Maiņstrāvas mērīšana, izmantojot avr. Kā izmērīt negatīvo spriegumu, izmantojot ADC
Vienkāršs maiņstrāvas voltmetrs ar frekvenci 50 Hz ir izgatavots iebūvēta moduļa veidā, ko var izmantot gan atsevišķi, gan iebūvēt gatavā ierīcē.
Voltmetrs ir samontēts uz PIC16F676 mikrokontrollera un 3 ciparu indikatora, un tajā nav ļoti daudz detaļu.
Galvenās voltmetra īpašības:
Izmērītā sprieguma forma ir sinusoidāla
Izmērītā sprieguma maksimālā vērtība ir 250 V;
Mērītā sprieguma frekvence - 40…60 Hz;
Mērījumu rezultāta attēlošanas izšķirtspēja ir 1 V;
Voltmetra barošanas spriegums ir 7…15 V.
Vidējais strāvas patēriņš - 20 mA
Divas dizaina iespējas: ar un bez barošanas avota
Vienpusēja PCB
Kompakts dizains
Izmērīto vērtību displejs uz 3 ciparu LED indikatora
Voltmetra shematiska diagramma maiņstrāvas sprieguma mērīšanai
Īstenota tiešā maiņstrāvas sprieguma mērīšana ar sekojošu tā vērtības aprēķinu un izvadi uz indikatoru. Izmērītais spriegums tiek piegādāts ieejas dalītājam, kas izgatavots uz R3, R4, R5, un caur atdalīšanas kondensatoru C4 tiek piegādāts mikrokontrollera ADC ieejai.
Rezistori R6 un R7 rada 2,5 voltu spriegumu (puse no jaudas) ADC ieejā. Salīdzinoši mazas ietilpības kondensators C5 apiet ADC ieeju un palīdz samazināt mērījumu kļūdas. Mikrokontrolleris organizē indikatora darbību dinamiskā režīmā, pamatojoties uz pārtraukumiem no taimera.
--
Paldies par jūsu uzmanību!
Igors Kotovs, žurnāla Datagor galvenais redaktors
▼ 🕗 01/07/14 ⚖️ 19,18 Kb ⇣ 239 Sveiks, lasītāj! Mani sauc Igors, man ir 45 gadi, es esmu sibīrietis un dedzīgs amatieris elektronikas inženieris. Es izdomāju, izveidoju un uzturēju šo brīnišķīgo vietni kopš 2006. gada.
Vairāk nekā 10 gadus mūsu žurnāls pastāv tikai uz mana rēķina.
Labi! Bezmaksas dāvana ir beigusies. Ja vēlaties failus un noderīgus rakstus, palīdziet man!
Strāvas sensora pievienošana mikrokontrollerim
Iepazīstoties ar teorijas pamatiem, varam pāriet pie datu lasīšanas, pārveidošanas un vizualizācijas jautājuma. Citiem vārdiem sakot, mēs izstrādāsim vienkāršu līdzstrāvas skaitītāju.
Sensora analogā izeja ir savienota ar vienu no mikrokontrollera ADC kanāliem. Visas nepieciešamās transformācijas un aprēķini tiek realizēti mikrokontrollera programmā. Datu parādīšanai tiek izmantots 2 rindu rakstzīmju LCD indikators.
Eksperimentālais dizains
Lai eksperimentētu ar strāvas sensoru, ir nepieciešams montēt konstrukciju atbilstoši diagrammai, kas parādīta 8. attēlā. Autors tam izmantoja maizes dēli un uz mikrokontrolleru balstītu moduli (9. attēls).
Strāvas sensora moduli ACS712-05B var iegādāties gatavu (to eBay pārdod ļoti lēti), vai arī varat to izgatavot pats. Filtra kondensatora kapacitāte ir izvēlēta 1 nF, un barošanas avotam ir uzstādīts bloķēšanas kondensators 0,1 µF. Lai norādītu strāvas padevi, tiek pielodēta gaismas diode ar dzēšanas rezistoru. Sensora barošanas avots un izejas signāls ir savienots ar savienotāju moduļa plates vienā pusē, pretējā pusē atrodas 2 kontaktu savienotājs plūstošās strāvas mērīšanai.
Strāvas mērīšanas eksperimentiem mēs savienojam regulējamu pastāvīgā sprieguma avotu ar sensora strāvas mērīšanas spailēm caur 2,7 Ohm / 2 W sērijas rezistoru. Sensora izeja ir savienota ar mikrokontrollera RA0/AN0 portu (17. tapu). Divrindu rakstzīmju LCD indikators ir pievienots mikrokontrollera portam B un darbojas 4 bitu režīmā.
Mikrokontrolleru darbina ar +5 V spriegumu, tāds pats spriegums tiek izmantots kā atsauce ADC. Nepieciešamie aprēķini un transformācijas tiek realizētas mikrokontrollera programmā.
Pārvēršanas procesā izmantotās matemātiskās izteiksmes ir norādītas zemāk.
