Mesure du courant alternatif en utilisant avr. Comment mesurer la tension négative à l'aide d'un CAN

Un simple voltmètre à tension alternative avec une fréquence de 50 Hz se présente sous la forme d'un module intégré qui peut être utilisé soit séparément, soit intégré dans un appareil fini.
Le voltmètre est monté sur un microcontrôleur PIC16F676 et un indicateur à 3 chiffres et ne contient pas beaucoup de pièces.

Principales caractéristiques du voltmètre :
La forme de la tension mesurée est sinusoïdale
La valeur maximale de la tension mesurée est de 250 V ;
Fréquence de tension mesurée - 40…60 Hz ;
La résolution d'affichage du résultat de la mesure est de 1 V ;
La tension d'alimentation du voltmètre est de 7 à 15 V.
Consommation de courant moyenne - 20 mA
Deux options de conception : avec et sans alimentation électrique embarquée
PCB simple face
Design compact
Affichage des valeurs mesurées sur un indicateur LED à 3 chiffres

Schéma schématique d'un voltmètre pour mesurer la tension alternative

Mise en œuvre d'une mesure directe de la tension alternative avec calcul ultérieur de sa valeur et sortie vers l'indicateur. La tension mesurée est fournie au diviseur d'entrée réalisé sur R3, R4, R5 et via le condensateur de séparation C4 est fournie à l'entrée ADC du microcontrôleur.

Les résistances R6 et R7 créent une tension de 2,5 volts (la moitié de la puissance) à l'entrée ADC. Le condensateur C5, de capacité relativement faible, contourne l'entrée du CAN et contribue à réduire les erreurs de mesure. Le microcontrôleur organise le fonctionnement de l'indicateur en mode dynamique en fonction des interruptions de la minuterie.

--
Merci pour votre attention!
Igor Kotov, rédacteur en chef du magazine Datagor

▼ 🕗 01/07/14 ⚖️ 19,18 Ko ⇣ 239 Bonjour lecteur ! Je m'appelle Igor, j'ai 45 ans, je suis Sibérien et un ingénieur en électronique amateur passionné. J'ai imaginé, créé et entretient ce merveilleux site depuis 2006.
Depuis plus de 10 ans, notre magazine n'existe qu'à mes dépens.

Bien! Le cadeau est terminé. Si vous voulez des fichiers et des articles utiles, aidez-moi !

Connexion du capteur de courant au microcontrôleur

Après s'être familiarisé avec les bases de la théorie, nous pouvons aborder la question de la lecture, de la transformation et de la visualisation des données. En d’autres termes, nous allons concevoir un simple compteur de courant continu.

La sortie analogique du capteur est connectée à l'un des canaux ADC du microcontrôleur. Toutes les transformations et calculs nécessaires sont implémentés dans le programme du microcontrôleur. Un indicateur LCD à 2 lignes est utilisé pour afficher les données.

Conception expérimentale

Pour expérimenter avec un capteur de courant, il est nécessaire d'assembler la structure selon le schéma présenté sur la figure 8. L'auteur a utilisé pour cela une planche à pain et un module basé sur un microcontrôleur (Figure 9).

Le module capteur de courant ACS712-05B peut être acheté prêt à l'emploi (il est vendu à très bas prix sur eBay), ou vous pouvez le fabriquer vous-même. La capacité du condensateur de filtrage est choisie à 1 nF et un condensateur de blocage de 0,1 µF est installé pour l'alimentation. Pour indiquer la mise sous tension, une LED avec une résistance d'extinction est soudée. L'alimentation électrique et le signal de sortie du capteur sont connectés au connecteur sur un côté de la carte module, un connecteur à 2 broches pour mesurer le courant circulant est situé sur le côté opposé.

Pour les expériences de mesure de courant, nous connectons une source de tension constante réglable aux bornes de mesure de courant du capteur via une résistance série de 2,7 Ohm/2 W. La sortie du capteur est connectée au port RA0/AN0 (broche 17) du microcontrôleur. Un indicateur LCD à deux lignes est connecté au port B du microcontrôleur et fonctionne en mode 4 bits.

Le microcontrôleur est alimenté par une tension de +5 V, la même tension sert de référence pour l'ADC. Les calculs et transformations nécessaires sont implémentés dans le programme du microcontrôleur.

Les expressions mathématiques utilisées dans le processus de conversion sont données ci-dessous.

