Avr kullanarak AC akım ölçümü. ADC Kullanarak Negatif Gerilim Nasıl Ölçülür?

50 Hz frekanslı basit bir alternatif voltaj voltmetresi, ayrı olarak kullanılabilen veya bitmiş bir cihaza yerleştirilebilen yerleşik bir modül şeklinde yapılır.
Voltmetre PIC16F676 mikrodenetleyici ve 3 haneli gösterge üzerine monte edilmiştir ve çok fazla parça içermemektedir.

Voltmetrenin ana özellikleri:
Ölçülen voltajın şekli sinüzoidaldir
Ölçülen voltajın maksimum değeri 250 V'tur;
Ölçülen voltajın frekansı - 40…60 Hz;
Ölçüm sonucunu görüntüleme çözünürlüğü 1 V'tur;
Voltmetre besleme gerilimi 7…15 V'tur.
Ortalama akım tüketimi - 20 mA
İki tasarım seçeneği: gemide güç kaynağı olan ve olmayan
Tek Taraflı PCB
Kompakt tasarım
Ölçülen değerlerin 3 haneli LED göstergede gösterilmesi

Alternatif voltajı ölçmek için bir voltmetrenin şematik diyagramı

Alternatif voltajın doğrudan ölçümü ve ardından değerinin hesaplanması ve göstergeye çıkışı gerçekleştirildi. Ölçülen voltaj R3, R4, R5 üzerinde yapılan giriş bölücüye ve C4 ayırma kapasitörü aracılığıyla mikro denetleyicinin ADC girişine beslenir.

Dirençler R6 ve R7, ADC girişinde 2,5 voltluk (gücün yarısı) bir voltaj oluşturur. Nispeten küçük kapasiteli Kapasitör C5, ADC girişini atlar ve ölçüm hatalarının azaltılmasına yardımcı olur. Mikrodenetleyici, zamanlayıcıdan gelen kesintilere bağlı olarak göstergenin dinamik modda çalışmasını düzenler.

--
İlginiz için teşekkür ederiz!
Igor Kotov, Datagor dergisinin genel yayın yönetmeni

▼ 🕗 01/07/14 ⚖️ 19.18 Kb ⇣ 239 Merhaba okuyucu! Adım Igor, 45 yaşındayım, Sibiryalıyım ve hevesli bir amatör elektronik mühendisiyim. Bu harika siteyi 2006'dan beri buldum, yarattım ve sürdürüyorum.
10 yıldan fazla bir süredir dergimiz sadece benim pahasına varlığını sürdürüyor.

İyi! Bedava bitti. Dosyalar ve faydalı makaleler istiyorsanız bana yardım edin!

Akım sensörünün mikrodenetleyiciye bağlanması

Teorinin temellerine aşina olduktan sonra verileri okuma, dönüştürme ve görselleştirme konusuna geçebiliriz. Yani basit bir DC akım ölçer tasarlayacağız.

Sensörün analog çıkışı mikro denetleyicinin ADC kanallarından birine bağlanır. Gerekli tüm dönüşümler ve hesaplamalar mikrodenetleyici programında uygulanmıştır. Verileri görüntülemek için 2 satır karakterli bir LCD göstergesi kullanılır.

Deneysel tasarım

Bir akım sensörüyle deneme yapmak için yapıyı Şekil 8'de gösterilen şemaya göre monte etmek gerekir. Yazar bunun için bir devre tahtası ve mikro denetleyici tabanlı bir modül kullanmıştır (Şekil 9).

ACS712-05B akım sensörü modülü hazır olarak satın alınabilir (eBay'de çok ucuza satılır) veya kendiniz yapabilirsiniz. Filtre kondansatörünün kapasitansı 1 nF olarak seçilmiş olup, güç kaynağı için 0,1 µF blokaj kondansatörü takılmıştır. Gücün açık olduğunu belirtmek için söndürme direncine sahip bir LED lehimlenmiştir. Sensörün güç kaynağı ve çıkış sinyali, modül kartının bir tarafındaki konnektöre bağlanır, karşı tarafta ise akan akımı ölçmek için 2 pinli bir konnektör bulunur.

Akım ölçüm deneyleri için sensörün akım ölçüm terminallerine 2,7 Ohm / 2 W seri direnç üzerinden ayarlanabilir sabit voltaj kaynağı bağlıyoruz. Sensör çıkışı mikro denetleyicinin RA0/AN0 bağlantı noktasına (pim 17) bağlanır. Mikrodenetleyicinin B portuna iki satır karakterli bir LCD göstergesi bağlanır ve 4 bit modunda çalışır.

Mikrodenetleyici +5 V'luk bir voltajla çalıştırılır, aynı voltaj ADC için referans olarak kullanılır. Mikrodenetleyici programında gerekli hesaplamalar ve dönüşümler uygulanır.

Dönüşüm işleminde kullanılan matematiksel ifadeler aşağıda verilmiştir.