Strāvas sensora jutība Sens = 0,185 V/A. Ja barošanas Vcc = 5 V un atsauces spriegumu Vref = 5 V, aprēķinātās attiecības būs šādas:
ADC izejas kods
Līdz ar to
Rezultātā strāvas aprēķināšanas formula ir šāda:
Svarīga piezīme. Iepriekš minētās attiecības ir balstītas uz pieņēmumu, ka barošanas spriegums un atsauces spriegums ADC ir vienādi ar 5 V. Tomēr pēdējā izteiksme, kas attiecas uz strāvu I un ADC izejas kodu Count, paliek spēkā pat tad, ja barošanas spriegums svārstās. Tas tika apspriests apraksta teorētiskajā daļā.
No pēdējās izteiksmes redzams, ka sensora pašreizējā izšķirtspēja ir 26,4 mA, kas atbilst 513 ADC paraugiem, kas ir par vienu paraugu vairāk nekā gaidītais rezultāts. Tādējādi mēs varam secināt, ka šī realizācija neļauj mērīt nelielas strāvas. Lai palielinātu izšķirtspēju un jutību, mērot nelielas strāvas, jums būs jāizmanto darbības pastiprinātājs. Šādas shēmas piemērs ir parādīts 10. attēlā.
Mikrokontrollera programma
Mikrokontrollera PIC16F1847 programma ir uzrakstīta C valodā un kompilēta mikroC Pro vidē (mikroElektronika). Mērījumu rezultāti tiek parādīti divu līniju LCD indikatorā ar precizitāti līdz divām zīmēm aiz komata.
Izeja
Ar nulles ieejas strāvu ACS712 izejas spriegumam ideālā gadījumā vajadzētu būt stingri Vcc/2, t.i. No ADC jānolasa skaitlis 512. Sensora izejas sprieguma novirze par 4,9 mV izraisa konversijas rezultāta nobīdi par 1 vismazāko ADC bitu (11. attēls). (Ja Vref = 5,0 V, 10 bitu ADC izšķirtspēja būs 5/1024 = 4,9 mV), kas atbilst 26 mA ieejas strāvai. Ņemiet vērā, ka, lai samazinātu svārstību ietekmi, ieteicams veikt vairākus mērījumus un pēc tam aprēķināt to rezultātus.
Ja regulējamās barošanas avota izejas spriegums ir iestatīts vienāds ar 1 V, caur
rezistoram jābūt apmēram 370 mA strāvai. Eksperimentā izmērītā strāvas vērtība ir 390 mA, kas pārsniedz pareizo rezultātu par vienu ADC vismazākā cipara vienību (12. attēls).
|
|
|
| 12. attēls. | |
Pie 2 V sprieguma indikators rādīs 760 mA.
Tas noslēdz mūsu diskusiju par ACS712 strāvas sensoru. Tomēr mēs nepieskārāmies vēl vienam jautājumam. Kā izmērīt maiņstrāvu, izmantojot šo sensoru? Ņemiet vērā, ka sensors nodrošina tūlītēju reakciju, kas atbilst strāvai, kas plūst caur testa vadiem. Ja strāva plūst pozitīvā virzienā (no 1. un 2. tapām līdz 3. un 4. tapām), sensora jutība ir pozitīva un izejas spriegums ir lielāks par Vcc/2. Ja strāva maina virzienu, jutība būs negatīva un sensora izejas spriegums samazināsies zem Vcc/2 līmeņa. Tas nozīmē, ka, mērot maiņstrāvas signālu, mikrokontrollera ADC paraugam ir jābūt pietiekami ātri, lai varētu aprēķināt strāvas RMS vērtību.
Lejupielādes
Mikrokontrollera programmas avota kods un programmaparatūras fails -
AC voltmetrs
N. OSTROUKHOVS, Surguta
Rakstā ir aprakstīts maiņstrāvas voltmetrs. Tas ir samontēts uz
mikrokontrolleris un to var izmantot kā atsevišķu mērierīci
vai kā iebūvēts voltmetrs zemfrekvences ģeneratorā.
Piedāvātais voltmetrs ir izstrādāts
sinusoidāla maiņstrāvas sprieguma mērīšanai ar frekvenci no 1 Hz līdz
800 kHz. Mērītā sprieguma intervāls - 0…3 V (vai 0…30 V ar ārējo
sprieguma dalītājs 1:10). Mērījumu rezultāts tiek parādīts
četrciparu LED indikators. Mērījumu precizitāte tiek noteikta
mikrokontrollerī iebūvētā ADC parametri un atsauces avots
spriegumu un ir vienāds ar 2 mV (intervālam 0...3 V). Voltmetrs tiek darbināts ar
stabilizētā sprieguma avots 5 V un patērē strāvu 40...65 mA V
atkarībā no izmantotā indikatora un tā mirdzuma spilgtuma. Pašreizējais patēriņš
no iebūvētā polaritātes pārveidotāja, nepārsniedz 5 mA.
