Medición de corriente CA usando avr. Cómo medir voltaje negativo usando un ADC

Un voltímetro de voltaje alterno simple con una frecuencia de 50 Hz tiene la forma de un módulo incorporado que se puede usar por separado o integrado en un dispositivo terminado.
El voltímetro está ensamblado en un microcontrolador PIC16F676 y un indicador de 3 dígitos y no contiene muchas piezas.

Principales características del voltímetro:
La forma del voltaje medido es sinusoidal.
El valor máximo de la tensión medida es 250 V;
Frecuencia de tensión medida - 40…60 Hz;
La resolución de visualización del resultado de la medición es 1 V;
La tensión de alimentación del voltímetro es de 7…15 V.
Consumo de corriente promedio - 20 mA
Dos opciones de diseño: con y sin fuente de alimentación a bordo
PCB de una cara
Diseño compacto
Visualización de los valores medidos en un indicador LED de 3 dígitos

Diagrama esquemático de un voltímetro para medir tensión alterna.

Implementada medición directa de voltaje alterno con posterior cálculo de su valor y salida al indicador. El voltaje medido se suministra al divisor de entrada hecho en R3, R4, R5 y, a través del condensador separador C4, se suministra a la entrada ADC del microcontrolador.

Las resistencias R6 y R7 crean un voltaje de 2,5 voltios (la mitad de la potencia) en la entrada del ADC. El condensador C5, de capacidad relativamente pequeña, pasa por alto la entrada del ADC y ayuda a reducir los errores de medición. El microcontrolador organiza el funcionamiento del indicador en modo dinámico en función de las interrupciones del temporizador.

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Igor Kotov, editor jefe de la revista Datagor

▼ 🕗 07/01/14 ⚖️ 19.18 Kb ⇣ 239 ¡Hola lector! Mi nombre es Igor, tengo 45 años, soy siberiano y un ávido ingeniero electrónico aficionado. Se me ocurrió, creé y mantengo este maravilloso sitio desde 2006.
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Conexión del sensor de corriente al microcontrolador.

Una vez familiarizados con los conceptos básicos de la teoría, podemos pasar a la cuestión de leer, transformar y visualizar datos. En otras palabras, diseñaremos un medidor de corriente CC simple.

La salida analógica del sensor está conectada a uno de los canales ADC del microcontrolador. Todas las transformaciones y cálculos necesarios se implementan en el programa del microcontrolador. Se utiliza un indicador LCD de caracteres de 2 líneas para mostrar datos.

Diseño experimental

Para experimentar con un sensor de corriente, es necesario ensamblar la estructura de acuerdo con el diagrama que se muestra en la Figura 8. El autor utilizó una placa de pruebas y un módulo basado en un microcontrolador para esto (Figura 9).

El módulo de sensor de corriente ACS712-05B se puede comprar ya preparado (se vende a un precio muy económico en eBay) o puede fabricarlo usted mismo. Se elige que la capacitancia del condensador de filtro sea 1 nF y se instala un condensador de bloqueo de 0,1 µF para la fuente de alimentación. Para indicar encendido, se suelda un LED con una resistencia de extinción. La fuente de alimentación y la señal de salida del sensor están conectadas al conector en un lado de la placa del módulo, en el lado opuesto hay un conector de 2 pines para medir la corriente que fluye.

Para experimentos de medición de corriente, conectamos una fuente de voltaje constante ajustable a los terminales de medición de corriente del sensor a través de una resistencia en serie de 2,7 ohmios / 2 W. La salida del sensor está conectada al puerto RA0/AN0 (pin 17) del microcontrolador. Un indicador LCD de caracteres de dos líneas está conectado al puerto B del microcontrolador y funciona en modo de 4 bits.

El microcontrolador se alimenta con un voltaje de +5 V, el mismo voltaje se utiliza como referencia para el ADC. Los cálculos y transformaciones necesarios se implementan en el programa del microcontrolador.

Las expresiones matemáticas utilizadas en el proceso de conversión se dan a continuación.

