اندازه گیری جریان AC با استفاده از avr. نحوه اندازه گیری ولتاژ منفی با استفاده از ADC

یک ولت متر ولتاژ متناوب ساده با فرکانس 50 هرتز به شکل یک ماژول داخلی ساخته شده است که می تواند به صورت جداگانه یا ساخته شده در یک دستگاه تمام شده استفاده شود.
ولت متر بر روی یک میکروکنترلر PIC16F676 و یک نشانگر 3 رقمی مونتاژ شده است و شامل قطعات زیادی نیست.

مشخصات اصلی ولت متر:
شکل ولتاژ اندازه گیری شده سینوسی است
حداکثر مقدار ولتاژ اندازه گیری شده 250 ولت است.
فرکانس ولتاژ اندازه گیری شده - 40…60 هرتز.
وضوح نمایش نتیجه اندازه گیری 1 ولت است.
ولتاژ تغذیه ولت متر 7…15 ولت است.
میانگین مصرف جریان - 20 میلی آمپر
دو گزینه طراحی: با و بدون منبع تغذیه در هیئت مدیره
PCB یک طرفه
طراحی فشرده
نمایش مقادیر اندازه گیری شده بر روی یک نشانگر LED 3 رقمی

نمودار شماتیک یک ولت متر برای اندازه گیری ولتاژ متناوب

اندازه گیری مستقیم ولتاژ متناوب با محاسبه بعدی مقدار و خروجی آن به نشانگر انجام شد. ولتاژ اندازه گیری شده به تقسیم کننده ورودی ساخته شده در R3، R4، R5 و از طریق خازن جداکننده C4 به ورودی ADC میکروکنترلر عرضه می شود.

مقاومت های R6 و R7 ولتاژ 2.5 ولت (نصف توان) را در ورودی ADC ایجاد می کنند. خازن C5 با ظرفیت نسبتاً کم، ورودی ADC را دور می زند و به کاهش خطاهای اندازه گیری کمک می کند. میکروکنترلر عملکرد نشانگر را در حالت پویا بر اساس وقفه های تایمر سازماندهی می کند.

--
با تشکر از توجه شما!
ایگور کوتوف، سردبیر مجله دیتاگور

▼ 🕗 01/07/14 ⚖️ 19.18 کیلوبایت ⇣ 239 سلام، خواننده!نام من ایگور است، من 45 سال دارم، من یک سیبری هستم و یک مهندس الکترونیک آماتور مشتاق هستم. من این سایت فوق العاده را از سال 2006 ایجاد کردم، ایجاد کردم و از آن نگهداری می کنم.
بیش از 10 سال است که مجله ما فقط با هزینه من وجود دارد.

خوب! رایگان تمام شد. اگر فایل ها و مقالات مفیدی می خواهید، به من کمک کنید!

اتصال سنسور جریان به میکروکنترلر

پس از آشنایی با مبانی تئوری، می توانیم به موضوع خواندن، تبدیل و تجسم داده ها برویم. به عبارت دیگر یک جریان سنج DC ساده طراحی خواهیم کرد.

خروجی آنالوگ سنسور به یکی از کانال های ADC میکروکنترلر متصل می شود. تمام تبدیل ها و محاسبات لازم در برنامه میکروکنترلر انجام می شود. برای نمایش داده ها از نشانگر LCD کاراکتری 2 خطی استفاده می شود.

طراحی تجربی

برای آزمایش با یک سنسور جریان، لازم است ساختار را طبق نمودار نشان داده شده در شکل 8 جمع آوری کنید. نویسنده برای این کار از یک تخته نان برد و یک ماژول مبتنی بر میکروکنترلر استفاده کرده است (شکل 9).

ماژول سنسور جریان ACS712-05B را می توان به صورت آماده خریداری کرد (در eBay بسیار ارزان به فروش می رسد) یا می توانید آن را خودتان بسازید. ظرفیت خازن فیلتر 1 nF انتخاب شده است و یک خازن مسدود کننده 0.1 μF برای منبع تغذیه نصب شده است. برای نشان دادن قدرت، یک LED با یک مقاومت خاموش کننده لحیم شده است. منبع تغذیه و سیگنال خروجی سنسور به کانکتور در یک طرف برد ماژول متصل است، یک کانکتور 2 پین برای اندازه گیری جریان جریان در طرف مقابل قرار دارد.

برای آزمایش های اندازه گیری جریان، یک منبع ولتاژ ثابت قابل تنظیم را از طریق یک مقاومت سری 2.7 اهم / 2 وات به پایانه های اندازه گیری جریان سنسور متصل می کنیم. خروجی سنسور به پورت RA0/AN0 (پایین 17) میکروکنترلر متصل است. یک نشانگر LCD کاراکتری دو خطی به پورت B میکروکنترلر متصل است و در حالت 4 بیتی کار می کند.

میکروکنترلر با ولتاژ +5 ولت تغذیه می شود، همان ولتاژ به عنوان مرجع برای ADC استفاده می شود. محاسبات و تبدیل های لازم در برنامه میکروکنترلر انجام می شود.

عبارات ریاضی مورد استفاده در فرآیند تبدیل در زیر آورده شده است.

حساسیت سنسور جریان Sens = 0.185 V/A. با منبع تغذیه Vcc = 5 V و ولتاژ مرجع Vref = 5 V، روابط محاسبه شده به صورت زیر خواهد بود:

کد خروجی ADC

از این رو

در نتیجه، فرمول محاسبه جریان به صورت زیر است:

یادداشت مهم. روابط فوق بر اساس این فرض است که ولتاژ منبع تغذیه و ولتاژ مرجع برای ADC برابر با 5 ولت است. با این حال، آخرین عبارت مربوط به جریان I و تعداد کد خروجی ADC حتی اگر ولتاژ منبع تغذیه نوسان داشته باشد، معتبر باقی می ماند. این در بخش نظری توضیحات مورد بحث قرار گرفت.