Ierīce ietver (skatiet diagrammu
rīsi. 1) ietver maiņstrāvas-līdzstrāvas sprieguma pārveidotāju, buferi
Līdzstrāvas sprieguma pastiprinātājs, digitālais voltmetrs un pārveidotājs
barošanas sprieguma polaritāte. Maiņstrāvas uz maiņstrāvas sprieguma pārveidotājs
konstante savākta uz komparatora DA1, impulsu ģenerators uz elementiem
DD1.1-DD1.4 un komutācijas tranzistors VT1. Apskatīsim viņa darbu
Skatīt vairāk. Pieņemsim, ka ierīces ieejā nav signāla. Tad spriedze
pie salīdzinājuma invertējošās ieejas DA1 ir vienāds ar nulli, un pie neinvertējošās ieejas tiek noteikts
sprieguma dalītājs R19R22 un ar diagrammā norādītajiem rādītājiem ir aptuveni -80
mV. Šajā gadījumā salīdzinājuma izejā ir zems līmenis, kas
ļauj darboties impulsu ģeneratoram. Ģeneratora īpatnība ir tā, kad
katrs sprieguma kritums pie salīdzinājuma DA1 izejas pie ģeneratora izejas (8
elements DD1.2) tiek ģenerēts viens impulss. Ja līdz brīdim, kad tas norimst, ir brīvdiena
salīdzinājuma stāvoklis nemainīsies, tiks ģenerēts nākamais impulss utt.
Impulsu ilgums ir atkarīgs no
elementu R16, C5 vērtības un ir aptuveni 0,5 μs. Zemā līmenī
spriegums elementa DD1.2 izejā, atveras tranzistors VT1. Denominācijas
rezistori R17, R18 un R20 ir izvēlēti tā, lai caur atvērtu tranzistoru
tecēja 10 mA strāva, kas uzlādē kondensatorus C8 un C11. Derīguma termiņa laikā
Katrs impulss uzlādē šos kondensatorus par milivoltu daļām. Līdzsvara stāvoklī
režīmā, spriegums uz tiem palielināsies no -80 mV līdz nullei, atkārtošanās ātrums
ģeneratora impulsi samazināsies un tranzistora VT1 kolektora strāvas impulsi
kompensēs tikai kondensatora C11 lēnu izlādi caur rezistoru
R22. Tādējādi nelielās sākotnējās negatīvās nobīdes dēļ
pat ja nav ieejas signāla, pārveidotājs darbojas normāli
režīmā. Ja atkārtošanās ātruma izmaiņu dēļ tiek pielietots maiņstrāvas ieejas spriegums
ģeneratora impulsiem, spriegums uz kondensatora C11 mainās saskaņā ar
ieejas signāla amplitūda. Zemas caurlaidības filtrs R21C12 izlīdzina izejas spriegumu
pārveidotājs Jāpiebilst, ka tikai
pozitīvs ieejas sprieguma pusvilnis, tādēļ, ja tas ir asimetrisks
attiecībā pret nulli radīsies papildu kļūda.
Bufera pastiprinātājs ar pastiprinājumu
zobrati 1.2 ir samontēti uz op-amp DA3. Tā izejai pievienotā diode VD1 aizsargā
mikrokontrollera ieejas no negatīvas polaritātes sprieguma. No op-amp DA3 izejas
caur pretestības sprieguma dalītājiem R1R2R3 un R4R5 pastāvīgs spriegums
ierodas mikrokontrollera DD2 līnijās PC0 un PC1, kas ir konfigurētas kā
ADC ieejas. Kondensatori C1 un C2 papildus nomāc traucējumus un traucējumus. Patiesībā
digitālais voltmetrs ir samontēts uz DD2 mikrokontrollera, kas izmanto
Iebūvēts 10 bitu ADC un iekšējais 1,1 V atsauces sprieguma avots.
Programma mikrokontrolleram
rakstīts, izmantojot BASCOM-AVR vidi un ļauj izmantot trīs vai
četrciparu digitālie LED indikatori ar kopēju anodu vai kopīgu
katodu un ļauj parādīt strāvu (sinusoidālajam signālam) vai
ieejas signāla sprieguma amplitūdas vērtību, kā arī mainīt spilgtumu
indikatora gaisma Signāla loģiskais līmenis PC3 līnijā norāda izmantotā veida veidu
indikators - ar kopīgu anodu (zems) vai ar kopējo katodu (augsts) un uz līnijas
PC4 ir tā ciparu skaits, četri — zems un trīs — augsts. Programma
darba sākumā vienreiz nolasa signālu līmeņus uz šīm līnijām un noregulē
mikrokontrolleris darbam ar atbilstošo indikatoru. Četru bitu
indikators, mērījuma rezultāts tiek attēlots formā X.ХХХ (B), trīsciparu formātā
- XXX (mV) līdz 1 V un Х.ХХ (V), ja spriegums ir lielāks par 1 V. Lietojot
Trīsciparu indikatoram tā ciparu spailes ir savienotas kā trīs spailes
zīmīgākie četru bitu biti attēlā. 1.
Signāla līmenis PC2 līnijas kontrolē
reizinot mērījumu rezultātu ar 10, kas ir nepieciešams, izmantojot ārējo
sprieguma dalītājs 1:10. Ja līmenis ir zems, rezultāts netiek reizināts ar signālu
līnija PB6 kontrolē indikatora spilgtumu; augstā līmenī tas
samazinās. Spilgtuma izmaiņas notiek, mainoties attiecībai starp
indikatora iedegšanās un nodzišanas laiks katrā mērījumu ciklā.
