و15 فولت.

--
شكرًا لكم على اهتمامكم!

▼ 🕗 20/08/12 ⚖️ 18.04 كيلو بايت ⇣ 442 مرحبا أيها القارئ!

--
شكرًا لكم على اهتمامكم!
إيجور كوتوف، رئيس تحرير مجلة Datagor

▼ 🕗 20/08/12 ⚖️ 6.41 كيلو بايت ⇣ 457 مرحبا أيها القارئ!اسمي إيغور، عمري 45 عامًا، أنا سيبيري ومهندس إلكترونيات هاوٍ متعطش. لقد توصلت إلى هذا الموقع الرائع وأنشأته وأحافظ عليه منذ عام 2006.
لأكثر من 10 سنوات، كانت مجلتنا موجودة فقط على حسابي.

جيد! الهدية الترويجية قد انتهت. إذا كنت تريد ملفات ومقالات مفيدة، ساعدني!