Akım sensörü hassasiyeti Sens = 0,185 V/A. Vcc = 5 V besleme ve Vref = 5 V referans gerilimi ile hesaplanan ilişkiler aşağıdaki gibi olacaktır:

ADC çıkış kodu

Buradan

Sonuç olarak, akımı hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:

Önemli Not. Yukarıdaki ilişkiler, ADC için besleme voltajı ve referans voltajının 5 V'a eşit olduğu varsayımına dayanmaktadır. Bununla birlikte, akım I ve ADC çıkış kodu Sayımı ile ilgili son ifade, güç kaynağı voltajı dalgalansa bile geçerli kalır. Bu, açıklamanın teorik kısmında tartışılmıştır.

Son ifadeden sensörün mevcut çözünürlüğünün 26,4 mA olduğu görülebilmektedir, bu da 513 ADC örneğine karşılık gelmektedir, bu da beklenen sonuçtan bir örnek fazladır. Dolayısıyla bu uygulamanın küçük akımların ölçülmesine izin vermediği sonucuna varabiliriz. Küçük akımları ölçerken çözünürlüğü ve hassasiyeti artırmak için işlemsel yükselteç kullanmanız gerekecektir. Böyle bir devrenin bir örneği Şekil 10'da gösterilmektedir.

Mikrodenetleyici programı

PIC16F1847 mikrodenetleyici programı C dilinde yazılmış ve mikroC Pro ortamında (mikroElektronika) derlenmiştir. Ölçüm sonuçları, iki ondalık basamak hassasiyetiyle iki satırlı bir LCD göstergede görüntülenir.

çıkış

Sıfır giriş akımıyla ACS712 çıkış voltajı ideal olarak kesinlikle Vcc/2 olmalıdır, yani. 512 sayısı ADC'den okunmalıdır.Sensör çıkış voltajının 4,9 mV kayması, dönüşüm sonucunun ADC'nin en az anlamlı 1 biti kadar kaymasına neden olur (Şekil 11). (Vref = 5,0 V için, 10 bitlik ADC'nin çözünürlüğü 5/1024 = 4,9 mV olacaktır), bu da 26 mA giriş akımına karşılık gelir. Dalgalanmaların etkisini azaltmak için birkaç ölçüm yapılması ve ardından sonuçların ortalamasının alınması tavsiye edilir.

Düzenlenmiş güç kaynağının çıkış voltajı 1 V'a eşit olarak ayarlanırsa
direnç yaklaşık 370 mA'lık bir akım taşımalıdır. Deneyde ölçülen akım değeri 390 mA'dır ve bu, doğru sonucu ADC'nin en az anlamlı basamağını bir birim aşar (Şekil 12).

Şekil 12.

2 V voltajda gösterge 760 mA gösterecektir.

Bu, ACS712 akım sensörü hakkındaki tartışmamızı sonlandırıyor. Ancak bir konuya daha değinmedik. Bu sensörü kullanarak AC akımı nasıl ölçülür? Sensörün, test uçlarından akan akıma karşılık gelen anlık bir yanıt sağladığını unutmayın. Akım pozitif yönde akarsa (pin 1 ve 2'den pin 3 ve 4'e), sensörün hassasiyeti pozitiftir ve çıkış voltajı Vcc/2'den büyüktür. Akım yön değiştirirse hassasiyet negatif olacak ve sensörün çıkış voltajı Vcc/2 seviyesinin altına düşecektir. Bu, bir AC sinyalini ölçerken mikro denetleyicinin ADC'sinin akımın RMS değerini hesaplayabilecek kadar hızlı örnekleme yapması gerektiği anlamına gelir.

İndirilenler

Mikrodenetleyici programının kaynak kodu ve ürün yazılımı dosyası -

AC Voltmetre

N. OSTROUKHOV, Surgut

Makalede alternatif voltaj voltmetresi anlatılmaktadır. Üzerine monte edilmiştir
Mikrodenetleyici ve bağımsız bir ölçüm cihazı olarak kullanılabilir
veya düşük frekanslı bir jeneratörde yerleşik bir voltmetre olarak.

Önerilen voltmetre tasarlanmıştır
1 Hz ila 1 Hz frekanslı sinüzoidal alternatif voltajı ölçmek için
800 kHz. Ölçülen voltaj aralığı - 0…3 V (veya harici ile 0…30 V)
voltaj bölücü 1:10). Ölçüm sonucu ekranda görüntülenir
dört haneli LED göstergesi. Ölçüm doğruluğu belirlenir
Mikrodenetleyiciye ve referans kaynağına yerleşik ADC'nin parametreleri
voltaj ve 2 mV'ye eşittir (0...3 V aralığı için). Voltmetre tarafından desteklenmektedir
5 V stabilize voltaj kaynağı ve 40...65 mA V akımı tüketir
kullanılan göstergeye ve ışığının parlaklığına bağlı olarak. Anlık tüketim
Dahili polarite dönüştürücüden gelen akım 5 mA'yı geçmez.