Ar programmā norādītajām konstantēm spilgtums mainās aptuveni divas reizes.
Ievades sprieguma efektīvā vērtība tiek parādīta, kad tiek pievienota līnijai PB7
augsts līmenis un amplitūda - zema. Signāla līmeņi līnijās RS2, PB6 un
Programma PB7 analizē mērījumus katrā ciklā, un tāpēc tie var būt
mainīt jebkurā laikā, kam ir ērti izmantot slēdžus. Ilgums
viens mērījumu cikls ir vienāds ar 1,1 s. Šajā laikā ADC veic aptuveni 1100
paraugus, izvēlas maksimālo un, ja nepieciešams, reizina ar
nepieciešamo koeficientu.
Pastāvīgai mērīšanai
sprieguma pietiktu vienam mērījumam visam ciklam un maiņstrāvai
ar frekvenci, kas mazāka par 500 Hz, spriegums uz kondensatoriem C8. C11 manāmi mainās
cikla laikā. Tāpēc pieļaujami 1100 mērījumi ar 1 ms intervālu
ierakstiet perioda maksimālo vērtību. Polaritātes pārveidotājs
barošanas spriegums tiek montēts uz DA2 mikroshēmas saskaņā ar standarta ķēdi. Tā ir viņa brīvdiena
spriegums -5 V nodrošina salīdzinājuma DA1 un darbības pastiprinātāja DA3 jaudu. XP2 savienotājs ir paredzēts
mikrokontrollera aparatūras programmēšana.
Voltmetrs izmanto konstantu
rezistori C2-23, MLT, skaņošana - Bourns sērija 3296, oksīds
kondensatori tiek importēti, pārējie ir K10-17. 74AC00 mikroshēma var būt
aizstāt ar KR555LAZ, tranzistoru KT361G - ar jebkuru no KT3107 sērijas. Diode 1N5818
aizstāt ar jebkuru germānija vai Šotkija diodi ar pieļaujamo līdzstrāvu vismaz
50 mA. ICL7660 mikroshēmas nomaiņa autoram nav zināma, bet pārveidotājs
sprieguma polaritāti +5/-5 V var savākt saskaņā ar kādu no publicētajiem
žurnāla "Radio" shēmas. Turklāt pārveidotāju var likvidēt
pilnībā, izmantojot bipolāru stabilizētu barošanas avotu. It īpaši
jums vajadzētu koncentrēties uz salīdzinājuma izvēli, jo diapazons ir atkarīgs no tā
darbības frekvences. Salīdzinājuma LM319 (analogi KA319, LT319) izvēle ir saistīta ar diviem
kritēriji - nepieciešamais ātrums un pieejamība. Salīdzinātāji LM306,
LM361, LM710 ir ātrāki, taču tos iegūt izrādījās grūtāk, jo
turklāt tie ir dārgāki. Pieejamāki ir LM311 (vietējais KR554SAZ analogs) un
LM393. Instalējot LM311 salīdzinājumu ierīcē, kā varētu gaidīt,
frekvenču diapazons tika sašaurināts līdz 250 kHz. Rezistoram R6 ir relatīvi
neliela pretestība, jo ierīce tika izmantota kā iebūvēta
voltmetrs zemfrekvences skaļruņa ģeneratorā. Lietojot ierīci atsevišķā skaitītājā, tas
pretestību var palielināt, bet mērījumu kļūda palielināsies nosacīti
liela komparatora DA1 ieejas strāva.
Sprieguma dalītāja ķēde 1:10
attēlā parādīts. 2. Šeit rezistora R2 funkcijas dalītājā veic rezistors
R6 (skat. 1. att.). Sprieguma dalītājs ir iestatīts noteiktā secībā.
Tā ieejai tiek piegādāti taisnstūrveida impulsi ar vairāku kilohercu frekvenci,
amplitūda 2...3 V (šāds kalibrēšanas signāls ir pieejams daudzās
osciloskopi), un osciloskopa ieeja ir savienota ar izeju (DA1 5. kontaktam). Pielāgošana
kondensators C1 sasniedz taisnstūra impulsa formu. Tālāk seko osciloskops
izmantot ar ieejas sprieguma dalītāju 1:10. Visas daļas, izņemot indikatoru, ir uzstādītas
uz prototipa shēmas plates, kuras izmēri ir 100 × 70 mm, izmantojot vadu
uzstādīšana Vienas no ierīces opcijām izskats ir parādīts attēlā. 3. Par
lai atvieglotu digitālā indikatora pievienošanu, tiek izmantots savienotājs (nav parādīts diagrammā
parādīts). Uzstādīšanas laikā XP1 ievades spraudņa kopējais vads un attiecīgie kondensatora spailes
C8, C10, C11 un C13 vajadzētu savienot ar kopējo vadu vienā vietā ar vadiem
minimālais garums. Elementi VT1, R20, C8, C10, C11 un C13 un salīdzinājums DA1
jānovieto pēc iespējas kompaktāk, kondensatori C3, C6 - pēc iespējas vairāk
tuvāk komparatora DA1 spailēm un C4, C14, C15 - mikrokontrollera spailēm
DD2. Lai iestatītu, ierīces ieeja ir aizvērta, osciloskopa zondes kopējā izeja
savienots ar kondensatora C13 pozitīvo spaili un signāla spaili ar emitētāju
tranzistors VT1. Ekrānā jāparādās negatīvas polaritātes impulsam
ar amplitūdu aptuveni 0,6 V un ilgumu 0,5 μs. Ja zemas frekvences dēļ
impulsu secību būs grūti novērot, tad īslaicīgi paralēli
Kondensatoram C11 ir pievienots rezistors ar pretestību 0,1... 1 kOhm. spriegums
uz kondensatora C12 tiek kontrolēts ar augstas pretestības voltmetru, tam vajadzētu būt
tuvu nullei (plus vai mīnus daži milivolti).