Sensibilidad del sensor de corriente Sens = 0,185 V/A. Con una alimentación Vcc = 5 V y una tensión de referencia Vref = 5 V, las relaciones calculadas serán las siguientes:

código de salida ADC

Por eso

Como resultado, la fórmula para calcular la corriente es la siguiente:

Nota IMPORTANTE. Las relaciones anteriores se basan en el supuesto de que el voltaje de suministro y el voltaje de referencia para el ADC son iguales a 5 V. Sin embargo, la última expresión que relaciona la corriente I y el código de salida del ADC Count sigue siendo válida incluso si el voltaje de la fuente de alimentación fluctúa. Esto fue discutido en la parte teórica de la descripción.

De la última expresión se puede ver que la resolución actual del sensor es de 26,4 mA, lo que corresponde a 513 muestras de ADC, que es una muestra más que el resultado esperado. Por tanto, podemos concluir que esta implementación no permite la medición de pequeñas corrientes. Para aumentar la resolución y la sensibilidad al medir corrientes pequeñas, necesitará utilizar un amplificador operacional. En la Figura 10 se muestra un ejemplo de dicho circuito.

programa de microcontrolador

El programa del microcontrolador PIC16F1847 está escrito en lenguaje C y compilado en el entorno mikroC Pro (mikroElektronika). Los resultados de la medición se muestran en un indicador LCD de dos líneas con una precisión de dos decimales.

Salida

Con corriente de entrada cero, lo ideal es que la tensión de salida del ACS712 sea estrictamente Vcc/2, es decir, En el ADC se debe leer el número 512. La deriva del voltaje de salida del sensor de 4,9 mV hace que el resultado de la conversión se desplace en 1 bit menos significativo del ADC (Figura 11). (Para Vref = 5,0 V, la resolución del ADC de 10 bits será 5/1024 = 4,9 mV), lo que corresponde a 26 mA de corriente de entrada. Tenga en cuenta que para reducir la influencia de las fluctuaciones, es aconsejable realizar varias mediciones y luego promediar sus resultados.

Si el voltaje de salida de la fuente de alimentación regulada se establece en 1 V, a través de
la resistencia debe transportar una corriente de aproximadamente 370 mA. El valor de corriente medido en el experimento es 390 mA, que excede el resultado correcto en una unidad del dígito menos significativo del ADC (Figura 12).

Figura 12.

A un voltaje de 2 V, el indicador mostrará 760 mA.

Con esto concluye nuestra discusión sobre el sensor de corriente ACS712. Sin embargo, no abordamos un tema más. ¿Cómo medir la corriente alterna usando este sensor? Tenga en cuenta que el sensor proporciona una respuesta instantánea correspondiente a la corriente que fluye a través de los cables de prueba. Si la corriente fluye en dirección positiva (de los pines 1 y 2 a los pines 3 y 4), la sensibilidad del sensor es positiva y el voltaje de salida es mayor que Vcc/2. Si la corriente cambia de dirección, la sensibilidad será negativa y el voltaje de salida del sensor caerá por debajo del nivel Vcc/2. Esto significa que al medir una señal de CA, el ADC del microcontrolador debe muestrear lo suficientemente rápido como para poder calcular el valor RMS de la corriente.

Descargas

Código fuente del programa del microcontrolador y archivo para firmware -

Voltímetro de CA

N. OSTROUJOV, Surgut

El artículo describe un voltímetro de tensión alterna. Está ensamblado en
Microcontrolador y puede utilizarse como dispositivo de medición independiente.
o como voltímetro incorporado en un generador de baja frecuencia.

El voltímetro propuesto está diseñado
para medir tensión alterna sinusoidal con una frecuencia de 1 Hz a
800 kHz. Intervalo de voltaje medido - 0…3 V (o 0…30 V con externo
divisor de voltaje 1:10). El resultado de la medición se muestra en
Indicador LED de cuatro dígitos. La precisión de la medición se determina
Parámetros del ADC integrado en el microcontrolador y la fuente de referencia.
voltaje y es igual a 2 mV (para el intervalo 0...3 V). El voltímetro es alimentado por
fuente de voltaje estabilizado 5 V y consume corriente 40...65 mA V
dependiendo del indicador utilizado y del brillo de su brillo. Consumo actual
del convertidor de polaridad incorporado, no supera los 5 mA.