Sensibilité du capteur de courant Sens = 0,185 V/A. Avec une alimentation Vcc = 5 V et une tension de référence Vref = 5 V, les relations calculées seront les suivantes :

Code de sortie CAN

Ainsi

De ce fait, la formule de calcul du courant est la suivante :

Note importante. Les relations ci-dessus sont basées sur l'hypothèse que la tension d'alimentation et la tension de référence du CAN sont égales à 5 V. Cependant, la dernière expression reliant le courant I et le nombre de codes de sortie du CAN reste valable même si la tension d'alimentation fluctue. Ceci a été discuté dans la partie théorique de la description.

De la dernière expression, on peut voir que la résolution actuelle du capteur est de 26,4 mA, ce qui correspond à 513 échantillons ADC, soit un échantillon de plus que le résultat attendu. Ainsi, nous pouvons conclure que cette implémentation ne permet pas la mesure de petits courants. Pour augmenter la résolution et la sensibilité lors de la mesure de petits courants, vous devrez utiliser un amplificateur opérationnel. Un exemple d'un tel circuit est illustré à la figure 10.

Programme de microcontrôleur

Le programme du microcontrôleur PIC16F1847 est écrit en langage C et compilé dans l'environnement mikroC Pro (mikroElektronika). Les résultats de mesure sont affichés sur un indicateur LCD à deux lignes avec une précision de deux décimales.

Sortie

Avec un courant d'entrée nul, la tension de sortie de l'ACS712 devrait idéalement être strictement Vcc/2, c'est-à-dire Le nombre 512 doit être lu sur l'ADC. La dérive de la tension de sortie du capteur de 4,9 mV entraîne un décalage du résultat de la conversion d'un bit le moins significatif de l'ADC (Figure 11). (Pour Vref = 5,0 V, la résolution de l'ADC 10 bits sera de 5/1024 = 4,9 mV), ce qui correspond à 26 mA de courant d'entrée. A noter que pour réduire l'influence des fluctuations, il est conseillé d'effectuer plusieurs mesures puis de faire la moyenne de leurs résultats.

Si la tension de sortie de l'alimentation régulée est réglée égale à 1 V, via
la résistance doit véhiculer un courant d'environ 370 mA. La valeur du courant mesurée dans l'expérience est de 390 mA, ce qui dépasse le résultat correct d'une unité du chiffre le moins significatif de l'ADC (Figure 12).

Graphique 12.

À une tension de 2 V, l'indicateur affichera 760 mA.

Ceci conclut notre discussion sur le capteur de courant ACS712. Cependant, nous n’avons pas abordé une autre question. Comment mesurer le courant alternatif à l'aide de ce capteur ? Gardez à l’esprit que le capteur fournit une réponse instantanée correspondant au courant circulant dans les cordons de test. Si le courant circule dans le sens positif (des broches 1 et 2 vers les broches 3 et 4), la sensibilité du capteur est positive et la tension de sortie est supérieure à Vcc/2. Si le courant change de direction, la sensibilité sera négative et la tension de sortie du capteur chutera en dessous du niveau Vcc/2. Cela signifie que lors de la mesure d'un signal alternatif, l'ADC du microcontrôleur doit échantillonner suffisamment rapidement pour pouvoir calculer la valeur efficace du courant.

Téléchargements

Code source du programme du microcontrôleur et fichier du firmware -

Voltmètre CA

N. OSTROUKHOV, Sourgout

L'article décrit un voltmètre à tension alternative. Il est assemblé sur
microcontrôleur et peut être utilisé comme appareil de mesure autonome
ou comme voltmètre intégré dans un générateur basse fréquence.

Le voltmètre proposé est conçu
pour mesurer une tension alternative sinusoïdale avec une fréquence de 1 Hz à
800 kHz. Intervalle de tension mesuré - 0…3 V (ou 0…30 V avec externe
diviseur de tension 1:10). Le résultat de la mesure s'affiche sur
indicateur LED à quatre chiffres. La précision de la mesure est déterminée
paramètres de l'ADC intégré au microcontrôleur et de la source de référence
tension et est égal à 2 mV (pour l'intervalle 0...3 V). Le voltmètre est alimenté par
source de tension stabilisée 5 V et consomme du courant 40...65 mA V
en fonction de l'indicateur utilisé et de la luminosité de sa lueur. Consommation de courant
du convertisseur de polarité intégré, ne dépasse pas 5 mA.