از آخرین عبارت می توان دریافت که وضوح فعلی سنسور 26.4 میلی آمپر است که مربوط به 513 نمونه ADC است که یک نمونه بیشتر از نتیجه مورد انتظار است. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که این پیاده‌سازی اجازه اندازه‌گیری جریان‌های کوچک را نمی‌دهد. برای افزایش وضوح و حساسیت هنگام اندازه گیری جریان های کوچک، باید از تقویت کننده عملیاتی استفاده کنید. نمونه ای از چنین مداری در شکل 10 نشان داده شده است.

برنامه میکروکنترلر

برنامه میکروکنترلر PIC16F1847 به زبان C نوشته شده و در محیط mikroC Pro (mikroElektronika) کامپایل شده است. نتایج اندازه گیری بر روی یک نشانگر LCD دو خطی با دقت دو رقم اعشار نمایش داده می شود.

خارج شوید

با جریان ورودی صفر، ولتاژ خروجی ACS712 باید کاملاً Vcc/2 باشد، یعنی. عدد 512 باید از روی ADC خوانده شود. رانش ولتاژ خروجی سنسور به میزان 4.9 میلی ولت باعث می شود که نتیجه تبدیل به میزان 1 بیت کم اهمیت ADC جابجا شود (شکل 11). (برای Vref = 5.0 V، وضوح ADC 10 بیتی 5/1024 = 4.9 میلی ولت خواهد بود)، که مربوط به 26 میلی آمپر جریان ورودی است. توجه داشته باشید که برای کاهش تأثیر نوسانات، توصیه می شود چندین اندازه گیری انجام دهید و سپس نتایج آنها را میانگین کنید.

اگر ولتاژ خروجی منبع تغذیه تنظیم شده برابر با 1 ولت تنظیم شود، از طریق
مقاومت باید جریانی در حدود 370 میلی آمپر داشته باشد. مقدار جریان اندازه گیری شده در آزمایش 390 میلی آمپر است که یک واحد از کمترین رقم ADC از نتیجه صحیح بیشتر است (شکل 12).

شکل 12.

در ولتاژ 2 ولت، نشانگر 760 میلی آمپر را نشان می دهد.

این بحث ما در مورد سنسور جریان ACS712 به پایان می رسد. با این حال، ما به یک موضوع دیگر اشاره نکردیم. چگونه با استفاده از این سنسور جریان AC را اندازه گیری کنیم؟ به خاطر داشته باشید که سنسور یک پاسخ آنی مربوط به جریان عبوری از کابل های تست را ارائه می دهد. اگر جریان در جهت مثبت جریان یابد (از پایه های 1 و 2 به پایه های 3 و 4)، حساسیت سنسور مثبت و ولتاژ خروجی بیشتر از Vcc/2 است. در صورت تغییر جهت جریان، حساسیت منفی خواهد بود و ولتاژ خروجی سنسور به زیر سطح Vcc/2 می رسد. این بدان معنی است که هنگام اندازه گیری سیگنال AC، ADC میکروکنترلر باید به اندازه کافی سریع نمونه برداری کند تا بتواند مقدار RMS جریان را محاسبه کند.

دانلودها

کد منبع برنامه میکروکنترلر و فایل برای سیستم عامل -

ولت متر AC

N. OSTROUKHOV، Surgut

در این مقاله یک ولت متر ولتاژ متناوب توضیح داده شده است. روی آن مونتاژ می شود
میکروکنترلر و می تواند به عنوان یک دستگاه اندازه گیری مستقل استفاده شود
یا به عنوان یک ولت متر داخلی در یک ژنراتور فرکانس پایین.

ولت متر پیشنهادی طراحی شده است
برای اندازه گیری ولتاژ متناوب سینوسی با فرکانس از 1 هرتز تا
800 کیلوهرتز فاصله ولتاژ اندازه گیری شده - 0…3 ولت (یا 0…30 ولت با خارجی
تقسیم کننده ولتاژ 1:10). نتیجه اندازه گیری در نمایش داده می شود
نشانگر LED چهار رقمی دقت اندازه گیری تعیین می شود
پارامترهای ADC تعبیه شده در میکروکنترلر و منبع مرجع
ولتاژ و برابر با 2 میلی ولت (برای بازه 0...3 ولت) است. برق ولت متر توسط
منبع ولتاژ تثبیت شده 5 ولت و مصرف جریان 40...65 میلی آمپر ولت
بسته به نشانگر مورد استفاده و روشنایی درخشش آن. مصرف فعلی
از مبدل قطبیت داخلی، از 5 میلی آمپر تجاوز نمی کند.