Operatīvā pastiprinātāja DA3 izejas spriegums
(kas nedrīkst pārsniegt dažus milivoltus) ar rezistoru R27
iestatīts vienāds ar nulli. Nepieciešamais mikrokontrollera darbības režīms
iestatīt, piegādājot nepieciešamos līmeņus līnijām PB6, PB7, RS2-RS4, kurām tās
savienots ar kopējo vadu vai +5 V elektropārvades līniju caur rezistoriem
pretestība 20...30 kOhm. Ierīces ieejai ir pievienots priekšzīmīgs
voltmetru un pieliek pastāvīgu spriegumu 0,95 ... 1 V. Apakšstīgu rezistors
R4 izlīdzina abu voltmetru rādījumus. Pēc tam spriegums tiek palielināts līdz
2,95...3 V un rezistors R1 atkal izlīdzina rādījumus. Rezistoru izvēle
R8-R15 varat iestatīt vēlamo indikatora spilgtumu. Vispirms viņi izvēlas
nepieciešamo nominālvērtību tikai vienam no tiem, un pēc tam iestatiet pārējos. Plkst
izvēloties, jāatceras, ka tiek piemērota porta maksimālā izejas strāva
mikrokontrolleris nedrīkst pārsniegt 40 mA, un kopējais strāvas patēriņš - 200
mA.
No redaktora. Mikrokontrollera programma ir mūsu rīcībā
FTP-cep-vere vietnē ftp://ftp.radio.ru/pub/ 2011/02/Vmetr.zip
Priekšvārds
Senajos pirmsdigitālajos laikos jebkuram no mums bija jāsamierinās ar rādītāju mērinstrumentiem, sākot no parastajiem pulksteņiem, svariem un beidzot ar... hmm, tāpēc uzreiz nevaram atrast to izmantošanas robežu! Nu, teiksim - precīzs laboratorijas mikro- vai vēl iespaidīgāks - pikoametrs. Un bija diezgan daudz precizitātes klašu, atkarībā no mērķa.
Piemēram, parasts degvielas daudzuma rādītājs automašīnas bākā ir spilgtākais rādījumu maksimālās neprecizitātes piemērs! Es nezinu nevienu autobraucēju, kurš paļautos uz šo “displeja skaitītāju” un neuzpildītu degvielu iepriekš. Neatlaidīgie šoferu pesimisti nekad neizbrauca bez degvielas kannas bagāžniekā!
Bet laboratorijās, it īpaši Valsts pārbaudes komitejā, bija pārslēdzēji ar spoguļa skalu un precizitātes klasi, kas bija daudz labāka par 0,5.
Un gandrīz visi bijām apmierināti un laimīgi. Un, ja viņi nebija apmierināti, viņi iegādājās precīzākus instrumentus, protams, ja iespējams!
Bet tagad ir pienācis digitālais laikmets. Mēs visi bijām priecīgi par to – tagad jau uzreiz redzam skaitļus uz rādītājiem un priecājamies par mums piedāvāto “precizitāti”. Turklāt mūsdienās šie visuresošie “digitāļi” maksā par lielumu mazāk nekā par retumu kļuvušie “neprecīzie pārslēdzēji”. Tomēr tikai daži cilvēki domā, ka skaitļos parādītie daudzumi joprojām ir analogi neatkarīgi no tā, vai tas ir svars vai strāvas stiprums - tam nav nozīmes. Tas nozīmē, ka šie daudzumi joprojām tiek mērīti kā analogi! Un tikai apstrādei un prezentācijai tie tiek pārvērsti digitālā vērtībā. Šeit tiek paslēptas kļūdas, kas liek mums pārsteigt, kad divi dažādi telpas termometri vienā vietā rāda dažādas vērtības!
Ceļš no izmērītās vērtības līdz indikatoram
Apskatīsim visu mērījumu-rādīšanas procesu. Turklāt es apzināti izvēlos elektrisko daudzumu. Pirmkārt, mēs joprojām atrodamies elektronikas inženieru, nevis siltumfiziķu vai maiznieku vietā, lai viņi piedod manu salīdzināšanas licenci! Otrkārt, es vēlos nostiprināt savu argumentāciju ar piemēriem no personīgās pieredzes.
Pirmkārt, es izvēlos pašreizējo spēku!