L'appareil comprend (voir schéma ci-contre)
riz. 1) comprend un convertisseur de tension AC-DC, un tampon
Amplificateur de tension continue, voltmètre numérique et convertisseur
polarité de la tension d'alimentation. Convertisseur de tension AC en AC
constante collectée sur le comparateur DA1, générateur d'impulsions sur éléments
DD1.1-DD1.4 et transistor de commutation VT1. Regardons son travail
plus de détails. Supposons qu'il n'y ait aucun signal à l'entrée de l'appareil. Puis la tension
à l'entrée inverseuse du comparateur DA1 est égal à zéro, et à l'entrée non inverseuse il est déterminé
diviseur de tension R19R22 et avec les calibres indiqués sur le schéma il est d'environ -80
mV. Dans ce cas, il y a un niveau bas à la sortie du comparateur, ce qui
permet au générateur d'impulsions de fonctionner. La particularité du générateur est que lorsque
chaque chute de tension à la sortie du comparateur DA1 à la sortie du générateur (broche 8
élément DD1.2), une impulsion est générée. Si au moment où ça s'apaise, il y a un jour de congé
l'état du comparateur ne changera pas, la prochaine impulsion sera générée, etc.

La durée des impulsions dépend de
valeurs des éléments R16, C5 et est d'environ 0,5 μs. A bas niveau
tension à la sortie de l'élément DD1.2, le transistor VT1 s'ouvre. Dénominations
les résistances R17, R18 et R20 sont sélectionnées de manière à ce qu'à travers un transistor ouvert
un courant de 10 mA circule, qui charge les condensateurs C8 et C11. Pendant la période de validité
Chaque impulsion charge ces condensateurs par fractions de millivolt. En régime permanent
mode, la tension sur eux augmentera de -80 mV à zéro, le taux de répétition
les impulsions du générateur diminueront et les impulsions de courant du collecteur du transistor VT1
ne compensera que la décharge lente du condensateur C11 à travers une résistance
R22. Ainsi, en raison du faible décalage négatif initial,
même en l'absence de signal d'entrée, l'onduleur fonctionne normalement
mode. Lorsqu'une tension d'entrée CA est appliquée en raison d'un changement du taux de répétition
impulsions du générateur, la tension sur le condensateur C11 change conformément à
amplitude du signal d'entrée. Le filtre passe-bas R21C12 lisse la tension de sortie
convertisseur Il convient de noter que seul
alternance positive de la tension d'entrée, donc si elle est asymétrique
par rapport à zéro, une erreur supplémentaire se produira.

Amplificateur tampon avec gain
les engrenages 1.2 sont assemblés sur l'ampli opérationnel DA3. La diode VD1 connectée à sa sortie protège
entrées du microcontrôleur à partir d'une tension de polarité négative. De la sortie de l'ampli-op DA3
à travers des diviseurs de tension résistifs R1R2R3 et R4R5 tension constante
arrive sur les lignes PC0 et PC1 du microcontrôleur DD2, qui sont configurées comme
Entrées ADC. Les condensateurs C1 et C2 suppriment en outre les interférences et les interférences. En fait
le voltmètre numérique est assemblé sur un microcontrôleur DD2, qui utilise
ADC 10 bits intégré et source de tension de référence interne de 1,1 V.

Programme pour microcontrôleur
écrit en utilisant l'environnement BASCOM-AVR et permet l'utilisation de trois ou
Indicateurs LED numériques à quatre chiffres avec une anode commune ou commune
cathode et permet d'afficher le courant (pour un signal sinusoïdal) ou
valeur d'amplitude de la tension du signal d'entrée, ainsi que modifier la luminosité
voyant lumineux Le niveau logique du signal sur la ligne PC3 précise le type de signal appliqué
indicateur - avec une anode commune (basse) ou avec une cathode commune (haute), et sur la ligne
PC4 est le nombre de ses chiffres, quatre pour bas et trois pour haut. Programme
au début du travail, lit une fois les niveaux de signal sur ces lignes et ajuste
microcontrôleur pour fonctionner avec l'indicateur correspondant. Pour quatre bits
indicateur, le résultat de la mesure est affiché sous la forme X.ХХХ (B), pour un code à trois chiffres
- XXX (mV) jusqu'à 1 V et Х.ХХ (V), si la tension est supérieure à 1 V. Lorsqu'il est utilisé
d'un indicateur à trois chiffres, les bornes de ses chiffres sont connectées comme les bornes de trois
les bits les plus significatifs des quatre bits de la Fig. 1.

Le niveau du signal sur la ligne PC2 contrôle
en multipliant le résultat de la mesure par 10, ce qui est nécessaire lors de l'utilisation d'un
diviseur de tension 1:10. Lorsque le niveau est bas, le résultat n'est pas multiplié Signal par
la ligne PB6 contrôle la luminosité de l'indicateur ; à un niveau élevé, elle
diminue. Le changement de luminosité se produit à la suite d'un changement dans le rapport entre
le temps d'éclairage et le temps d'extinction de l'indicateur au sein de chaque cycle de mesure.
Avec les constantes spécifiées dans le programme, la luminosité change environ deux fois.
La valeur efficace de la tension d'entrée est affichée lorsqu'elle est appliquée à la ligne PB7
niveau élevé et amplitude - faible. Niveaux de signal sur les lignes RS2, PB6 et
Le programme PB7 analyse les mesures à chaque cycle et peut donc être
modifié à tout moment, pour lequel il est pratique d'utiliser des commutateurs. Durée
un cycle de mesure est égal à 1,1 s. Pendant ce temps, l'ADC effectue environ 1 100
échantillons, le maximum est sélectionné et multiplié, si nécessaire, par
le coefficient requis.