دستگاه شامل (نگاه کنید به نمودار در
برنج. 1) شامل یک مبدل ولتاژ AC-DC، یک بافر است
تقویت کننده ولتاژ DC، ولت متر دیجیتال و مبدل
قطبیت ولتاژ منبع تغذیه مبدل ولتاژ AC به AC
ثابت جمع آوری شده در مقایسه کننده DA1، مولد پالس روی عناصر
DD1.1-DD1.4 و ترانزیستور سوئیچینگ VT1. بیایید به کار او نگاه کنیم
جزئیات بیشتر. بیایید فرض کنیم هیچ سیگنالی در ورودی دستگاه وجود ندارد. سپس تنش
در ورودی معکوس مقایسه کننده DA1 برابر با صفر است و در ورودی غیر معکوس تعیین می شود.
تقسیم کننده ولتاژ R19R22 و با رتبه بندی های نشان داده شده در نمودار حدود 80- است.
mV در این حالت سطح پایینی در خروجی مقایسه کننده وجود دارد که
به مولد پالس اجازه می دهد تا کار کند. ویژگی ژنراتور این است که وقتی
هر افت ولتاژ در خروجی مقایسه کننده DA1 در خروجی ژنراتور (پایه 8
عنصر DD1.2) یک پالس تولید می شود. اگر تا زمانی که فروکش کرد یک روز تعطیل است
وضعیت مقایسه کننده تغییر نمی کند، پالس بعدی تولید می شود و غیره.

مدت زمان پالس ها بستگی دارد
مقادیر عناصر R16، C5 و تقریباً 0.5 میکرو ثانیه است. در سطح پایین
ولتاژ در خروجی عنصر DD1.2، ترانزیستور VT1 باز می شود. فرقه ها
مقاومت های R17، R18 و R20 به گونه ای انتخاب می شوند که از طریق یک ترانزیستور باز باشد
جریان 10 میلی آمپر جریان داشت که خازن های C8 و C11 را شارژ می کند. در طول مدت اعتبار
هر پالس این خازن ها را کسری از میلی ولت شارژ می کند. در حالت ثابت
حالت، ولتاژ روی آنها از -80 میلی ولت به صفر افزایش می یابد، نرخ تکرار
پالس های ژنراتور کاهش می یابد و پالس های جریان کلکتور ترانزیستور VT1 کاهش می یابد
فقط تخلیه آهسته خازن C11 را از طریق یک مقاومت جبران می کند
R22. بنابراین، با توجه به جبران کم اولیه منفی،
حتی در صورت عدم وجود سیگنال ورودی، اینورتر به طور معمول کار می کند
حالت هنگامی که یک ولتاژ ورودی AC به دلیل تغییر در نرخ تکرار اعمال می شود
پالس های ژنراتور، ولتاژ خازن C11 مطابق با تغییر می کند
دامنه سیگنال ورودی فیلتر پایین گذر R21C12 ولتاژ خروجی را صاف می کند
مبدل لازم به ذکر است که تنها
نیمه موج مثبت ولتاژ ورودی، بنابراین اگر نامتقارن باشد
نسبت به صفر، یک خطای اضافی ایجاد می شود.

تقویت کننده بافر با بهره
چرخ دنده های 1.2 روی op-amp DA3 مونتاژ می شوند. دیود VD1 متصل به خروجی آن محافظت می کند
ورودی میکروکنترلر از ولتاژ قطب منفی. از خروجی op-amp DA3
از طریق تقسیم کننده های ولتاژ مقاومتی R1R2R3 و R4R5 ولتاژ ثابت
به خطوط PC0 و PC1 میکروکنترلر DD2 می رسد که به صورت پیکربندی شده اند
ورودی های ADC خازن های C1 و C2 علاوه بر این تداخل و تداخل را سرکوب می کنند. در حقیقت
ولت متر دیجیتال روی یک میکروکنترلر DD2 مونتاژ می شود که از آن استفاده می کند
ADC داخلی 10 بیتی و منبع ولتاژ مرجع داخلی 1.1 ولت.

برنامه برای میکروکنترلر
با استفاده از محیط BASCOM-AVR نوشته شده و اجازه استفاده از سه یا را می دهد
نشانگرهای LED دیجیتال چهار رقمی با آند مشترک یا مشترک
کاتد و به شما امکان نمایش جریان (برای سیگنال سینوسی) یا
مقدار دامنه ولتاژ سیگنال ورودی، و همچنین تغییر روشنایی
چراغ نشانگر سطح منطقی سیگنال در خط PC3 نوع اعمال را مشخص می کند
نشانگر - با یک آند مشترک (کم) یا با یک کاتد مشترک (بالا) و روی خط
PC4 تعداد ارقام آن است، چهار رقم برای کم و سه رقم برای زیاد. برنامه
در ابتدای کار، یک بار سطوح سیگنال را در این خطوط می خواند و تنظیم می کند
میکروکنترلر برای کار با نشانگر مربوطه. برای چهار بیت
نشانگر، نتیجه اندازه گیری به شکل X.ХХХ (B) برای یک عدد سه رقمی نمایش داده می شود
- XXX (mV) تا 1 ولت و Х.ХХ (V)، اگر ولتاژ بیشتر از 1 ولت باشد. هنگام استفاده
یک نشانگر سه رقمی، پایانه های ارقام آن به عنوان پایانه های سه رقمی متصل می شوند
مهم ترین بیت های چهار بیتی در شکل. 1.