Cihaz şunları içerir (bkz.
pirinç. 1) bir AC-DC voltaj dönüştürücüsü, bir tampon içerir
DC voltaj amplifikatörü, dijital voltmetre ve dönüştürücü
Besleme voltajının polaritesi. AC'den AC'ye voltaj dönüştürücü
DA1 karşılaştırıcısında toplanan sabit, elemanlardaki puls üreteci
DD1.1-DD1.4 ve anahtarlama transistörü VT1. Hadi onun çalışmalarına bakalım
daha fazla detay. Cihazın girişinde sinyal olmadığını varsayalım. Daha sonra gerginlik
DA1 karşılaştırıcısının ters çevirme girişinde sıfıra eşittir ve ters çevirmeyen girişte belirlenir
gerilim bölücü R19R22 ve şemada gösterilen değerlerle yaklaşık -80'dir
mV. Bu durumda karşılaştırıcının çıkışında düşük bir seviye vardır.
puls üretecinin çalışmasına izin verir. Jeneratörün özelliği,
jeneratör çıkışındaki DA1 karşılaştırıcısının çıkışındaki her voltaj düşüşü (pim 8
DD1.2) elemanı bir darbe üretilir. Eğer azaldığı zaman bir izin günü varsa
karşılaştırıcının durumu değişmeyecek, bir sonraki darbe üretilecek, vb.

Darbelerin süresi şunlara bağlıdır:
R16, C5 elemanlarının değerleri ve yaklaşık 0,5 μs'dir. Düşük seviyede
DD1.2 elemanının çıkışındaki voltaj, transistör VT1 açılır. Mezhepler
R17, R18 ve R20 dirençleri açık bir transistör aracılığıyla seçilir
C8 ve C11 kapasitörlerini şarj eden 10 mA'lik bir akım aktı. Geçerlilik süresi boyunca
Her darbe bu kapasitörleri bir milivoltun kesirleri kadar şarj eder. Kararlı durumda
modunda, üzerlerindeki voltaj -80 mV'den sıfıra yükselecek, tekrarlama oranı
jeneratör darbeleri azalacak ve transistör VT1'in kollektör akım darbeleri
yalnızca C11 kapasitörünün bir direnç aracılığıyla yavaş deşarjını telafi edecektir
R22. Böylece, başlangıçtaki küçük negatif sapma nedeniyle,
giriş sinyali olmasa bile invertör normal şekilde çalışır
modu. Tekrarlama oranındaki bir değişiklik nedeniyle bir AC giriş voltajı uygulandığında
jeneratör darbeleri, C11 kondansatöründeki voltaj buna göre değişir
giriş sinyalinin genliği. Alçak geçiş filtresi R21C12 çıkış voltajını düzeltir
dönüştürücü Şunu belirtmek gerekir ki yalnızca
giriş voltajının pozitif yarım dalgası, yani asimetrikse
sıfıra göre ek bir hata ortaya çıkacaktır.

Kazançlı tampon amplifikatör
dişliler 1.2, op-amp DA3'e monte edilir. Çıkışına bağlı VD1 diyotu korur
Negatif polarite voltajından mikrodenetleyici girişleri. Op-amp DA3 çıkışından
dirençli voltaj bölücüler R1R2R3 ve R4R5 aracılığıyla sabit voltaj
olarak yapılandırılmış olan DD2 mikro denetleyicisinin PC0 ve PC1 hatlarına ulaşır.
ADC girişleri. Kondansatörler C1 ve C2 ayrıca paraziti ve paraziti bastırır. Aslında
dijital voltmetre, kullanan bir DD2 mikrodenetleyici üzerine monte edilmiştir.
Dahili 10 bit ADC ve dahili 1,1 V referans voltaj kaynağı.

Mikrodenetleyici programı
BASCOM-AVR ortamı kullanılarak yazılmıştır ve üç veya
ortak anotlu veya ortak uçlu dört haneli dijital LED göstergeler
katot ve akımı (sinüzoidal bir sinyal için) görüntülemenizi sağlar veya
Giriş sinyali voltajının genlik değerinin yanı sıra parlaklığı da değiştirin
gösterge ışığı PC3 hattındaki sinyalin mantıksal seviyesi, uygulanan sinyalin türünü belirtir.
gösterge - ortak anotlu (düşük) veya ortak katotlu (yüksek) ve hatta
PC4, basamaklarının sayısıdır; dördü düşük, üçü yüksek. programı
iş başında bu hatlardaki sinyal seviyelerini bir kez okur ve ayarlar.
İlgili göstergeyle çalışacak mikrodenetleyici. Dört bit için
göstergesinde, ölçüm sonucu üç haneli bir sayı için X.ХХХ (B) formunda görüntülenir.
- XXX (mV) 1 V'a kadar ve Х.ХХ (V), eğer voltaj 1 V'tan fazlaysa. Kullanıldığında
Üç basamaklı bir göstergenin basamaklarının terminalleri, üç basamaklı bir göstergenin terminalleri olarak bağlanır.
Şekil 2'deki dört bitin en önemli bitleri. 1.