El dispositivo incluye (ver diagrama en
arroz. 1) incluye un convertidor de voltaje AC-DC, un buffer
Amplificador de voltaje CC, voltímetro digital y convertidor.
polaridad de la tensión de alimentación. Convertidor de voltaje CA a CA
constante recogida en el comparador DA1, generador de impulsos en los elementos
DD1.1-DD1.4 y transistor de conmutación VT1. Veamos su trabajo.
más detalles. Supongamos que no hay señal en la entrada del dispositivo. Entonces la tensión
en la entrada inversora del comparador DA1 es igual a cero, y en la entrada no inversora se determina
divisor de voltaje R19R22 y con las clasificaciones indicadas en el diagrama es aproximadamente -80
mV. En este caso, hay un nivel bajo en la salida del comparador, que
permite que funcione el generador de impulsos. La peculiaridad del generador es que cuando
cada caída de voltaje en la salida del comparador DA1 en la salida del generador (pin 8
elemento DD1.2) se genera un impulso. Si para cuando amaina hay día libre
el estado del comparador no cambiará, se generará el siguiente pulso, etc.

La duración de los pulsos depende de
valores de los elementos R16, C5 y es de aproximadamente 0,5 μs. en bajo nivel
voltaje en la salida del elemento DD1.2, el transistor VT1 se abre. Denominaciones
Las resistencias R17, R18 y R20 se seleccionan de modo que a través de un transistor abierto
fluyó una corriente de 10 mA, que carga los condensadores C8 y C11. Durante el período de validez
Cada pulso carga estos condensadores en fracciones de milivoltio. En estado estacionario
modo, el voltaje en ellos aumentará de -80 mV a cero, la tasa de repetición
Los pulsos del generador disminuirán y los pulsos de corriente del colector del transistor VT1
sólo compensará la descarga lenta del condensador C11 a través de una resistencia
R22. Por lo tanto, debido a la pequeña compensación negativa inicial,
Incluso en ausencia de una señal de entrada, el inversor funciona normalmente.
modo. Cuando se aplica un voltaje de entrada de CA debido a un cambio en la tasa de repetición
impulsos del generador, el voltaje en el condensador C11 cambia de acuerdo con
amplitud de la señal de entrada. El filtro de paso bajo R21C12 suaviza el voltaje de salida
convertidor Cabe señalar que sólo
media onda positiva del voltaje de entrada, por lo que si es asimétrica
con respecto a cero, surgirá un error adicional.

Amplificador buffer con ganancia
Los engranajes 1.2 están ensamblados en el amplificador operacional DA3. El diodo VD1 conectado a su salida protege
Entradas del microcontrolador desde voltaje de polaridad negativa. Desde la salida del amplificador operacional DA3
a través de divisores de voltaje resistivos R1R2R3 y R4R5 voltaje constante
llega a las líneas PC0 y PC1 del microcontrolador DD2, que están configuradas como
Entradas ADC. Los condensadores C1 y C2 suprimen adicionalmente interferencias e interferencias. De hecho
El voltímetro digital está ensamblado en un microcontrolador DD2, que utiliza
ADC de 10 bits incorporado y fuente de voltaje de referencia interna de 1,1 V.

Programa para microcontrolador
escrito utilizando el entorno BASCOM-AVR y permite el uso de tres o
Indicadores LED digitales de cuatro dígitos con un ánodo común o común.
cátodo y le permite mostrar la corriente (para una señal sinusoidal) o
valor de amplitud del voltaje de la señal de entrada, así como cambiar el brillo
Luz indicadora El nivel lógico de la señal en la línea PC3 especifica el tipo de señal aplicada.
indicador: con un ánodo común (bajo) o con un cátodo común (alto), y en la línea
PC4 es el número de sus dígitos, cuatro para bajo y tres para alto. Programa
al comienzo del trabajo, lee los niveles de señal en estas líneas una vez y los ajusta
Microcontrolador para trabajar con el indicador correspondiente. Para cuatro bits
indicador, el resultado de la medición se muestra en la forma X.ХХХ (B), para un valor de tres dígitos
- XXX (mV) hasta 1 V y Х.ХХ (V), si el voltaje es superior a 1 V. Cuando se usa
de un indicador de tres dígitos, los terminales de sus dígitos están conectados como los terminales de tres
Los bits más significativos de los cuatro bits de la Fig. 1.