سطح سیگنال در خط PC2 کنترل می شود
ضرب کردن نتیجه اندازه گیری در 10، که هنگام استفاده از خارجی ضروری است
تقسیم کننده ولتاژ 1:10. هنگامی که سطح پایین است، نتیجه سیگنال در ضرب نمی شود
خط PB6 روشنایی نشانگر را کنترل می کند؛ در سطح بالایی آن را
کاهش می دهد. تغییر در روشنایی در نتیجه تغییر در نسبت بین رخ می دهد
زمان روشن شدن و زمان خاموش شدن نشانگر در هر چرخه اندازه گیری.
با ثابت های مشخص شده در برنامه، روشنایی تقریباً دو بار تغییر می کند.
مقدار موثر ولتاژ ورودی هنگام اعمال به خط PB7 نمایش داده می شود
سطح و دامنه بالا - کم. سطوح سیگنال در خطوط RS2، PB6 و
برنامه PB7 اندازه‌گیری‌ها را در هر چرخه تجزیه و تحلیل می‌کند و بنابراین می‌توان آن‌ها را انجام داد
در هر زمان تغییر کرد، که برای آن استفاده از سوئیچ ها راحت است. مدت زمان
یک سیکل اندازه گیری برابر با 1.1 ثانیه است. در این مدت، ADC حدود 1100 را انجام می دهد
نمونه ها، حداکثر یک انتخاب می شود و در صورت لزوم ضرب می شود
ضریب مورد نیاز

برای اندازه گیری ثابت
ولتاژ برای یک اندازه گیری برای کل چرخه و برای متناوب کافی است
با فرکانس کمتر از 500 هرتز، ولتاژ خازن C8. C11 به طور قابل توجهی تغییر می کند
در طول چرخه بنابراین، 1100 اندازه گیری در فواصل 1 میلی ثانیه اجازه می دهد
حداکثر مقدار را برای دوره ثبت کنید. مبدل قطبی
ولتاژ تغذیه بر روی تراشه DA2 مطابق مدار استاندارد مونتاژ می شود. روز مرخصی اوست
ولتاژ -5 ولت قدرت مقایسه کننده DA1 و op-amp DA3. کانکتور XP2 برای
برنامه نویسی درون سخت افزاری میکروکنترلر

ولت متر از ثابت استفاده می کند
مقاومت های C2-23، MLT، تنظیم - سری Bourns 3296، اکسید
خازن ها وارداتی هستند بقیه K10-17 هستند. ریز مدار 74AC00 می تواند باشد
با KR555LAZ، ترانزیستور KT361G - با هر یک از سری KT3107 جایگزین کنید. دیود 1N5818
با هر دیود ژرمانیوم یا شاتکی با جریان مستقیم مجاز حداقل جایگزین کنید
50 میلی آمپر جایگزین تراشه ICL7660 برای نویسنده ناشناخته است، اما مبدل
قطبیت ولتاژ +5/-5 ولت را می توان با توجه به یکی از موارد منتشر شده در جمع آوری کرد
طرح های مجله "رادیو". علاوه بر این، مبدل را می توان حذف کرد
به طور کامل، با استفاده از منبع تغذیه تثبیت شده دوقطبی. بخصوص
شما باید روی انتخاب یک مقایسه کننده تمرکز کنید، زیرا محدوده به آن بستگی دارد
فرکانس های عملیاتی انتخاب مقایسه کننده LM319 (آنالوگ KA319، LT319) به دلیل دو
معیارها - سرعت و در دسترس بودن لازم. مقایسه کننده های LM306،
LM361، LM710 سریعتر هستند، اما معلوم شد که به دست آوردن آنها دشوارتر است، زیرا
علاوه بر این، آنها گران تر هستند. در دسترس تر LM311 (آنالوگ داخلی KR554SAZ) و
LM393. همانطور که انتظار می رود هنگام نصب مقایسه کننده LM311 در دستگاه،
محدوده فرکانس به 250 کیلوهرتز کاهش یافت. مقاومت R6 نسبتا
مقاومت کمی از دستگاه به عنوان یک توکار استفاده می شد
ولت متر در ژنراتور ووفر هنگام استفاده از دستگاه در یک متر مستقل، آن را
مقاومت را می توان افزایش داد، اما خطای اندازه گیری به دلیل نسبتاً افزایش می یابد
جریان ورودی بزرگ مقایسه کننده DA1.

مدار تقسیم کننده ولتاژ 1:10
در شکل نشان داده شده است. 2. در اینجا وظایف مقاومت R2 در تقسیم کننده توسط مقاومت انجام می شود
R6 (شکل 1 را ببینید). تقسیم کننده ولتاژ به ترتیب خاصی تنظیم می شود.
پالس های مستطیلی با فرکانس چند کیلوهرتز به ورودی آن عرضه می شود.
دامنه 2...3 ولت (چنین سیگنال کالیبراسیون در بسیاری از آنها موجود است
اسیلوسکوپ ها)، و ورودی اسیلوسکوپ به خروجی (به پایه 5 DA1) متصل می شود. تنظیم
خازن C1 به شکل پالس مستطیلی می رسد. اسیلوسکوپ به شرح زیر است
با تقسیم کننده ولتاژ ورودی 1:10 استفاده کنید. تمام قطعات به جز نشانگر نصب شده اند
روی یک برد مدار نمونه با ابعاد 100×70 میلی متر با استفاده از سیم
نصب و راه اندازی ظاهر یکی از گزینه های دستگاه در شکل نشان داده شده است. 3. برای
برای سهولت اتصال نشانگر دیجیتال، از یک رابط استفاده می شود (در نمودار نشان داده نشده است
نشان داده شده). در حین نصب، سیم مشترک دوشاخه ورودی XP1 و پایانه های خازن مربوطه
C8، C10، C11 و C13 باید در یک مکان با سیم به سیم مشترک متصل شوند.
حداقل طول عناصر VT1، R20، C8، C10، C11 و C13 و مقایسه کننده DA1
باید تا حد امکان فشرده قرار گیرد، خازن های C3، C6 - تا حد امکان
نزدیک تر به پایانه های مقایسه کننده DA1 و C4، C14، C15 - به پایانه های میکروکنترلر
DD2. برای راه اندازی، ورودی دستگاه بسته می شود، خروجی مشترک پروب اسیلوسکوپ
به ترمینال مثبت خازن C13 و ترمینال سیگنال به امیتر متصل است
ترانزیستور VT1. یک پالس قطبی منفی باید روی صفحه ظاهر شود
با دامنه حدود 0.6 ولت و مدت زمان 0.5 میکرو ثانیه. اگر به دلیل فرکانس پایین باشد
مشاهده توالی پالس ها مشکل خواهد بود، سپس به طور موقت موازی خواهد بود
یک مقاومت با مقاومت 0.1 ... 1 کیلو اهم به خازن C11 متصل است. ولتاژ
در خازن C12 با یک ولت متر امپدانس بالا کنترل می شود، باید باشد
نزدیک به صفر (بعلاوه یا منهای چند میلی ولت).