Man būs jāatkārto banalitāte, ka, lai iegūtu analogā daudzuma digitālu attēlojumu, jums ir nepieciešams analogo-ciparu pārveidotājs (ADC). Bet, tā kā pats par sevi tas mums joprojām ir maz noderīgs, mums būs nepieciešami citi mezgli, lai pabeigtu visu plānoto. Proti:
- paša ADC priekšā ir nepieciešama normalizēšanas ierīce, teiksim: normalizējošais pastiprinātājs vai vājinātājs, atkarībā no ieejas vērtības attiecības pret ADC konversijas diapazonu;
- dekodētājs pēc ADC, lai attēlotu pārveidoto skaitlisko ekvivalentu attiecīgā indikatora ciparu kodā.
Ir gatavas mikroshēmas, kas apvieno gan ADC, gan dekodētāju. Piemēram, ICL7136 vai līdzīgs, ko izmanto multimetros.
Būtībā visi šie mezgli vienā vai otrā veidā ir vienkārši nepieciešami. Pats sensors vēl neesmu nosaucis - šajā gadījumā strāvas-sprieguma pārveidotājs vai vienkārši šunts.
Tātad, īsumā iesim cauri visai ķēdei. Strāva, kas plūst caur šuntu (jaudīgs rezistors ar ļoti zemu pretestību), rada potenciālu starpību tā polios. Gūtens Tags, Ohm kungs! Bet šī atšķirība ir diezgan maza, un ne katrs ADC spēj pilnībā pārveidot šo vērtību, tāpēc signāls (spriegums) no šunta ir jāpastiprina līdz pieņemamai vērtībai. Tāpēc ir nepieciešams normalizējošs pastiprinātājs. Tagad ADC, saņēmis ieejā sagremojamu spriegumu, veiks pārveidošanu ar minimālu iespējamo kļūdu. Pie tā izejas mēs iegūstam skaitli, kas atbilst izmērītās strāvas pašreizējai vērtībai izvēlētajā diapazonā, kas ir attiecīgi jāatšifrē, lai parādītu indikatorā. Piemēram, konvertējiet to par septiņu segmentu indikatora kodu.
Šeit es neredzu vajadzību sīkāk pakavēties pie katra no iepriekšminētajiem posmiem, jo rakstā es tiecos pēc cita mērķa. Un sīkāku informāciju var atrast internetā.
Specifikācijas
Man ir ts elektroniskā slodze ar strāvas plūsmas indikatoru. Ir pašas slodzes pamata diagramma, taču tur jums būs nepieciešams ārējs ampērmetrs, lai precīzāk iestatītu strāvu. Es nolēmu savienot abas ierīces, lai ietaupītu vietu un nebūtu vesela multimetru bara.
Mans iebūvētais ampērmetrs ir samontēts un ieprogrammēts Tiny26L MK. Daļa no šī ampērmetra ir LM358 mikroshēmas otrais (bezmaksas) op-amp, kas ir daļa no pamata balasta ķēdes. Tie. Šis ir mans standartizējošais pastiprinātājs, jo maksimālais sprieguma kritums pāri šuntam (5A x 0,1 omi) ir tikai 0,5 volti, kas acīmredzami nav pietiekami pilnam konversijas diapazonam ar iekšējo atsauces spriegumu.
Saskaņā ar T.O. (angļu = Datasheet) iebūvētā atsauces avota (ION) nominālais spriegums ir 2,56 volti. Ļoti ērts izmērs! Tomēr praksē tas neizdodas tik lieliski: mana MK noregulētais jonu spriegums izrādījās 2,86 volti! Kā es to noteicu, ir atsevišķa tēma. Atgriezīsimies pie ērtā 2,56 voltu sprieguma. Paskatieties, kas notiek: uz šunta nokrīt ne vairāk kā 0,5 volti, ADC pārvērš maksimāli 2,56 voltus. Normalizējošs pastiprinātājs ar pastiprinājumu 5 ierosina sevi, tad konvertēšanas laikā iegūtajam skaitlim nebūs nepieciešama uzlabota aritmētika, lai attēlotu rezultātu: 5 ampēri = 2,5 volti = 250 vienības (8 bitu konvertēšanai). Jums vienkārši jāreizina rezultāts ar divi un jāievieto decimālzīme starp simtiem un desmitiem, lai iegūtu ļoti ērtu attēlojumu: vienības, ampēra desmitdaļas un simtdaļas. Galīgā transformācija septiņu segmentu zīmēs ir tehnoloģiju jautājums. Viss ir kārtībā, to var ieviest aparatūrā!
Taču, kā jau parādīju ar iebūvētā ION piemēru, ar izmantotajām sastāvdaļām nav tik vienkārši iegūt pieņemamu (nerunājot par augstu!) precizitāti. Varat izvēlēties kļūdu matemātisku kompensāciju, izmantojot programmu MK, lai gan tam būs nepieciešama kalibrēšana. Šis ceļš ir diezgan viegli ieviests C un citās augsta līmeņa valodās. Bet man, spītīgam montētājam, jaukšanās ar matemātiku, izmantojot RISC instrukcijas, ir papildu galvassāpes!