El nivel de señal en los controles de línea PC2
multiplicar el resultado de la medición por 10, lo cual es necesario cuando se utiliza
divisor de voltaje 1:10. Cuando el nivel es bajo, el resultado no se multiplica Señal por
La línea PB6 controla el brillo del indicador; en un nivel alto
disminuye. El cambio de brillo se produce como resultado de un cambio en la relación entre
el tiempo de iluminación y el tiempo de extinción del indicador dentro de cada ciclo de medición.
Con las constantes especificadas en el programa, el brillo cambia aproximadamente dos veces.
El valor efectivo del voltaje de entrada se muestra cuando se aplica a la línea PB7
nivel alto y amplitud - bajo. Niveles de señal en las líneas RS2, PB6 y
El programa PB7 analiza las medidas en cada ciclo, por lo que se pueden
cambiarse en cualquier momento, para lo cual es conveniente utilizar interruptores. Duración
un ciclo de medición es igual a 1,1 s. Durante este tiempo, el ADC realiza alrededor de 1100
muestras, se selecciona la máxima y se multiplica, si es necesario, por
el coeficiente requerido.

Para medida constante
El voltaje sería suficiente para una medición para todo el ciclo, y para alternar
con una frecuencia inferior a 500 Hz, el voltaje en los condensadores C8. C11 cambia notablemente
durante el ciclo. Por lo tanto, 1100 mediciones a intervalos de 1 ms permiten
registrar el valor máximo para el período. Convertidor de polaridad
El voltaje de suministro se ensambla en el chip DA2 de acuerdo con el circuito estándar. es su dia libre
voltaje -5 V alimenta el comparador DA1 y el amplificador operacional DA3. El conector XP2 está diseñado para
Programación en hardware del microcontrolador.

El voltímetro usa constante
resistencias C2-23, MLT, sintonización - Bourns serie 3296, óxido
Los condensadores son importados, el resto son K10-17. El microcircuito 74AC00 puede ser
reemplácelo con KR555LAZ, transistor KT361G - con cualquiera de la serie KT3107. Diodo 1N5818
reemplácelo con cualquier diodo de germanio o Schottky con una corriente continua permitida de al menos
50 mA. El autor desconoce el reemplazo del chip ICL7660, pero el convertidor
La polaridad de tensión +5/-5 V se puede recoger según uno de los publicados en
Esquemas de la revista "Radio". Además, se puede eliminar el convertidor.
completamente, utilizando una fuente de alimentación bipolar estabilizada. Especialmente
debes concentrarte en elegir un comparador, ya que el rango depende de él
frecuencias de funcionamiento. La elección del comparador LM319 (análogos KA319, LT319) se debe a dos
criterios: la velocidad y disponibilidad necesarias. Comparadores LM306,
LM361, LM710 son más rápidos, pero resultó más difícil adquirirlos porque
Además, son más caros. Más accesibles son LM311 (análogo doméstico de KR554SAZ) y
LM393. Al instalar el comparador LM311 en el dispositivo, como era de esperar,
el rango de frecuencia se redujo a 250 kHz. La resistencia R6 tiene una relativamente
ligera resistencia ya que el dispositivo se utilizó como incorporado
Voltímetro en el generador del woofer. Cuando se utiliza el dispositivo en un medidor independiente,
La resistencia se puede aumentar, pero el error de medición aumentará debido a la relativa
Gran corriente de entrada del comparador DA1.

Circuito divisor de voltaje 1:10
mostrado en la Fig. 2. Aquí las funciones de la resistencia R2 en el divisor las realiza la resistencia
R6 (ver Fig. 1). El divisor de voltaje se configura en una secuencia determinada.
A su entrada se suministran pulsos rectangulares con una frecuencia de varios kilohercios,
amplitud 2...3 V (una señal de calibración de este tipo está disponible en muchos
osciloscopios), y la entrada del osciloscopio se conecta a la salida (al pin 5 de DA1). Ajustamiento
El condensador C1 logra una forma de pulso rectangular. El osciloscopio sigue
utilizar con un divisor de voltaje de entrada de 1:10. Todas las piezas excepto el indicador están montadas.
en una placa de circuito prototipo de 100 × 70 mm utilizando cables
instalación La apariencia de una de las opciones del dispositivo se muestra en la Fig. 3. Para
para facilitar la conexión del indicador digital, se utiliza un conector (no se muestra en el diagrama
mostrado). Durante la instalación, el cable común del enchufe de entrada XP1 y los terminales del condensador correspondiente
C8, C10, C11 y C13 deben conectarse al cable común en un solo lugar con cables
longitud mínima. Elementos VT1, R20, C8, C10, C11 y C13 y comparador DA1
debe colocarse lo más compacto posible, los condensadores C3, C6, tanto como sea posible
más cerca de los terminales del comparador DA1, y C4, C14, C15 - a los terminales del microcontrolador
DD2. Para configurar, se cierra la entrada del dispositivo, la salida común de la sonda del osciloscopio
conectado al terminal positivo del condensador C13, y el terminal de señal al emisor
transistor VT1. Debería aparecer un pulso de polaridad negativa en la pantalla.
con una amplitud de aproximadamente 0,6 V y una duración de 0,5 μs. Si se debe a la baja frecuencia
la secuencia de pulsos será difícil de observar, luego temporalmente paralela
Se conecta una resistencia con una resistencia de 0,1... 1 kOhm al condensador C11. Voltaje
en el capacitor C12 se controla con un voltímetro de alta impedancia, debe ser
cerca de cero (más o menos unos pocos milivoltios).