PC2 hat kontrollerindeki sinyal seviyesi
harici kullanıldığında gerekli olan ölçüm sonucunun 10 ile çarpılması
voltaj bölücü 1:10. Seviye düşük olduğunda sonuç Sinyal ile çarpılmaz.
PB6 çizgisi göstergenin parlaklığını kontrol eder; yüksek düzeyde
azalır. Parlaklıktaki değişiklik, arasındaki oranın değişmesi sonucu ortaya çıkar.
her ölçüm döngüsünde göstergenin yanma süresi ve sönme süresi.
Programda belirtilen sabitlerle parlaklık yaklaşık iki kat değişir.
PB7 hattına uygulandığında giriş voltajının etkin değeri görüntülenir
yüksek seviye ve genlik - düşük. RS2, PB6 ve hatlarındaki sinyal seviyeleri
PB7 programı her döngüdeki ölçümleri analiz eder ve bu nedenle bunlar
anahtarları kullanmanın uygun olduğu herhangi bir zamanda değiştirilebilir. Süre
bir ölçüm döngüsü 1,1 saniyeye eşittir. Bu süre zarfında ADC yaklaşık 1100 performans sergiler.
örneklerden maksimum olanı seçilir ve gerekiyorsa çarpılır.
gerekli katsayı.

Sabit ölçülen için
voltaj, tüm döngü boyunca bir ölçüm için ve alternatif ölçümler için yeterli olacaktır.
frekansı 500 Hz'den az olan C8 kapasitörlerindeki voltaj. C11 gözle görülür biçimde değişiyor
döngü sırasında. Bu nedenle 1 ms aralıklarla 1100 ölçüm yapılmasına olanak sağlar
Dönemin maksimum değerini kaydedin. Polarite dönüştürücü
besleme voltajı standart devreye göre DA2 çipine monte edilir. Bugün onun izin günü
voltaj -5 V karşılaştırıcı DA1 ve op-amp DA3'e güç verir. XP2 konektörü şu amaçlarla tasarlanmıştır:
Mikrodenetleyicinin donanım içi programlanması.

Voltmetre sabit kullanır
dirençler C2-23, MLT, ayarlama - Bourns serisi 3296, oksit
kapasitörler ithal, geri kalanı K10-17. 74AC00 mikro devresi olabilir
KR555LAZ, transistör KT361G ile - KT3107 serisinden herhangi biriyle değiştirin. Diyot 1N5818
en az izin verilen doğru akıma sahip herhangi bir germanyum veya Schottky diyotla değiştirin
50mA. ICL7660 yongasının değiştirilmesi yazar tarafından bilinmiyor, ancak dönüştürücü
gerilim polaritesi +5/-5 V, yayınlananlardan birine göre toplanabilir.
dergisi "Radyo" şemaları. Ek olarak dönüştürücü ortadan kaldırılabilir
tamamen, bipolar stabilize edilmiş bir güç kaynağı kullanarak. Özellikle
aralık ona bağlı olduğundan bir karşılaştırıcı seçmeye odaklanmalısınız
çalışma frekansları. LM319 karşılaştırıcısının seçimi (KA319, LT319 analogları) iki nedenden kaynaklanmaktadır
kriterler - gerekli hız ve kullanılabilirlik. Karşılaştırıcılar LM306,
LM361, LM710 daha hızlıdır ancak onları elde etmenin daha zor olduğu ortaya çıktı çünkü
üstelik daha pahalıdırlar. Daha erişilebilir olanlar LM311'dir (KR554SAZ'ın yerli analogu) ve
LM393. LM311 karşılaştırıcısını cihaza takarken beklendiği gibi,
frekans aralığı 250 kHz'e daraldı. Direnç R6 nispeten
cihaz yerleşik olarak kullanıldığından hafif direnç
Woofer jeneratöründeki voltmetre. Cihazı bağımsız bir ölçüm cihazında kullanırken,
Direnç artırılabilir ancak göreceli olarak ölçüm hatası artacaktır.
DA1 karşılaştırıcısının büyük giriş akımı.

Gerilim bölücü devresi 1:10
Şekil 2'de gösterilmiştir. 2. Burada bölücüdeki direnç R2'nin işlevleri direnç tarafından gerçekleştirilir.
R6 (bkz. Şekil 1). Gerilim bölücü belli bir sıraya göre kurulur.
Girişine birkaç kilohertz frekanslı dikdörtgen darbeler verilir,
genlik 2...3 V (böyle bir kalibrasyon sinyali birçok modelde mevcuttur)
osiloskoplar) ve osiloskop girişi çıkışa bağlanır (DA1'in pin 5'ine). Ayarlama
kapasitör C1 dikdörtgen bir darbe şekli elde eder. Osiloskop takip ediyor
1:10 giriş voltajı bölücüyle kullanın. Gösterge dışındaki tüm parçalar monte edilmiştir
kablolu kullanılarak 100×70 mm ölçülerinde bir prototip devre kartı üzerinde
kurulum Cihaz seçeneklerinden birinin görünümü Şekil 2'de gösterilmektedir. 3. İçin
dijital göstergenin bağlantı kolaylığı için bir konektör kullanılır (şemada gösterilmemiştir)
gösterilmiştir). Kurulum sırasında XP1 giriş fişinin ortak kablosu ve ilgili kapasitör terminalleri
C8, C10, C11 ve C13 kabloları ile tek yerden ortak kabloya bağlanmalıdır.
Minimum uzunluk. VT1, R20, C8, C10, C11 ve C13 elemanları ve DA1 karşılaştırıcısı
Mümkün olduğu kadar kompakt bir şekilde yerleştirilmeli, C3, C6 kapasitörleri - mümkün olduğu kadar
karşılaştırıcı DA1 ve C4, C14, C15'in terminallerine daha yakın - mikro denetleyicinin terminallerine
DD2. Kurulum için cihazın girişi kapatılır, osiloskop probunun ortak çıkışı
kapasitör C13'ün pozitif terminaline ve sinyal terminali yayıcıya bağlanır
transistör VT1. Ekranda negatif kutuplu bir darbe görünmelidir
yaklaşık 0,6 V genliğe ve 0,5 μs süreye sahiptir. Düşük frekanstan dolayı ise
Darbe sırasını gözlemlemek zor olacak, bu durumda geçici olarak paralel olacaktır.
C11 kondansatörüne 0,1... 1 kOhm dirençli bir direnç bağlanır. Gerilim
C12 kondansatöründe yüksek empedanslı bir voltmetre ile kontrol ediliyorsa,
sıfıra yakın (artı veya eksi birkaç milivolt).