Pour constante mesurée
la tension serait suffisante pour une mesure pour tout le cycle et pour une alternance
avec une fréquence inférieure à 500 Hz, la tension sur les condensateurs C8. C11 change sensiblement
pendant le cycle. Ainsi, 1100 mesures à intervalles de 1 ms permettent
enregistrer la valeur maximale pour la période. Convertisseur de polarité
la tension d'alimentation est assemblée sur la puce DA2 selon le circuit standard. C'est son jour de congé
la tension -5 V alimente le comparateur DA1 et l'ampli-op DA3. Le connecteur XP2 est destiné à
programmation matérielle du microcontrôleur.

Le voltmètre utilise une constante
résistances C2-23, MLT, tuning - Bourns série 3296, oxyde
les condensateurs sont importés, le reste est du K10-17. Le microcircuit 74AC00 peut être
remplacer par KR555LAZ, transistor KT361G - par l'un des séries KT3107. Diode 1N5818
remplacer par n'importe quelle diode au germanium ou Schottky avec un courant continu autorisé d'au moins
50 mA. Le remplacement de la puce ICL7660 est inconnu de l'auteur, mais le convertisseur
la polarité de tension +5/-5 V peut être collectée selon l'une de celles publiées dans
Schémas du magazine "Radio". De plus, le convertisseur peut être éliminé
complètement, en utilisant une alimentation bipolaire stabilisée. En particulier
vous devriez vous concentrer sur le choix d'un comparateur, car la plage en dépend
fréquences de fonctionnement. Le choix du comparateur LM319 (analogues KA319, LT319) est dû à deux
critères - la rapidité et la disponibilité nécessaires. Comparateurs LM306,
LM361, LM710 sont plus rapides, mais il s'est avéré plus difficile de les acquérir, car
en plus, ils sont plus chers. Les plus accessibles sont le LM311 (analogue domestique du KR554SAZ) et
LM393. Lors de l'installation du comparateur LM311 dans l'appareil, comme on pouvait s'y attendre,
la gamme de fréquences s'est réduite à 250 kHz. La résistance R6 a une valeur relativement
légère résistance car l'appareil a été utilisé comme appareil encastrable
voltmètre dans le générateur du woofer. Lorsque vous utilisez l'appareil dans un compteur autonome, il
la résistance peut être augmentée, mais l'erreur de mesure augmentera en raison de la relative
courant d'entrée important du comparateur DA1.

Circuit diviseur de tension 1:10
montré sur la fig. 2. Ici, les fonctions de la résistance R2 dans le diviseur sont assurées par la résistance
R6 (voir fig. 1). Le diviseur de tension est configuré dans un certain ordre.
Des impulsions rectangulaires d'une fréquence de plusieurs kilohertz sont fournies à son entrée,
amplitude 2...3 V (un tel signal d'étalonnage est disponible dans de nombreux
oscilloscopes), et l'entrée de l'oscilloscope est connectée à la sortie (à la broche 5 de DA1). Ajustement
Le condensateur C1 atteint une forme d'impulsion rectangulaire. L'oscilloscope suit
à utiliser avec un diviseur de tension d'entrée de 1:10. Toutes les pièces sauf l'indicateur sont montées
sur un circuit imprimé prototype mesurant 100×70 mm en utilisant du filaire
installation L'apparence de l'une des options de l'appareil est illustrée à la Fig. 3. Pour
pour faciliter la connexion de l'indicateur numérique, un connecteur est utilisé (non représenté sur le schéma
illustré). Lors de l'installation, le fil commun de la fiche d'entrée XP1 et les bornes du condensateur correspondantes
C8, C10, C11 et C13 doivent être connectés au fil commun en un seul endroit avec des fils
longueur minimale. Éléments VT1, R20, C8, C10, C11 et C13 et comparateur DA1
doivent être placés de manière aussi compacte que possible, les condensateurs C3, C6 - autant que possible
plus proche des bornes du comparateur DA1, et C4, C14, C15 - des bornes du microcontrôleur
DD2. Pour la mise en place, l'entrée de l'appareil est fermée, la sortie commune de la sonde de l'oscilloscope
connecté à la borne positive du condensateur C13, et la borne de signal à l'émetteur
transistor VT1. Une impulsion de polarité négative devrait apparaître sur l'écran
avec une amplitude d'environ 0,6 V et une durée de 0,5 µs. Si en raison d'une basse fréquence
la séquence d'impulsions sera difficile à observer, puis temporairement parallèle
Une résistance d'une résistance de 0,1... 1 kOhm est connectée au condensateur C11. Tension
sur le condensateur C12 est contrôlé avec un voltmètre haute impédance, il doit être
proche de zéro (plus ou moins quelques millivolts).