Voltaje de salida del amplificador operacional DA3
(que no debe exceder unos pocos milivoltios) con resistencia R27
igualar a cero. Modo de funcionamiento requerido del microcontrolador.
se establecen suministrando los niveles requeridos a las líneas PB6, PB7, RS2-RS4, para lo cual
conectado a un cable común o a una línea de alimentación de +5 V a través de resistencias
resistencia 20...30 kOhmios. Un ejemplar está conectado a la entrada del dispositivo.
voltímetro y aplique un voltaje constante de 0,95 ... 1 V. Resistencia de subcadena
R4 iguala las lecturas de ambos voltímetros. Luego se aumenta el voltaje a
2,95...3 V y la resistencia R1 vuelve a ecualizar las lecturas. Una selección de resistencias.
R8-R15 puede configurar el brillo deseado del indicador. Primero seleccionan
la denominación requerida de solo uno de ellos, y luego establezca el resto. En
selección, se debe recordar que la corriente máxima de salida del puerto aplicado
El microcontrolador no debe exceder los 40 mA y el consumo total de corriente es 200.
mamá.

Del editor. El programa para el microcontrolador está en nuestro
FTP-cep-vere en ftp://ftp.radio.ru/pub/2011/02/Vmetr.zip

Prefacio

En los tiempos antiguos, predigitales, cualquiera de nosotros tenía que contentarse con instrumentos de medición de puntero, desde relojes comunes, básculas hasta... hmm, ¡así que de inmediato ni siquiera podemos encontrar el límite de su uso! Bueno, digamos: un microamperímetro de laboratorio de precisión o, aún más impresionante, un picoamperímetro. Y había muchas clases de precisión, según el propósito.

Por ejemplo, un indicador ordinario de la cantidad de combustible en el tanque de un automóvil es el ejemplo más claro de la máxima inexactitud de las lecturas. No conozco a ningún automovilista que confíe en este “medidor de pantalla” y no reposte combustible con antelación. ¡Los conductores pesimistas empedernidos nunca salían sin un bidón de combustible en el maletero!

Pero en los laboratorios, especialmente en el Comité Estatal de Verificación, había guardagujas con una escala de espejo y una clase de precisión mucho mejor que 0,5.

Y casi todos quedamos satisfechos y felices. Y si no estaban satisfechos, entonces compraban instrumentos más precisos, por supuesto, si era posible.

Pero ahora ha llegado la era digital. Todos estábamos contentos con esto: ahora podemos ver inmediatamente los números en los indicadores y estamos contentos con la "precisión" que nos ofrece. Además, en los tiempos modernos, estos omnipresentes “digitales” cuestan un orden de magnitud menos que los “guíaguistas imprecisos” que se han convertido en una rareza. Sin embargo, pocas personas piensan que las cantidades que se nos muestran en números siguen siendo analógicas, ya sea el peso o la potencia actual, no importa. ¡Esto significa que estas cantidades todavía se miden de forma analógica! Y sólo para su procesamiento y presentación se convierten en un valor digital. Aquí es donde se esconden los errores, lo que nos lleva a sorprendernos cuando dos termómetros de ambiente diferentes en el mismo lugar muestran valores diferentes.