Es izvēlējos citu ceļu - normalizējošā pastiprinātāja (NA) pastiprinājuma korekciju. Šim nolūkam jums nav nepieciešams daudz - viens apgriešanas rezistors! Tās vērtība ir jāizvēlas pareizi, lai regulēšanas diapazons būtu pietiekams, bet ne pārspīlēts.
Normalizējošo pastiprinātāja elementu izvēle
Tātad, ir nepieciešams noteikt regulēšanas diapazonu. Pirmais solis ir noteikt komponentu pielaides. Piemēram, manam šuntam kļūdu pielaide ir 1%. Citiem rezistoriem normalizējošā pastiprinātāja ķēdē var būt pielaide līdz 10%. Un neaizmirstiet par mūsu ION neprecizitāti, kas manā gadījumā sasniedza gandrīz +12%! Tas nozīmē, ka faktiskais konvertētais skaitlis būs gandrīz par 12% mazāks. Bet tā kā es jau zinu šo kļūdu, es to ņemu vērā NU pastiprinājumā, kam vajadzētu būt 5,72. Un tā kā citu komponentu patiesās kļūdas nav zināmas, atliek atrast maksimālo iespējamo kopējo kļūdu, lai aprēķinātu regulēšanas diapazonu.
Vienkārša šo "procentu" summa liecina par sevi: 1% no šunta plus 2 reizes 10% no op-amp atgriezeniskās saites rezistoru. Kopā: 21%.
Paskatīsimies, vai tas tā tiešām ir. Lai to izdarītu, apskatīsim diagrammas daļu, kurā ir parādīts šis NU ar jau atlasītajām vērtībām:
Kā redzat, ir neinvertējošs pastiprinātājs ar regulējamu pārraides koeficientu, kas teorētiski ir regulējams no 4,979 līdz 6,735 atbilstoši diagrammā norādītajiem nomināliem. Bet, ja ņemam vērā mūsu ±10% iespējamo katra rezistora kļūdu, ar sliktāko kombināciju iegūstam Ku = 5,864 - 8,009, kas nepārprotami pārsniedz nepieciešamo koeficientu! Ja šī kombinācija notiks, jums būs jāņem citas nominālvērtības. Labāk ir nekavējoties palielināt regulēšanas rezistora vērtību, piemēram, līdz 39k. Tad Ku apakšējā robeža būs 5.454, kas jau ir pieņemami.
Nu, man – “īstam radio junkim” – nācās izvēlēties trimmeri no tā, kas bija pieejams, un vienkārši paveicās, ka investēju klāstā! Ja man būtu citas vērtības trimmeris, tam nebūtu nozīmes, es pārrēķinātu R2 un R3, kuru pielaide manā gadījumā ir 5%, tāpēc man nebija jāņem cits trimmeris.
Pārvarēt savus trūkumus un izlaidumus
Šķiet, ka viss ir izdomāts un izrēķināts - pieskaitiet maksu. Vispirms izmēģināsim šo dizainu uz maizes dēļa! Ne ātrāk pateikts, kā izdarīts! Ku tiek pārbūvēts ne gluži kā cerēts, bet gan nepieciešamo robežās. Tomēr indikators nerādīja 0,00, kad nebija slodzes strāvas! Pirmkārt, man bija aizdomas, ka programma atrodas MK, bet, kad ADC ieeja tika īssavienota ar kopējo vadu, parādījās vērtīgās nulles. Tas nozīmē, ka MK ieejā nonāk kaut kas cits, izņemot nulles voltus. Pārbaude ar multimetru apstiprināja šo pieņēmumu un uzstādīja nākamo uzdevumu. Neiedziļinoties sava pētījuma detaļās, aprakstīšu tikai rezultātu.
Iemesls izrādījās šāds: es pilnībā neņēmu vērā, ka izmantotais op-amp bija tālu no labākās kvalitātes. Viņš pat nav tā sauktais. "dzelzceļš pret dzelzceļu". Tas nozīmē, ka tā izejas potenciāls nekad nesasniegs nevienu no barošanas poliem, t.i. manā gadījumā tas nekad nebūs vienāds ar 0 voltiem! Tagad, ja tas tiktu darbināts no bipolāra avota, izvade būtu paredzamā nulle. Bet mans barošanas avots ir vienpolārs, un es nedomāju sarežģīt ķēdi ar kādu pārveidotāju. Risinājums tika rasts “virtuālās zemes” izveidē, t.i. Pateicoties atsevišķam barošanas avotam (atšķirībā no pamata ķēdes), es varēju izmantot diodi, lai novirzītu kopējā vada potenciālu attiecībā pret akumulatora negatīvo polu.
Tātad, dēlis ir iegravēts un pielodēts. Ir pienācis laiks iesaiņot šo dizainu futrālī. Kas patiesībā arī tika izdarīts. Tomēr darbības laikā parādījās vēl viens neliels trūkums - operētājsistēmas pastiprinātāja ievades ķēžu novirze. Tas izpaudās negatīvā rādījumu nobīdē, t.i. pie pāris desmitiem miliamperu strāvas indikators joprojām rādīja nulles, kas man nederēja! Es pieļauju vairāku mA nobīdi - joprojām netiek rādītas miliampēras. Man bija jāievieš novirzes ķēde NU ieejā.