Tension de sortie de l'ampli opérationnel DA3
(qui ne doit pas dépasser quelques millivolts) avec la résistance R27
fixé égal à zéro. Mode de fonctionnement requis du microcontrôleur
réglé en fournissant les niveaux requis aux lignes PB6, PB7, RS2-RS4, pour lesquelles ils
connecté à un fil commun ou à une ligne électrique +5 V via des résistances
résistance 20...30 kOhm. Un exemplaire est connecté à l'entrée de l'appareil
voltmètre et appliquez une tension constante de 0,95 ... 1 V. Résistance de sous-chaîne
R4 égalise les lectures des deux voltmètres. Ensuite, la tension est augmentée jusqu'à
2,95...3 V et la résistance R1 égalise à nouveau les lectures. Une sélection de résistances
R8-R15, vous pouvez régler la luminosité souhaitée de l'indicateur. Ils sélectionnent d’abord
la dénomination requise d'un seul d'entre eux, puis définissez le reste. À
sélection, il ne faut pas oublier que le courant de sortie maximum du port appliqué
le microcontrôleur ne doit pas dépasser 40 mA et la consommation totale de courant - 200
mA.

De l'éditeur. Le programme du microcontrôleur est sur notre
FTP-cep-vere sur ftp://ftp.radio.ru/pub/ 2011/02/Vmetr.zip

Préface

Dans les temps anciens, pré-numériques, chacun d'entre nous devait se contenter d'instruments de mesure à aiguilles, en commençant par les montres ordinaires, les balances et en terminant par... hmm, donc tout de suite, nous ne pouvons même pas trouver la limite de leur utilisation ! Eh bien, disons - un micro-ampèremètre de laboratoire de précision ou encore plus impressionnant - un picoampèremètre. Et il y avait de nombreuses classes de précision, en fonction du but recherché.

Par exemple, un indicateur ordinaire de la quantité de carburant dans le réservoir d'une voiture est l'exemple le plus clair de l'imprécision maximale des lectures ! Je ne connais pas un seul automobiliste qui se fierait à ce « compteur à affichage » et ne ferait pas le plein à l'avance. Les pessimistes invétérés des conducteurs ne partaient jamais sans un bidon d'essence dans le coffre !

Mais dans les laboratoires, notamment au sein du Comité national de vérification, il y avait des aiguilleurs avec une échelle à miroir et une classe de précision bien meilleure que 0,5.

Et nous étions presque tous satisfaits et heureux. Et s’ils n’étaient pas satisfaits, ils achetaient des instruments plus précis, bien sûr, si possible !

Mais maintenant, l’ère du numérique est arrivée. Nous en étions tous satisfaits - nous pouvons maintenant voir immédiatement les chiffres sur les indicateurs et sommes satisfaits de la « précision » qui nous est offerte. De plus, à l’époque moderne, ces « numériques » omniprésents coûtent un ordre de grandeur inférieur à celui des « aiguilleurs imprécis » qui sont devenus rares. Cependant, peu de gens pensent que les quantités qui nous sont présentées sous forme de chiffres restent analogiques, qu'il s'agisse de poids ou de force actuelle - cela n'a pas d'importance. Cela signifie que ces grandeurs sont toujours mesurées de manière analogique ! Et ce n'est que pour le traitement et la présentation qu'ils sont convertis en valeur numérique. C’est là que se cachent les erreurs, ce qui nous amène à être surpris lorsque deux thermomètres d’ambiance différents au même endroit affichent des valeurs différentes !

Chemin de la valeur mesurée à l’indicateur

Jetons un coup d'œil à l'ensemble du processus d'indication de mesure. De plus, je choisis volontairement une grandeur électrique. Premièrement, nous sommes toujours sur le site d'ingénieurs électroniciens, pas de thermophysiciens ou de boulangers, qu'ils me pardonnent ma licence de comparaison ! Deuxièmement, je souhaite renforcer mon raisonnement avec des exemples tirés de mon expérience personnelle.

Tout d'abord, je choisis la force actuelle !