ولتاژ خروجی آپ امپ DA3
(که نباید از چند میلی ولت بیشتر شود) با مقاومت R27
برابر با صفر قرار دهید حالت عملکرد مورد نیاز میکروکنترلر
با تامین سطوح مورد نیاز به خطوط PB6، PB7، RS2-RS4، که برای آنها
از طریق مقاومت به یک سیم مشترک یا به یک خط برق +5 ولت متصل می شود
مقاومت 20...30 کیلو اهم. یک نمونه به ورودی دستگاه متصل است
ولت متر و اعمال ولتاژ ثابت 0.95 ... 1 V. مقاومت زیر رشته ای
R4 قرائت هر دو ولت متر را یکسان می کند. سپس ولتاژ افزایش می یابد
2.95...3 ولت و مقاومت R1 دوباره قرائت ها را برابر می کند. مجموعه ای از مقاومت ها
R8-R15 می توانید روشنایی دلخواه نشانگر را تنظیم کنید. ابتدا انتخاب می کنند
نام مورد نیاز تنها یکی از آنها، و سپس بقیه را تنظیم کنید. در
انتخاب، باید به خاطر داشت که حداکثر جریان خروجی پورت اعمال می شود
میکروکنترلر نباید از 40 میلی آمپر تجاوز کند و کل جریان مصرفی - 200 باشد
mA

از ویرایشگر. برنامه میکروکنترلر روی ماست
FTP-cep-vere در ftp://ftp.radio.ru/pub/ 2011/02/Vmetr.zip

پیشگفتار

در زمان‌های قدیم و پیش از دیجیتال، هر یک از ما باید به ابزارهای اندازه‌گیری اشاره‌گر بسنده می‌کردیم، از ساعت‌های معمولی، ترازو شروع می‌شد و با... ختم می‌شد، بنابراین بلافاصله نمی‌توانیم محدودیت استفاده از آنها را پیدا کنیم! خوب، بیایید بگوییم - یک میکروآزمایشگاه دقیق یا حتی چشمگیرتر - picoammeter. و بسته به هدف، کلاس های دقت بسیار زیادی وجود داشت.

مثلاً یک نشانگر معمولی میزان سوخت باک خودرو واضح ترین مثال از حداکثر عدم دقت قرائت هاست! من یک راننده را نمی شناسم که به این "نمایش سنج" تکیه کند و از قبل سوخت گیری نکند. بدبین های بدبین رانندگان هرگز بدون یک قوطی سوخت در صندوق عقب راندند!

اما در آزمایشگاه‌ها، به‌ویژه در کمیته تأیید دولتی، سوئیچ‌کن‌هایی با مقیاس آینه‌ای و کلاس دقت بسیار بهتر از 0.5 وجود داشت.

و تقریباً همه ما راضی و خوشحال بودیم. و اگر راضی نبودند، البته در صورت امکان، ابزار دقیق تری خریدند!

اما اکنون عصر دیجیتال فرا رسیده است. همه ما از آن خوشحال بودیم - اکنون می توانیم بلافاصله اعداد را روی شاخص ها ببینیم و از "دقت" ارائه شده به ما خوشحالیم. علاوه بر این، در دوران مدرن، این «دیجیتال‌های» فراگیر، قیمتی کمتر از «سوئیچ‌کن‌های نادرست» دارند که به امری نادر تبدیل شده‌اند. با این حال، تعداد کمی از مردم فکر می کنند که مقادیر نشان داده شده به ما در اعداد همچنان آنالوگ باقی می مانند، چه وزن باشد و چه قدرت فعلی - مهم نیست. این بدان معنی است که این مقادیر هنوز آنالوگ اندازه گیری می شوند! و فقط برای پردازش و ارائه به یک مقدار دیجیتال تبدیل می شوند. اینجاست که خطاها پنهان می شوند و وقتی دو دماسنج اتاقی متفاوت در یک مکان مقادیر متفاوتی را نشان می دهند، ما را شگفت زده می کند!

مسیر از مقدار اندازه گیری شده به نشانگر

بیایید نگاهی به کل فرآیند اندازه گیری-نشان بیندازیم. علاوه بر این، من عمداً یک کمیت الکتریکی را انتخاب می کنم. اولا ما هنوز در سایت مهندسان الکترونیک هستیم نه فیزیکدان حرارتی یا نانوا، اجازه مقایسه من را ببخشند! ثانیاً، من می خواهم استدلال خود را با مثال هایی از تجربه شخصی تقویت کنم.

اول، من قدرت فعلی را انتخاب می کنم!