Ruta del valor medido al indicador

Echemos un vistazo a todo el proceso de indicación de medición. Además, elijo deliberadamente una cantidad eléctrica. En primer lugar, todavía estamos en el sitio de los ingenieros electrónicos, no de los físicos térmicos ni de los panaderos, ¡que me perdonen mi licencia de comparación! En segundo lugar, quiero reforzar mi razonamiento con ejemplos de experiencia personal.

¡Primero, elijo la fuerza actual!

Tendré que repetir el tópico de que para obtener una representación digital de una cantidad analógica, se necesita un convertidor analógico a digital (ADC). Pero como por sí solo todavía nos sirve de poco, necesitaremos otros nodos para completar todo lo planeado. A saber:

1. delante del propio ADC, se necesita un dispositivo normalizador, por ejemplo: un amplificador o atenuador normalizador, dependiendo de la relación entre el valor de entrada y el rango de conversión del ADC;
2. decodificador después del ADC, para representar el equivalente numérico convertido en el código digital del indicador correspondiente.

Hay microcircuitos prefabricados que combinan un ADC y un decodificador. Por ejemplo, ICL7136 o similar, utilizado en multímetros.

En esencia, todos estos nodos, de una forma u otra, son simplemente necesarios. Todavía no he nombrado el sensor en sí; en este caso, un convertidor de corriente a voltaje o simplemente una derivación.

Entonces, repasemos brevemente toda la cadena. La corriente que fluye a través de una derivación (una resistencia potente con una resistencia muy baja) crea una diferencia de potencial en sus polos. ¡Guten Tag, señor Ohm! Pero esta diferencia es bastante pequeña y no todos los ADC pueden convertir completamente este valor, por lo que la señal (voltaje) de la derivación debe amplificarse a un valor aceptable. Por eso se necesita un amplificador normalizador. Ahora el ADC, habiendo recibido un voltaje digerible en la entrada, realizará la conversión con el mínimo error posible. En su salida obtenemos un número correspondiente al valor actual de la corriente medida en el rango seleccionado, que debe decodificarse en consecuencia para mostrarse en el indicador. Por ejemplo, conviértalo en un código indicador de siete segmentos.

Aquí no veo la necesidad de detenerme con más detalle en cada una de las etapas anteriores, ya que en el artículo persigo un objetivo diferente. Y los detalles se pueden encontrar en abundancia en Internet.

Detalles específicos

tengo el llamado Carga electrónica con indicador de flujo de corriente. Hay un diagrama básico de la carga en sí, pero allí necesitará un amperímetro externo para configurar la corriente con mayor precisión. Decidí conectar ambos dispositivos para ahorrar espacio y no tener un montón de multímetros.

Mi amperímetro incorporado está ensamblado y programado en el Tiny26L MK. Parte de este amperímetro es el segundo amplificador operacional (gratuito) del chip LM358, que forma parte del circuito de balasto básico. Aquellos. Este es mi amplificador estandarizador porque la caída de voltaje máxima a través de la derivación (5A x 0,1 ohmios) es de solo 0,5 voltios, lo que claramente no es suficiente para el rango de conversión completo con el voltaje de referencia interno.

Según T.O. (Inglés = Hoja de datos) el voltaje nominal de la fuente de referencia incorporada (ION) es de 2,56 voltios. ¡Tamaño muy conveniente! Sin embargo, en la práctica no resulta tan bueno: ¡el voltaje ION ajustado de mi MK resultó ser 2,86 voltios! Cómo determiné esto es un tema aparte. Volvamos todavía a unos convenientes 2,56 voltios. Mire lo que sucede: un máximo de 0,5 voltios cae en la derivación, el ADC convierte un máximo de 2,56 voltios. Se sugiere un amplificador normalizador con una ganancia de 5, entonces el número obtenido durante la conversión no requerirá ninguna aritmética avanzada para representar el resultado: 5 amperios = 2,5 voltios = 250 unidades (para conversión de 8 bits). Sólo tienes que multiplicar el resultado por dos y poner un punto decimal entre centenas y decenas para obtener una representación muy cómoda: unidades, décimas y centésimas de amperio. La transformación final en signos de siete segmentos es una cuestión de tecnología. ¡Todo está bien, puedes implementarlo en hardware!