Je vais devoir répéter la platitude selon laquelle pour obtenir une représentation numérique d'une grandeur analogique, il faut un convertisseur analogique-numérique (ADC). Mais comme en soi, cela nous est encore peu utile, nous aurons besoin d'autres nœuds pour réaliser tout ce qui est prévu. À savoir:

1. devant l'ADC lui-même, vous avez besoin d'un dispositif de normalisation, par exemple : un amplificateur ou un atténuateur de normalisation, en fonction du rapport entre la valeur d'entrée et la plage de conversion de l'ADC ;
2. Décodeur après l'ADC, pour représenter l'équivalent numérique converti en code numérique de l'indicateur correspondant.

Il existe des microcircuits prêts à l'emploi qui combinent à la fois un CAN et un décodeur. Par exemple, ICL7136 ou similaire, utilisé dans les multimètres.

Essentiellement, tous ces nœuds, sous une forme ou une autre, sont simplement nécessaires. Je n'ai pas encore nommé le capteur lui-même - dans ce cas, un convertisseur courant-tension, ou simplement un shunt.

Alors, passons brièvement en revue toute la chaîne. Le courant circulant à travers un shunt (une résistance puissante avec une très faible résistance) crée une différence de potentiel à ses pôles. Guten Tag, Herr Ohm! Mais cette différence est assez faible et tous les CAN ne sont pas capables de convertir complètement cette valeur, le signal (tension) du shunt doit donc être amplifié à une valeur acceptable. C'est pourquoi un amplificateur normalisateur est nécessaire. Désormais, l'ADC, ayant reçu une tension digestible à l'entrée, effectuera la conversion avec le minimum d'erreur possible. A sa sortie, nous obtenons un nombre correspondant à la valeur actuelle du courant mesuré dans la plage sélectionnée, qui doit être décodé en conséquence pour être affiché sur l'indicateur. Par exemple, convertissez-le en un code indicateur à sept segments.

Ici, je ne vois pas la nécessité de m'attarder plus en détail sur chacune des étapes ci-dessus, car dans l'article je poursuis un objectif différent. Et les détails peuvent être trouvés en abondance sur Internet.

Détails

J'ai ce qu'on appelle charge électronique avec indicateur de débit de courant. Il existe un schéma de base de la charge elle-même, mais vous aurez besoin d'un ampèremètre externe pour régler plus précisément le courant. J'ai décidé de connecter les deux appareils pour gagner de la place et ne pas avoir tout un troupeau de multimètres.

Mon ampèremètre intégré est assemblé et programmé sur le Tiny26L MK. Une partie de cet ampèremètre est le deuxième ampli opérationnel (gratuit) de la puce LM358, qui fait partie du circuit de ballast de base. Ceux. Il s'agit de mon amplificateur normalisateur car la chute de tension maximale aux bornes du shunt (5A x 0,1 ohm) n'est que de 0,5 volt, ce qui n'est clairement pas suffisant pour toute la plage de conversion avec la tension de référence interne.

Selon T.O. (Anglais = Fiche technique) la tension nominale de la source de référence intégrée (ION) est de 2,56 volts. Taille très pratique ! Cependant, dans la pratique, cela ne s'avère pas si génial : la tension ION ajustée de mon MK s'est avérée être de 2,86 volts ! La façon dont j'ai déterminé cela est un sujet distinct. Revenons toujours à un 2,56 volts pratique. Regardez ce qui se passe : un maximum de 0,5 volt tombe sur le shunt, l'ADC convertit un maximum de 2,56 volts. Un amplificateur normalisateur avec un gain de 5 se suggère, alors le nombre obtenu lors de la conversion ne nécessitera aucune arithmétique avancée pour représenter le résultat : 5 ampères = 2,5 volts = 250 unités (pour une conversion 8 bits). Il suffit de multiplier le résultat par deux et de mettre un point décimal entre les centaines et les dizaines pour obtenir une représentation très pratique : unités, dixièmes et centièmes d'ampère. La transformation finale en panneaux à sept segments est une question de technologie. Tout va bien, vous pouvez l'implémenter matériellement !

Cependant, comme je l'ai déjà montré avec l'exemple du ION intégré, il n'est pas si facile d'obtenir une précision acceptable (pour ne pas dire élevée !) avec les composants utilisés. Vous pouvez suivre la voie de la compensation mathématique des erreurs, en utilisant un programme dans le MK, même si cela nécessitera un calibrage. Ce chemin est assez facilement implémenté en C et dans d’autres langages de haut niveau. Mais pour moi, un assembleur têtu, jouer avec les mathématiques en utilisant les instructions RISC est un casse-tête supplémentaire !