من باید این ادعا را تکرار کنم که برای به دست آوردن یک نمایش دیجیتالی از یک کمیت آنالوگ، به مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) نیاز دارید. اما از آنجایی که به خودی خود هنوز برای ما کاربرد کمی دارد، برای تکمیل همه چیز برنامه ریزی شده به گره های دیگری نیاز خواهیم داشت. برای مثال:

1. در مقابل خود ADC، به یک دستگاه نرمال کننده نیاز دارید، مثلاً: یک تقویت کننده یا تضعیف کننده نرمال کننده، بسته به نسبت مقدار ورودی به محدوده تبدیل ADC.
2. رمزگشا پس از ADC، برای نشان دادن معادل عددی تبدیل شده به کد دیجیتال نشانگر مربوطه.

میکرو مدارهای آماده ای وجود دارند که هم یک ADC و هم یک رمزگشا را ترکیب می کنند. به عنوان مثال، ICL7136 یا مشابه، که در مولتی متر استفاده می شود.

در اصل، همه این گره ها به یک شکل یا شکل دیگر به سادگی ضروری هستند. من هنوز نام خود سنسور را نگفتم - در این مورد، مبدل جریان به ولتاژ، یا به سادگی یک شنت.

بنابراین، اجازه دهید به طور خلاصه کل زنجیره را مرور کنیم. جریان عبوری از یک شنت (یک مقاومت قدرتمند با مقاومت بسیار کم) باعث ایجاد اختلاف پتانسیل در قطب های آن می شود. گوتن تگ، آقا اهم! اما این تفاوت بسیار کم است و هر ADC قادر به تبدیل کامل این مقدار نیست، بنابراین سیگنال (ولتاژ) از شنت باید به مقدار قابل قبولی تقویت شود. به همین دلیل است که یک تقویت کننده نرمال کننده مورد نیاز است. اکنون ADC با دریافت یک ولتاژ قابل هضم در ورودی، تبدیل را با حداقل خطای ممکن انجام می دهد. در خروجی آن عددی مربوط به مقدار فعلی جریان اندازه گیری شده در محدوده انتخاب شده را دریافت می کنیم که باید بر این اساس رمزگشایی شود تا روی نشانگر نمایش داده شود. به عنوان مثال، آن را به یک کد نشانگر هفت بخش تبدیل کنید.

در اینجا من نیازی به پرداختن به جزئیات بیشتر در مورد هر یک از مراحل فوق نمی بینم ، زیرا در مقاله هدف متفاوتی را دنبال می کنم. و جزئیات را می توان به وفور در اینترنت یافت.

مشخصات

من به اصطلاح دارم بار الکترونیکی با نشانگر جریان جریان. یک نمودار اساسی از خود بار وجود دارد، اما در آنجا به یک آمپرمتر خارجی برای تنظیم دقیق تر جریان نیاز خواهید داشت. تصمیم گرفتم هر دو دستگاه را به هم وصل کنم تا در فضا صرفه جویی کنم و یک دسته کامل مولتی متر نداشته باشم.

آمپر متر داخلی من روی Tiny26L MK مونتاژ و برنامه ریزی شده است. بخشی از این آمپرمتر آپ امپ دوم (رایگان) تراشه LM358 است که بخشی از مدار پایه بالاست است. آن ها این تقویت کننده استاندارد من است زیرا حداکثر افت ولتاژ در سراسر شنت (5A x 0.1 اهم) تنها 0.5 ولت است، که به وضوح برای محدوده تبدیل کامل با ولتاژ مرجع داخلی کافی نیست.

به گفته T.O. (انگلیسی = Datasheet) ولتاژ نامی منبع مرجع داخلی (ION) 2.56 ولت است. اندازه بسیار مناسب! با این حال، در عمل چندان عالی به نظر نمی رسد: ولتاژ تنظیم شده ION MK من 2.86 ولت است! اینکه من این را چگونه تشخیص دادم یک موضوع جداگانه است. بیایید همچنان به ولتاژ مناسب 2.56 ولت برگردیم. ببینید چه اتفاقی می‌افتد: حداکثر 0.5 ولت روی شنت افت می‌کند، ADC حداکثر 2.56 ولت را تبدیل می‌کند. یک تقویت‌کننده نرمال‌کننده با بهره 5 خود را نشان می‌دهد، سپس عددی که در طول تبدیل به دست می‌آید برای نشان دادن نتیجه به هیچ محاسبات پیشرفته‌ای نیاز نخواهد داشت: 5 آمپر = 2.5 ولت = 250 واحد (برای تبدیل 8 بیتی). شما فقط باید نتیجه را در دو ضرب کنید و یک نقطه اعشار بین صدها و ده ها قرار دهید تا یک نمایش بسیار راحت بدست آورید: واحد، دهم و صدم آمپر. تبدیل نهایی به علائم هفت بخش یک موضوع فناوری است. همه چیز خوب است، می توانید آن را در سخت افزار پیاده سازی کنید!

با این حال، همانطور که قبلاً با مثال ION داخلی نشان دادم، به دست آوردن دقت قابل قبول (بدون ذکر بالا!) با اجزای مورد استفاده چندان آسان نیست. شما می توانید با استفاده از برنامه ای در MK مسیر جبران خطاها را به صورت ریاضی انتخاب کنید، اگرچه این به کالیبراسیون نیاز دارد. این مسیر به راحتی در C و سایر زبان های سطح بالا پیاده سازی می شود. اما برای من، یک مونتاژکننده سرسخت، سر و کله زدن با ریاضیات با استفاده از دستورالعمل های RISC یک سردرد اضافی است!