Sin embargo, como ya he mostrado con el ejemplo del ION incorporado, no es tan fácil obtener una precisión aceptable (¡sin mencionar alta!) con los componentes utilizados. Puede optar por compensar los errores matemáticamente utilizando un programa en MK, aunque esto requerirá calibración. Esta ruta se implementa con bastante facilidad en C y otros lenguajes de alto nivel. Pero para mí, un ensamblador testarudo, jugar con las matemáticas usando instrucciones RISC es un dolor de cabeza adicional.

Elegí un camino diferente: la corrección de la ganancia del amplificador normalizador (NA). No necesitas mucho para esto: ¡una resistencia de recorte! Su valor debe elegirse correctamente para que el rango de ajuste sea suficiente, pero no exagerado.

Selección de elementos amplificadores de normalización.

Por tanto, es necesario determinar el rango de ajuste. El primer paso es determinar las tolerancias de los componentes. Por ejemplo, mi derivación tiene una tolerancia de error del 1%. Otras resistencias en el circuito amplificador normalizador pueden tener una tolerancia de hasta el 10%. ¡Y no olvidemos la imprecisión de nuestro ION, que en mi caso ascendió a casi +12%! Esto significa que el número real convertido será casi un 12% menor. Pero como ya conozco este error, lo tengo en cuenta en la ganancia NU, que debería ser 5,72. Y como no se conocen los errores reales de otros componentes, queda encontrar el error total máximo posible para poder calcular el rango de ajuste.

Se sugiere una simple suma de estos “porcentajes”: 1% de la derivación más 2 veces el 10% de las resistencias de retroalimentación del amplificador operacional. Total: 21%.

Veamos si esto es realmente así. Para ello, echemos un vistazo a la parte del diagrama donde se presenta este NU con valores ya seleccionados:

Como puede ver, hay un amplificador no inversor con un coeficiente de transmisión sintonizable, teóricamente ajustable de 4,979 a 6,735 en los valores indicados en el diagrama. Pero, si tenemos en cuenta nuestro error posible de ±10% de cada una de las resistencias, obtenemos, con la peor combinación, Ku = 5,864 - 8,009, ¡lo que supera claramente el coeficiente requerido! Si se produce esta combinación, tendrás que tomar otras denominaciones. Es mejor aumentar inmediatamente el valor de la resistencia de sintonización, por ejemplo, a 39k. Entonces el límite inferior de Ku será 5,454, lo que ya es aceptable.

Bueno, yo, un “verdadero adicto a la radio”, tuve que elegir una recortadora entre las que había disponibles, ¡y tuve suerte de invertir en esa gama! Si tuviera un trimmer de diferente valor no importaría, volvería a calcular R2 y R3, que en mi caso tienen una tolerancia del 5%, así no tendría que coger otro trimmer.

Superar tus carencias y omisiones

Parecería que todo está pensado y calculado: agregue una tarifa. ¡Probemos primero este diseño en una placa de pruebas! ¡Dicho y hecho! Ku no se está reconstruyendo como se esperaba, pero sí dentro de los límites de lo necesario. Sin embargo, el indicador no iba a mostrar 0,00 cuando no hubiera corriente de carga. En primer lugar, sospeché que el programa estaba en el MK, pero cuando la entrada del ADC tuvo un cortocircuito en el cable común, aparecieron los preciados ceros. Esto significa que algo llega a la entrada del MK, además de cero voltios. Las pruebas con un multímetro confirmaron esta suposición y establecieron la siguiente tarea. Sin entrar en detalles de mi investigación, sólo describiré el resultado.

La razón resultó ser la siguiente: no tomé en cuenta en absoluto que el amplificador operacional que utilicé estaba lejos de ser de la mejor calidad. Ni siquiera se llama así. "carril a carril". Esto significa que su potencial de producción nunca alcanzará ninguno de los polos de suministro, es decir, ¡En mi caso nunca será igual a 0 voltios! Ahora bien, si estuviera alimentado por una fuente bipolar, entonces la salida sería el cero esperado. Pero mi fuente de alimentación es unipolar y no pretendía complicar el circuito con ningún convertidor. La solución se encontró en la creación de una “tierra virtual”, es decir. Gracias a una fuente de alimentación independiente (a diferencia del circuito básico), pude utilizar un diodo para cambiar el potencial del cable común en relación con el polo negativo de la batería.