Op amp DA3'ün çıkış voltajı
(birkaç milivoltu geçmemelidir) R27 direnciyle
sıfıra eşitleyin. Mikrodenetleyicinin gerekli çalışma modu
PB6, PB7, RS2-RS4 hatlarına gerekli seviyeler sağlanarak ayarlanır.
ortak bir kabloya veya dirençler aracılığıyla +5 V güç hattına bağlanır
direnç 20...30 kOhm. Cihazın girişine örnek bir tane bağlanır
voltmetreyi ölçün ve 0,95 ... 1 V'luk sabit bir voltaj uygulayın. Alt dizi direnci
R4 her iki voltmetrenin okumalarını eşitler. Daha sonra voltaj artırılır
2,95...3 V ve direnç R1, okumaları tekrar eşitler. Çeşitli dirençler
R8-R15 göstergesinin istediğiniz parlaklığını ayarlayabilirsiniz. Önce seçiyorlar
bunlardan yalnızca birinin gerekli mezhebini belirleyin ve ardından geri kalanını ayarlayın. Şu tarihte:
seçiminde uygulanan portun maksimum çıkış akımının dikkate alınması gerektiği unutulmamalıdır.
mikrodenetleyici 40 mA'yı geçmemeli ve toplam akım tüketimi - 200
mA.

Editörden. Mikrodenetleyici programı sitemizde mevcuttur.
FTP-cep-vere ftp://ftp.radio.ru/pub/ 2011/02/Vmetr.zip adresinde

Önsöz

Eski, dijital öncesi zamanlarda, herhangi birimiz sıradan saatlerden, terazilerden başlayıp... hmm ile biten ibreli ölçüm aletleriyle yetinmek zorundaydık, bu yüzden kullanımlarının sınırını bile bulamıyoruz! Diyelim ki - hassas bir laboratuvar mikro - veya daha da etkileyici - pikoampermetre. Ve amaca bağlı olarak oldukça fazla doğruluk sınıfı vardı.

Örneğin, bir arabanın deposundaki yakıt miktarının sıradan bir göstergesi, okumalardaki maksimum yanlışlığın en açık örneğidir! Bu "gösterge sayacına" güvenecek ve önceden yakıt ikmali yapmayacak tek bir sürücü tanımıyorum. Sürücülerin karamsar karamsarları asla bagajda bir bidon yakıt olmadan yola çıkmadı!

Ancak laboratuvarlarda, özellikle Devlet Doğrulama Komitesinde, ayna ölçeğine ve doğruluk sınıfı 0,5'ten çok daha iyi olan makasçılar vardı.

Ve neredeyse hepimiz memnun ve mutluyduk. Ve eğer memnun kalmazlarsa, elbette mümkünse daha doğru aletler satın aldılar!

Ancak artık dijital çağ geldi. Hepimiz bundan memnunduk; artık göstergelerdeki rakamları anında görebiliyoruz ve bize sunulan “doğruluktan” memnunuz. Üstelik modern zamanlarda, her yerde bulunan bu "dijitaller", nadir hale gelen "yanlış makasçılardan" çok daha ucuza mal oluyor. Bununla birlikte, çok az kişi bize sayılarla gösterilen miktarların, ister ağırlık ister mevcut güç olsun, hala analog kaldığını düşünüyor - bunun bir önemi yok. Bu, bu büyüklüklerin hala analog olarak ölçüldüğü anlamına gelir! Ve yalnızca işlenmesi ve sunulması amacıyla dijital bir değere dönüştürülürler. Hataların gizlendiği yer burasıdır ve aynı yerde iki farklı oda termometresi farklı değerler gösterdiğinde şaşırmamıza neden olur!