من یک مسیر متفاوت را انتخاب کردم - تصحیح بهره تقویت کننده نرمال کننده (NA). برای این کار چیز زیادی نیاز ندارید - یک مقاومت اصلاح کننده! مقدار آن باید به درستی انتخاب شود تا محدوده تنظیم کافی باشد، اما اغراق آمیز نباشد.

انتخاب عناصر تقویت کننده نرمال کننده

بنابراین، تعیین محدوده تنظیم ضروری است. اولین قدم تعیین تلرانس اجزاء است. به عنوان مثال، شانت من تحمل خطا 1٪ دارد. سایر مقاومت ها در مدار تقویت کننده نرمال کننده ممکن است تا 10% تحمل داشته باشند. و عدم دقت ION ما را فراموش نکنید که در مورد من تقریباً 12٪ بود! این بدان معنی است که تعداد واقعی تبدیل شده تقریباً 12٪ کمتر خواهد بود. اما از آنجایی که من از قبل این خطا را می دانم، آن را در بهره NU که باید 5.72 باشد، لحاظ می کنم. و از آنجایی که خطاهای واقعی سایر مؤلفه ها مشخص نیست، برای محاسبه محدوده تنظیم، باید حداکثر خطای ممکن را پیدا کرد.

یک مجموع ساده از این "درصد" خود را نشان می دهد: 1٪ از شنت به علاوه 2 برابر 10٪ از مقاومت های فیدبک آپ امپ. مجموع: 21 درصد

بیایید ببینیم که آیا واقعاً چنین است یا خیر. برای انجام این کار، اجازه دهید نگاهی به بخشی از نمودار بیندازیم که در آن این NU با مقادیر از قبل انتخاب شده ارائه شده است:

همانطور که می بینید، یک تقویت کننده غیر معکوس با ضریب انتقال قابل تنظیم وجود دارد که از نظر تئوری از 4.979 تا 6.735 در رتبه های نشان داده شده در نمودار قابل تنظیم است. اما اگر 10% خطای احتمالی هر یک از مقاومت ها را در نظر بگیریم، با بدترین ترکیب، Ku = 5.864 - 8.009 به دست می آید، که به وضوح از ضریب لازم فراتر می رود! اگر این ترکیب رخ دهد، باید فرقه های دیگر را انتخاب کنید. بهتر است بلافاصله مقدار مقاومت تنظیم را به عنوان مثال به 39k افزایش دهید. سپس حد پایین Ku 5.454 خواهد بود که در حال حاضر قابل قبول است.

خوب، من - یک "مصرف واقعی رادیو" - مجبور شدم از بین آنچه در دسترس بود یک ماشین اصلاح انتخاب کنم و به سادگی خوش شانس بودم که در محدوده سرمایه گذاری کردم! اگر تریمر با ارزش دیگری داشتم، مهم نبود، R2 و R3 را دوباره محاسبه می‌کردم، که در مورد من تلورانس 5 درصدی دارند، بنابراین مجبور نبودم تریمر دیگری مصرف کنم.

غلبه بر کاستی ها و کوتاهی های خود

به نظر می رسد که همه چیز فکر و محاسبه شده است - هزینه اضافه کنید. بیایید ابتدا این طرح را روی تخته نان تست کنیم! زودتر گفته شد! Ku نه کاملاً همانطور که انتظار می رود، بلکه در محدوده آنچه لازم است بازسازی می شود. با این حال، زمانی که جریان بار وجود نداشت، نشانگر قرار نبود 0.00 را نشان دهد! اول از همه، من مشکوک بودم که برنامه در MK باشد، اما وقتی ورودی ADC به سیم مشترک اتصال کوتاه شد، صفرهای با ارزش ظاهر شدند. این بدان معنی است که چیزی به غیر از صفر ولت به ورودی MK می آید. آزمایش با مولتی متر این فرض را تأیید کرد و کار بعدی را تعیین کرد. بدون پرداختن به جزئیات تحقیقم، فقط نتیجه را شرح می دهم.

دلیل این امر به شرح زیر بود: من کاملاً در نظر نگرفتم که op-amp مورد استفاده من از بهترین کیفیت بسیار دور است. او حتی به اصطلاح نیست. "راه آهن به ریل". این بدان معنی است که پتانسیل خروجی آن هرگز به هیچ یک از قطب های عرضه نخواهد رسید. در مورد من هرگز برابر با 0 ولت نخواهد بود! حال اگر از یک منبع دوقطبی تغذیه می‌شد، خروجی صفر مورد انتظار خواهد بود. اما منبع تغذیه من تک قطبی است و قصد نداشتم مدار را با هیچ مبدلی پیچیده کنم. راه حل در ایجاد یک "سرزمین مجازی" یافت شد. به لطف منبع تغذیه جداگانه (بر خلاف مدار اصلی)، من توانستم از یک دیود برای تغییر پتانسیل سیم مشترک نسبت به قطب منفی باتری استفاده کنم.

بنابراین، تخته اچ شده و لحیم می شود. وقت آن است که این طرح را در یک کیس بسته بندی کنیم. که در واقع انجام شد. با این حال ، در حین کار ، یک نقص کوچک دیگر ظاهر شد - رانش مدارهای ورودی op-amp. این در یک تغییر منفی در قرائت ها بیان شد، یعنی. در جریان چند ده میلی آمپری، نشانگر هنوز صفرها را نشان می داد که برای من مناسب نبود! من تغییر چند میلی آمپر را مجاز می کنم - هنوز واحدهای میلی آمپر نمایش داده نمی شوند. من مجبور شدم یک مدار بایاس را به ورودی NU معرفی کنم.