J'ai choisi une voie différente - correction du gain de l'amplificateur normalisateur (NA). Vous n’avez pas besoin de grand-chose pour cela : une seule résistance d’ajustement ! Sa valeur doit être choisie correctement pour que la plage de réglage soit suffisante, mais pas exagérée.

Sélection d'éléments amplificateurs normalisants

Il est donc nécessaire de déterminer la plage de réglage. La première étape consiste à déterminer les tolérances des composants. Par exemple, mon shunt a une tolérance d'erreur de 1 %. Les autres résistances du circuit amplificateur normalisateur peuvent avoir une tolérance allant jusqu'à 10 %. Et n’oubliez pas l’imprécision de notre ION, qui dans mon cas s’élevait à près de +12% ! Cela signifie que le nombre réellement converti sera inférieur de près de 12 %. Mais comme je connais déjà cette erreur, je la prends en compte dans le gain NU, qui devrait être de 5,72. Et comme les erreurs réelles des autres composants ne sont pas connues, il reste à trouver l'erreur totale maximale possible afin de calculer la plage de réglage.

Une simple somme de ces « pourcentages » s'impose : 1 % du shunt plus 2 fois 10 % des résistances de rétroaction de l'ampli-op. Totale : 21 %.

Voyons si c'est vraiment le cas. Pour ce faire, regardons la partie du schéma où est présenté ce NU avec des valeurs déjà sélectionnées :

Comme vous pouvez le constater, il existe un amplificateur non inverseur à coefficient de transmission accordable, théoriquement réglable de 4,979 à 6,735 aux calibres indiqués sur le schéma. Mais, si l'on prend en compte notre erreur possible de ±10% sur chacune des résistances, nous obtenons, avec la pire combinaison, Ku = 5,864 - 8,009, ce qui dépasse nettement le coefficient requis ! Si cette combinaison se produit, vous devrez alors prendre d'autres dénominations. Il est préférable d'augmenter immédiatement la valeur de la résistance d'accord, par exemple à 39k. La limite inférieure de Ku sera alors de 5,454, ce qui est déjà acceptable.

Eh bien, moi – un « vrai accro de la radio » – j'ai dû choisir un trimmer parmi ce qui était disponible et j'ai tout simplement eu la chance d'investir dans la gamme ! Si j’avais un trimmer d’une valeur différente, cela n’aurait pas d’importance, je recalculerais R2 et R3, qui dans mon cas ont une tolérance de 5%, donc je n’aurais pas besoin de prendre un autre trimmer.

Surmonter vos lacunes et vos omissions

Il semblerait que tout ait été pensé et calculé - ajoutez des frais. Testons d'abord cette conception sur une maquette ! À peine dit que c'était fait! Ku est en train d'être reconstruit pas tout à fait comme prévu, mais dans les limites de ce qui est nécessaire. Cependant, l'indicateur n'allait pas afficher 0,00 lorsqu'il n'y avait pas de courant de charge ! Tout d'abord, je soupçonnais que le programme était dans le MK, mais lorsque l'entrée de l'ADC a été court-circuitée avec le fil commun, les précieux zéros sont apparus. Cela signifie que quelque chose arrive à l'entrée du MK, autre que zéro volt. Les tests avec un multimètre ont confirmé cette hypothèse et défini la tâche suivante. Sans entrer dans les détails de mes recherches, je me contenterai de décrire le résultat.

La raison s'est avérée être la suivante : je n'avais absolument pas pris en compte le fait que l'ampli-op que j'utilisais était loin d'être de la meilleure qualité. Il n'est même pas un soi-disant. "rail à rail". Cela signifie que son potentiel de production n’atteindra jamais aucun des pôles d’alimentation, c’est-à-dire dans mon cas il ne sera jamais égal à 0 volt ! Maintenant, s’il était alimenté par une source bipolaire, alors la sortie serait le zéro attendu. Mais mon alimentation est unipolaire et je n'avais pas l'intention de compliquer le circuit avec un quelconque convertisseur. La solution a été trouvée dans la création d’un « pays virtuel », c’est-à-dire Grâce à une source d'alimentation séparée (contrairement au circuit de base), j'ai pu utiliser une diode pour décaler le potentiel du fil commun par rapport au pôle négatif de la batterie.

Ainsi, la carte est gravée et soudée. Il est temps de mettre ce design dans un étui. Ce qui, en fait, a été fait. Cependant, pendant le fonctionnement, un autre petit défaut est apparu : la dérive des circuits d'entrée de l'ampli-op. Cela s'est traduit par un changement négatif dans les lectures, c'est-à-dire à un courant de quelques dizaines de milliampères, l'indicateur indiquait toujours des zéros, ce qui ne me convenait pas ! J'autoriserais un décalage de plusieurs mA - les unités milliampères ne sont toujours pas affichées. J'ai dû introduire un circuit de polarisation à l'entrée du NU.