Ölçülen değerden göstergeye giden yol

Şimdi tüm ölçüm-gösterge sürecine bir göz atalım. Üstelik bilinçli olarak bir elektriksel miktar seçiyorum. Öncelikle, biz hala termal fizikçilerin veya fırıncıların değil, elektronik mühendislerinin sitesindeyiz, karşılaştırma lisansımı bağışlasınlar! İkinci olarak muhakememi kişisel deneyimlerimden örneklerle güçlendirmek istiyorum.

İlk önce mevcut gücü seçiyorum!

Analog bir miktarın dijital temsilini elde etmek için analogdan dijitale dönüştürücüye (ADC) ihtiyacınız olduğu şeklindeki basmakalıp sözü tekrarlamam gerekecek. Ancak tek başına bizim için hala pek bir faydası olmadığından, planlanan her şeyi tamamlamak için başka düğümlere ihtiyacımız olacak. Yani:

1. ADC'nin önünde, bir normalleştirme cihazına ihtiyacınız vardır, örneğin: giriş değerinin ADC dönüşüm aralığına oranına bağlı olarak bir normalleştirici amplifikatör veya zayıflatıcı;
2. ADC'den sonra kod çözücü, dönüştürülen sayısal eşdeğeri karşılık gelen göstergenin dijital koduna temsil eder.

Hem ADC'yi hem de kod çözücüyü birleştiren hazır mikro devreler vardır. Örneğin multimetrelerde kullanılan ICL7136 veya benzeri.

Esasen, tüm bu düğümler şu veya bu şekilde basitçe gereklidir. Henüz sensörün kendisine bir isim vermedim; bu durumda, bir akım-voltaj dönüştürücü veya sadece bir şönt.

Şimdi kısaca tüm zinciri gözden geçirelim. Bir şöntten (çok düşük dirence sahip güçlü bir direnç) geçen akım, kutuplarında potansiyel bir fark yaratır. Guten Tag, Bay Ohm! Ancak bu fark oldukça küçüktür ve her ADC bu değeri tam olarak dönüştüremez, bu nedenle şöntten gelen sinyalin (voltajın) kabul edilebilir bir değere yükseltilmesi gerekir. Bu nedenle normalleştirici bir amplifikatöre ihtiyaç vardır. Artık girişte sindirilebilir bir voltaj alan ADC, dönüşümü mümkün olan minimum hatayla gerçekleştirecektir. Çıkışında, seçilen aralıkta ölçülen akımın mevcut değerine karşılık gelen ve göstergede görüntülenmesi için kodunun uygun şekilde çözülmesi gereken bir sayı alıyoruz. Örneğin, onu yedi bölümlü gösterge koduna dönüştürün.

Makalede farklı bir hedef izlediğim için burada yukarıdaki aşamaların her biri üzerinde daha ayrıntılı durmaya gerek görmüyorum. Ve ayrıntılar internette bolca bulunabilir.

Özellikler

bende sözde var akım akış göstergeli elektronik yük. Yükün kendisinin temel bir diyagramı var, ancak orada akımı daha doğru bir şekilde ayarlamak için harici bir ampermetreye ihtiyacınız olacak. Yerden tasarruf etmek ve bir sürü multimetreye sahip olmamak için her iki cihazı da bağlamaya karar verdim.

Dahili ampermetrem Tiny26L MK'ye monte edildi ve programlandı. Bu ampermetrenin bir kısmı, temel balast devresinin bir parçası olan LM358 yongasının ikinci (serbest) op-amp'idir. Onlar. Bu benim standartlaştırıcı amplifikatörüm çünkü şönt boyunca maksimum voltaj düşüşü (5A x 0,1 ohm) yalnızca 0,5 volttur ve bu, dahili referans voltajıyla tam dönüşüm aralığı için açıkça yeterli değildir.

T.O.'ya göre. (İngilizce = Veri Sayfası) dahili referans kaynağının (ION) nominal voltajı 2,56 volttur. Çok uygun boyut! Ancak pratikte durum o kadar da iyi sonuçlanmıyor: MK'min ayarlanan ION voltajının 2,86 volt olduğu ortaya çıktı! Bunu nasıl belirlediğim ayrı bir konu. Yine de kullanışlı 2,56 volta geri dönelim. Bakın ne oluyor: Şantta maksimum 0,5 volt düşüyor, ADC maksimum 2,56 volta dönüşüyor. Kazancı 5 olan bir normalleştirme amplifikatörü kendini gösterir, bu durumda dönüşüm sırasında elde edilen sayı, sonucu temsil etmek için herhangi bir gelişmiş aritmetik gerektirmez: 5 amper = 2,5 volt = 250 birim (8 bitlik dönüşüm için). Sonucu ikiyle çarpmanız ve çok uygun bir temsil elde etmek için yüzler ile onlar arasına bir ondalık nokta koymanız yeterlidir: birimler, bir amperin onda biri ve yüzde biri. Yedi bölümlü işaretlere son dönüşüm bir teknoloji meselesidir. Her şey yolunda, bunu donanımda uygulayabilirsiniz!