R4 un RZ reitingi ir izvēlēti tā, lai nodrošinātu plus/mīnus vairāku desmitu milivoltu nobīdi attiecībā pret “virtuālo zemi”. Man nebija vēlēšanās gatavo dēli pārtaisīt un Ku regulētāja vietā pievienoju nepieciešamo regulējamo dalītāju.
Kopumā iegūtā ierīce apmierina manas vajadzības. Protams, to var ilgi uzlabot, bet pagaidām nav vajadzības!
Par digitālo daļu un matemātiku es runāšu nākamreiz, izmantojot laboratorijas barošanas avota voltampermetra piemēru.
Diezgan vienkārša ierīce, kas mēra spriegumu, strāvu un parāda kopējo slodzes patērēto jaudu 50 Hz frekvencē.
Veicot remontdarbus vai pārbaudot un testējot jaunas ierīces, bieži vien ir nepieciešams pievadīt spriegumu no LATR, un ir nepieciešams kontrolēt spriegumu un strāvu. Šiem nolūkiem tika izstrādāts voltmetrs-ampērmetrs un samontēts uz mikrokontrollera ar LCD indikatoru. Tā kā tiek mērīts spriegums un strāva, kopējo jaudu ir viegli aprēķināt. Rezultāts ir ļoti kompakts skaitītājs.
Specifikācijas
1. Mērītā sprieguma izmaiņu robežas ir 0 – 255 volti, izšķirtspēja 0,5 volti. Rādījumi tiek parādīti ar 1 voltu soli.
2. Izmērītās strāvas maiņas ierobežojumi 0 – 10 Amperi, izšķirtspēja 20 mA. Rādījumi tiek parādīti ar 10 mA soli.
3. Šķietamā jauda tiek aprēķināta kā strāvas un sprieguma reizinājums, un tiek parādīta tikai vesela vērtība voltos-ampēros.
Shematiska diagramma
Fragments izslēgts. Mūsu žurnāls pastāv uz lasītāju ziedojumiem. Šī raksta pilna versija ir pieejama tikai
Piemērots shēmā maiņstrāvas sprieguma un strāvas tieša mērīšana mikrokontrolleris.
Izmērītais spriegums caur dalītāju R7, R9, R12 un C12 tiek piegādāts mikrokontrollera ieejai caur kondensatoru C10. Kondensators C12 kopā ar ieejas sprieguma dalītāju veido integrējošu ķēdi, kas novērš impulsa trokšņa iekļūšanu.
Izmērītā strāva plūst caur šuntu R1, no tā noņemto spriegumu pastiprina darbības pastiprinātājs un caur ķēdi R8 un C8 tiek piegādāts mikrokontrollera ieejai. Pirmais posms pie OP1 ir invertējošais pastiprinātājs ar integrējošu kondensatoru C3 atgriezeniskās saites ķēdē. Sakarā ar to, ka no OP1 noņemtajam sprieguma svārstībām vajadzētu būt aptuveni 5 voltiem, pastiprinātāja mikroshēma saņem palielinātu jaudu (9-15 volti). OP2 otro posmu ieslēdz atkārtotājs, un tam nav īpašu funkciju. Kondensators C3 kalpo, lai samazinātu traucējumus mikrokontrollera ADC darbības laikā.
Mērīšanas ieejas RA0 un RA1 caur rezistoriem R11 un R13 saņem pastāvīgu stabilizētu 2,5 voltu nobīdi. Šis spriegums ļauj pareizi izmērīt ieejas sprieguma pozitīvos un negatīvos pusciklus.
Mikrokontrollerim PIC16F690 ir pievienots LCD displejs, kas parāda 2 rindiņas pa 16 rakstzīmēm. Rezistors R14 tiek izmantots, lai iestatītu optimālo displeja kontrastu. Rezistors R15 nosaka displeja fona apgaismojuma strāvu.
Ierīce tiek darbināta no atsevišķa 9-12 voltu transformatora. +5 voltu jaudas stabilizators ir samontēts uz 78L05 mikroshēmas, un tam nav īpašu funkciju.
Es baroju ierīci no tālruņa adaptera. Sakarā ar to, ka plāksnei ir savs tilts Br1, savienojuma polaritātei nav nozīmes. Ir svarīgi, lai spriegums kondensatorā C4 būtu no 10 līdz 15 voltiem.
--
Paldies par jūsu uzmanību!
▼ 🕗 20.08.12. ⚖️ 18,04 Kb ⇣ 442 Sveiks, lasītāj!
--
Paldies par jūsu uzmanību!
Igors Kotovs, žurnāla Datagor galvenais redaktors
▼ 🕗 20.08.2012. ⚖️ 6,41 Kb ⇣ 457 Sveiks, lasītāj! Mani sauc Igors, man ir 45 gadi, es esmu sibīrietis un dedzīgs amatieris elektronikas inženieris. Es izdomāju, izveidoju un uzturēju šo brīnišķīgo vietni kopš 2006. gada.
Vairāk nekā 10 gadus mūsu žurnāls pastāv tikai uz mana rēķina.
Labi! Bezmaksas dāvana ir beigusies. Ja vēlaties failus un noderīgus rakstus, palīdziet man!