رتبه‌بندی‌های R4 و RZ طوری انتخاب می‌شوند که بایاس مثبت/منفی چند ده میلی ولت نسبت به "زمین مجازی" ارائه شود. من هیچ تمایلی به بازسازی برد تمام شده نداشتم و تقسیم کننده قابل تنظیم لازم را به جای تنظیم کننده Ku اضافه کردم.

به طور کلی، دستگاه به دست آمده نیازهای من را برآورده می کند. البته برای مدت طولانی قابل بهبود است اما هنوز نیازی نیست!

من دفعه بعد در مورد بخش دیجیتال و ریاضیات با استفاده از مثال یک ولت آمپر متر در منبع تغذیه آزمایشگاهی صحبت خواهم کرد.

یک دستگاه نسبتا ساده که ولتاژ، جریان را اندازه گیری می کند و کل توان مصرف شده توسط بار را در فرکانس 50 هرتز نشان می دهد.

در حین تعمیر و یا هنگام بررسی و تست دستگاه های جدید، اغلب نیاز به تامین ولتاژ از LATR است و کنترل ولتاژ و جریان ضروری است. برای این منظور، یک ولت متر-آمپر متر توسعه داده شد و روی یک میکروکنترلر با یک نشانگر LCD مونتاژ شد. از آنجایی که ولتاژ و جریان اندازه گیری می شود، توان کل به راحتی محاسبه می شود. نتیجه یک متر بسیار فشرده است.
مشخصات فنی
1. حدود تغییر در ولتاژ اندازه گیری شده 0 – 255 ولت، وضوح 0.5 ولت است. قرائت ها با افزایش 1 ولت نمایش داده می شوند.
2. محدودیت برای تغییر جریان اندازه گیری شده 0 – 10 آمپر، وضوح 20 میلی آمپر. قرائت ها با افزایش 10 میلی آمپر نمایش داده می شوند.
3. توان ظاهری به صورت حاصل ضرب جریان و ولتاژ محاسبه می شود و فقط مقدار صحیح در ولت آمپر نمایش داده می شود.

نمودار شماتیک

قطعه حذف شد. مجله ما بر اساس کمک های مالی خوانندگان وجود دارد. نسخه کامل این مقاله فقط در دسترس است

در طرح اعمال شده است اندازه گیری مستقیم ولتاژ و جریان ACمیکروکنترلر
ولتاژ اندازه گیری شده از طریق تقسیم کننده R7، R9، R12 و C12 از طریق خازن C10 به ورودی میکروکنترلر می رسد. خازن C12 همراه با تقسیم کننده ولتاژ ورودی، یک مدار یکپارچه را تشکیل می دهد که از نفوذ نویز ضربه ای جلوگیری می کند.

جریان اندازه گیری شده از طریق شنت R1 می گذرد، ولتاژ حذف شده از آن توسط تقویت کننده عملیاتی تقویت می شود و از طریق زنجیره R8 و C8 به ورودی میکروکنترلر عرضه می شود. مرحله اول در OP1 یک تقویت کننده معکوس با یک خازن یکپارچه C3 در مدار فیدبک است. با توجه به این واقعیت که نوسان ولتاژ حذف شده از OP1 باید حدود 5 ولت باشد، تراشه تقویت کننده توان افزایش یافته (9-15 ولت) را دریافت می کند. مرحله دوم در OP2 توسط ریپیتر روشن می شود و هیچ ویژگی خاصی ندارد. خازن C3 برای کاهش تداخل در حین کارکرد ADC میکروکنترلر عمل می کند.

ورودی های اندازه گیری RA0 و RA1 یک بایاس تثبیت شده ثابت 2.5 ولت از طریق مقاومت های R11 و R13 دریافت می کنند. این ولتاژ به شما امکان می دهد نیم چرخه های مثبت و منفی ولتاژ ورودی را به درستی اندازه گیری کنید.
یک صفحه نمایش LCD به میکروکنترلر PIC16F690 متصل است که 2 خط 16 کاراکتری را نمایش می دهد. مقاومت R14 برای تنظیم کنتراست بهینه نمایشگر استفاده می شود. مقاومت R15 جریان نور پس زمینه نمایشگر را تعیین می کند.
این دستگاه از یک ترانسفورماتور 9-12 ولت جداگانه تغذیه می شود. تثبیت کننده برق +5 ولت بر روی تراشه 78L05 مونتاژ شده است و هیچ ویژگی خاصی ندارد.

من دستگاه را از آداپتور تلفن تغذیه کردم. با توجه به اینکه برد دارای پل Br1 مخصوص به خود است، قطبیت اتصال مهم نیست. مهم است که ولتاژ دو سر خازن C4 بین 10 تا 15 ولت باشد.

--
با تشکر از توجه شما!

▼ 🕗 20/08/12 ⚖️ 18.04 کیلوبایت ⇣ 442 سلام، خواننده!

--
با تشکر از توجه شما!
ایگور کوتوف، سردبیر مجله دیتاگور

▼ 🕗 20/08/12 ⚖️ 6.41 کیلوبایت ⇣ 457 سلام، خواننده!نام من ایگور است، من 45 سال دارم، من یک سیبری هستم و یک مهندس الکترونیک آماتور مشتاق هستم. من این سایت فوق العاده را از سال 2006 ایجاد کردم، ایجاد کردم و از آن نگهداری می کنم.
بیش از 10 سال است که مجله ما فقط با هزینه من وجود دارد.

خوب! رایگان تمام شد. اگر فایل ها و مقالات مفیدی می خواهید، به من کمک کنید!