Ancak, yerleşik ION örneğiyle daha önce de gösterdiğim gibi, kullanılan bileşenlerle kabul edilebilir (yüksekten bahsetmeye bile gerek yok!) doğruluk elde etmek o kadar da kolay değil. Kalibrasyon gerektirse de, MK'deki bir programı kullanarak hataları matematiksel olarak telafi etme yolunu kullanabilirsiniz. Bu yol C'de ve diğer yüksek seviyeli dillerde oldukça kolay bir şekilde uygulanır. Ancak inatçı bir montajcı olarak benim için RISC talimatlarını kullanarak matematikle uğraşmak ekstra bir baş ağrısıdır!

Farklı bir yol seçtim - normalleştirici amplifikatörün (NA) kazancının düzeltilmesi. Bunun için fazla bir şeye ihtiyacınız yok; tek bir kesme direnci! Ayar aralığının yeterli olması ancak abartılmaması için değeri doğru seçilmelidir.

Normalleştirici amplifikatör elemanlarının seçimi

Bu nedenle ayar aralığının belirlenmesi gerekmektedir. İlk adım bileşenlerin toleranslarını belirlemektir. Mesela benim şantımın hata toleransı %1'dir. Normalleştirici amplifikatör devresindeki diğer dirençler %10'a kadar toleransa sahip olabilir. Ve benim durumumda neredeyse +%12 olan ION'umuzun yanlışlığını da unutmayın! Bu, dönüştürülen gerçek sayının neredeyse %12 daha az olacağı anlamına gelir. Ancak bu hatayı zaten bildiğim için bunu 5,72 olması gereken NU kazancında dikkate alıyorum. Ve diğer bileşenlerin gerçek hataları bilinmediğinden, ayar aralığını hesaplamak için mümkün olan maksimum toplam hatayı bulmak kalır.

Bu "yüzdelerin" basit bir toplamı kendini gösterir: Şantın %1'i artı 2 çarpı op-amp geri besleme dirençlerinin %10'u. Toplam: %21.

Bakalım bu gerçekten böyle mi? Bunu yapmak için, diyagramın bu NU'nun önceden seçilmiş değerlerle sunulduğu kısmına bir göz atalım:

Gördüğünüz gibi, şemada belirtilen oranlarda teorik olarak 4,979'dan 6,735'e kadar ayarlanabilen, ayarlanabilir iletim katsayısına sahip, evirmeyen bir amplifikatör var. Ancak, her bir direncin ±%10'luk olası hatasını hesaba katarsak, en kötü kombinasyonla Ku = 5,864 - 8,009 elde ederiz, bu da gerekli katsayıyı açıkça aşar! Bu kombinasyon meydana gelirse, başka mezhepler almanız gerekecektir. Ayar direncinin değerini hemen örneğin 39k'ye çıkarmak daha iyidir. O zaman Ku'nun alt sınırı 5,454 olacaktır ki bu zaten kabul edilebilir bir durumdur.

Ben - "gerçek bir radyo bağımlısı" - mevcut olanlardan bir düzeltici seçmek zorunda kaldım ve bu seriye yatırım yaptığım için şanslıydım! Farklı değerde bir düzelticim olsaydı sorun olmazdı, benim durumumda %5 toleransa sahip olan R2 ve R3'ü yeniden hesaplardım, böylece başka bir düzeltici almama gerek kalmazdı.

Eksikliklerinizi ve eksikliklerinizi aşmak

Görünüşe göre her şey düşünülmüş ve hesaplanmış - bir ücret ekleyin. Önce bu tasarımı bir devre tahtası üzerinde test edelim! Daha erken olmaz dedi ve bitirdi! Ku tam olarak beklendiği gibi olmasa da gerekli sınırlar dahilinde yeniden inşa ediliyor. Ancak yük akımı olmadığında gösterge 0,00'ı göstermiyordu! Her şeyden önce programın MK'de olduğundan şüphelendim, ancak ADC girişi ortak kabloya kısa devre yapıldığında değerli sıfırlar ortaya çıktı. Bu, MK girişine sıfır volttan başka bir şeyin geldiği anlamına gelir. Bir multimetre ile yapılan testler bu varsayımı doğruladı ve bir sonraki görevi belirledi. Araştırmamın detaylarına girmeden sadece sonucu anlatacağım.

Sebebinin ise şu olduğu ortaya çıktı: Kullandığım op-amp'in en iyi kalitede olmaktan uzak olduğunu kesinlikle hesaba katmadım. O, sözde bile değil. "küfüre küfür". Bu, çıkış potansiyelinin hiçbir zaman tedarik kutuplarından hiçbirine ulaşamayacağı anlamına gelir; benim durumumda asla 0 volta eşit olmayacak! Şimdi, eğer iki kutuplu bir kaynaktan güç alıyor olsaydı, o zaman çıktı beklenen sıfır olurdu. Ancak güç kaynağım tek kutuplu ve devreyi herhangi bir dönüştürücüyle karmaşıklaştırma niyetinde değildim. Çözüm “sanal bir arazi”nin yaratılmasında bulundu; Ayrı bir güç kaynağı sayesinde (temel devrenin aksine), ortak telin potansiyelini pilin negatif kutbuna göre kaydırmak için bir diyot kullanabildim.