Les calibres de R4 et RZ sont choisis de manière à fournir une polarisation de plus/moins plusieurs dizaines de millivolts par rapport à la « masse virtuelle ». Je n'avais aucune envie de refaire la planche finie et j'ai ajouté le séparateur réglable nécessaire à la place de l'ajusteur Ku.

En général, l'appareil obtenu répond à mes besoins. Bien sûr, cela peut être amélioré pendant longtemps, mais ce n'est pas encore nécessaire !

Je parlerai la prochaine fois de la partie numérique et des mathématiques en prenant l'exemple d'un voltampèremètre dans une alimentation de laboratoire.

Un appareil assez simple qui mesure la tension, le courant et affiche la puissance totale consommée par la charge à une fréquence de 50 Hz.

Lors de travaux de réparation ou lors de la vérification et du test de nouveaux appareils, il est souvent nécessaire de fournir une tension à partir du LATR, ainsi que de contrôler la tension et le courant. À ces fins, un voltmètre-ampèremètre a été développé et assemblé sur un microcontrôleur avec un indicateur LCD. Puisque la tension et le courant sont mesurés, la puissance totale est facilement calculée. Le résultat est un compteur très compact.
Caractéristiques
1. Les limites de changement de la tension mesurée sont de 0 à 255 Volts, résolution 0,5 Volts. Les lectures sont affichées par incréments de 1 volt.
2. Limites de modification du courant mesuré 0 – 10 ampères, résolution 20 mA. Les lectures sont affichées par incréments de 10 mA.
3. La puissance apparente est calculée comme le produit du courant et de la tension et seule la valeur entière en volts-ampères est affichée.

Diagramme schématique

Fragment exclu. Notre magazine existe grâce aux dons des lecteurs. La version complète de cet article est disponible uniquement

Appliqué dans le schéma mesure directe de la tension et du courant alternatifs microcontrôleur.
La tension mesurée via les diviseurs R7, R9, R12 et C12 est fournie à l'entrée du microcontrôleur via le condensateur C10. Le condensateur C12, avec le diviseur de tension d'entrée, forme un circuit intégrateur qui empêche la pénétration du bruit impulsionnel.

Le courant mesuré circule à travers le shunt R1, la tension qui en est retirée est amplifiée par l'amplificateur opérationnel et, à travers les circuits R8 et C8, est fournie à l'entrée du microcontrôleur. Le premier étage sur OP1 est un amplificateur inverseur avec un condensateur intégrateur C3 dans le circuit de rétroaction. Étant donné que l'oscillation de tension supprimée de OP1 doit être d'environ 5 volts, la puce de l'amplificateur reçoit une puissance accrue (9-15 volts). Le deuxième étage de l'OP2 est activé par un répéteur et ne présente aucune particularité. Le condensateur C3 sert à réduire les interférences lors du fonctionnement de l'ADC du microcontrôleur.

Les entrées de mesure RA0 et RA1 reçoivent une polarisation constante stabilisée de 2,5 volts à travers les résistances R11 et R13. Cette tension permet de mesurer correctement les alternances positives et négatives des tensions d'entrée.
Un écran LCD est connecté au microcontrôleur PIC16F690, affichant 2 lignes de 16 caractères. La résistance R14 est utilisée pour définir le contraste optimal de l'affichage. La résistance R15 détermine le courant de rétroéclairage de l'écran.
L'appareil est alimenté par un transformateur séparé de 9 à 12 volts. Le stabilisateur de puissance +5 Volts est monté sur une puce 78L05 et ne présente aucune particularité.

J'ai alimenté l'appareil à partir de l'adaptateur téléphonique. Du fait que la carte possède son propre pont Br1, la polarité de la connexion n'a pas d'importance. Il est important que la tension aux bornes du condensateur C4 soit comprise entre 10 et 15 Volts.

--
Merci pour votre attention!

▼ 🕗 20/08/12 ⚖️ 18,04 Ko ⇣ 442 Bonjour lecteur !

--
Merci pour votre attention!
Igor Kotov, rédacteur en chef du magazine Datagor

▼ 🕗 20/08/12 ⚖️ 6,41 Ko ⇣ 457 Bonjour lecteur ! Je m'appelle Igor, j'ai 45 ans, je suis Sibérien et un ingénieur en électronique amateur passionné. J'ai imaginé, créé et entretient ce merveilleux site depuis 2006.
Depuis plus de 10 ans, notre magazine n'existe qu'à mes dépens.

Bien! Le cadeau est terminé. Si vous voulez des fichiers et des articles utiles, aidez-moi !