Entonces, el tablero está grabado y soldado. Es hora de empaquetar este diseño en un estuche. Lo cual, de hecho, se hizo. Sin embargo, durante la operación, surgió otro pequeño defecto: la deriva de los circuitos de entrada del amplificador operacional. Esto se expresó en un cambio negativo en las lecturas, es decir. Con una corriente de un par de decenas de miliamperios, el indicador todavía mostraba ceros, ¡lo cual no me convenía! Permitiría un cambio de varios mA; aún así no se muestran las unidades de miliamperios. Tuve que introducir un circuito de polarización en la entrada de la NU.

Las clasificaciones de R4 y RZ se seleccionan de manera que proporcionen una polarización de más/menos varias decenas de milivoltios en relación con la “tierra virtual”. No tenía ningún deseo de rehacer el tablero terminado y agregué el divisor ajustable necesario en lugar del ajustador Ku.

En general, el dispositivo resultante satisface mis necesidades. Por supuesto, se puede mejorar durante mucho tiempo, ¡pero aún no es necesario!

La próxima vez hablaré sobre la parte digital y las matemáticas usando el ejemplo de un voltímetro en una fuente de alimentación de laboratorio.

Un dispositivo bastante simple que mide voltaje, corriente y muestra la potencia total consumida por la carga a una frecuencia de 50 Hz.

Durante los trabajos de reparación o al verificar y probar dispositivos nuevos, a menudo es necesario suministrar voltaje desde el LATR y es necesario controlar el voltaje y la corriente. Para estos fines, se desarrolló y ensambló un voltímetro-amperímetro en un microcontrolador con un indicador LCD. Dado que se miden el voltaje y la corriente, la potencia total se calcula fácilmente. El resultado es un medidor muy compacto.
Especificaciones
1. Los límites de cambio en el voltaje medido son de 0 a 255 voltios, resolución de 0,5 voltios. Las lecturas se muestran en incrementos de 1 voltio.
2. Límites para cambiar la corriente medida 0 – 10 Amperios, resolución 20 mA. Las lecturas se muestran en incrementos de 10 mA.
3. La potencia aparente se calcula como el producto de la corriente y el voltaje y solo se muestra el valor entero en voltios-amperios.

Diagrama esquemático

Fragmento excluido. Nuestra revista existe gracias a las donaciones de los lectores. La versión completa de este artículo sólo está disponible

Aplicado en el esquema. Medición directa de voltaje y corriente CA. microcontrolador.
El voltaje medido a través del divisor R7, R9, R12 y C12 se suministra a la entrada del microcontrolador a través del condensador C10. El condensador C12, junto con el divisor de tensión de entrada, forma un circuito integrador que evita la penetración del ruido impulsivo.

La corriente medida fluye a través de la derivación R1, el voltaje extraído es amplificado por el amplificador operacional y, a través del circuito R8 y C8, se suministra a la entrada del microcontrolador. La primera etapa en OP1 es un amplificador inversor con un condensador integrador C3 en el circuito de retroalimentación. Debido al hecho de que la oscilación de voltaje eliminada del OP1 debe ser de aproximadamente 5 voltios, el chip amplificador recibe mayor potencia (9-15 voltios). La segunda etapa del OP2 se conecta mediante un repetidor y no tiene características especiales. El condensador C3 sirve para reducir la interferencia durante el funcionamiento del ADC del microcontrolador.

Las entradas de medición RA0 y RA1 reciben una polarización estabilizada constante de 2,5 voltios a través de las resistencias R11 y R13. Este voltaje le permite medir correctamente los semiciclos positivos y negativos de los voltajes de entrada.
Se conecta una pantalla LCD al microcontrolador PIC16F690 y muestra 2 líneas de 16 caracteres. La resistencia R14 se utiliza para establecer el contraste óptimo de la pantalla. La resistencia R15 determina la corriente de retroiluminación de la pantalla.
El dispositivo se alimenta desde un transformador independiente de 9-12 voltios. El estabilizador de potencia de +5 voltios está ensamblado en un chip 78L05 y no tiene características especiales.

Encendí el dispositivo desde el adaptador del teléfono. Debido a que la placa tiene su propio puente Br1, la polaridad de la conexión no importa. Es importante que el voltaje a través del condensador C4 esté entre 10 y 15 voltios.

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Igor Kotov, editor jefe de la revista Datagor

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