Böylece tahta kazınır ve lehimlenir. Bu tasarımı bir kutuya koymanın zamanı geldi. Aslında bu yapıldı. Bununla birlikte, çalışma sırasında başka bir küçük kusur ortaya çıktı - op-amp'in giriş devrelerinin kayması. Bu, okumalardaki olumsuz bir değişimle ifade edildi; birkaç onlarca miliamperlik bir akımda gösterge hala sıfırları gösteriyordu ki bu bana uymuyordu! Birkaç mA'nın değişmesine izin verirdim - hala miliamper birimleri görüntülenmiyor. NU'nun girişine bir önyargı devresi eklemek zorunda kaldım.

R4 ve RZ değerleri, "sanal zemine" göre artı/eksi birkaç on milivoltluk bir sapma sağlayacak şekilde seçilir. Bitmiş tahtayı yeniden yapma isteğim yoktu ve Ku ayarlayıcının yerine gerekli ayarlanabilir bölücüyü ekledim.

Genel olarak ortaya çıkan cihaz ihtiyaçlarımı karşılıyor. Elbette uzun süre geliştirilebilir ama henüz gerek yok!

Bir dahaki sefere laboratuvar güç kaynağındaki volt-ampermetre örneğini kullanarak dijital kısımdan ve matematikten bahsedeceğim.

Gerilimi, akımı ölçen ve yükün tükettiği toplam gücü 50 Hz frekansta gösteren oldukça basit bir cihaz.

Onarım çalışmaları sırasında veya yeni cihazları kontrol ederken ve test ederken, genellikle LATR'den voltaj sağlamak ve voltajı ve akımı kontrol etmek gerekir. Bu amaçlar için bir voltmetre-ampermetre geliştirildi ve LCD göstergeli bir mikrodenetleyici üzerine monte edildi. Gerilim ve akım ölçüldüğü için toplam güç kolayca hesaplanır. Sonuç çok kompakt bir ölçüm cihazıdır.
Özellikler
1. Ölçülen voltajdaki değişimin sınırları 0 – 255 Volt, çözünürlük ise 0,5 Volt'tur. Okumalar 1 voltluk artışlarla görüntülenir.
2. Ölçülen akımı değiştirme limitleri 0 – 10 Amper, çözünürlük 20 mA. Okumalar 10 mA artışlarla görüntülenir.
3. Görünür güç, akım ve voltajın çarpımı olarak hesaplanır ve yalnızca Volt-Amper cinsinden tam sayı değeri görüntülenir.

Şematik diyagram

Parça hariç. Dergimiz okuyuculardan gelen bağışlarla varlığını sürdürüyor. Bu makalenin tam sürümü yalnızca mevcuttur

Şemada uygulanan AC voltajının ve akımının doğrudan ölçümü mikrodenetleyici.
R7, R9, R12 ve C12 bölücüsü üzerinden ölçülen voltaj, C10 kapasitörü aracılığıyla mikro denetleyici girişine beslenir. Kondansatör C12, giriş voltaj bölücüsü ile birlikte darbe gürültüsünün nüfuzunu önleyen bir entegre devre oluşturur.

Ölçülen akım R1 şöntünden akar, ondan çıkarılan voltaj işlemsel yükselteç tarafından yükseltilir ve R8 ve C8 zinciri aracılığıyla mikro denetleyicinin girişine beslenir. OP1'deki ilk aşama, geri besleme devresinde entegre kapasitör C3'e sahip bir ters çevirici amplifikatördür. OP1'den kaldırılan voltaj salınımının yaklaşık 5 Volt olması gerektiğinden, amplifikatör çipi artan güç (9-15 Volt) alır. OP2'deki ikinci aşama bir tekrarlayıcı tarafından açılır ve hiçbir özel özelliği yoktur. Kapasitör C3, mikro denetleyicinin ADC'sinin çalışması sırasında paraziti azaltmaya yarar.

Ölçüm girişleri RA0 ve RA1, R11 ve R13 dirençleri aracılığıyla 2,5 voltluk sabit stabilize bir öngerilim alır. Bu voltaj, giriş voltajlarının pozitif ve negatif yarı döngülerini doğru bir şekilde ölçmenizi sağlar.
PIC16F690 mikrodenetleyicisine 16 karakterlik 2 satır görüntüleyen bir LCD ekran bağlanmıştır. Direnç R14, optimum ekran kontrastını ayarlamak için kullanılır. Direnç R15, ekranın arka ışık akımını belirler.
Cihaza ayrı bir 9-12 Volt transformatörden güç verilmektedir. +5 Volt güç dengeleyici 78L05 çip üzerine monte edilmiştir ve hiçbir özel özelliği yoktur.

Cihazı telefon adaptöründen çalıştırdım. Kartın kendi Br1 köprüsüne sahip olması nedeniyle bağlantının polaritesi önemli değildir. C4 kapasitörünün üzerindeki voltajın 10 ila 15 Volt arasında olması önemlidir.

--
İlginiz için teşekkür ederiz!

▼ 🕗 20.08.12 ⚖️ 18.04 Kb ⇣ 442 Merhaba okuyucu!

--
İlginiz için teşekkür ederiz!
Igor Kotov, Datagor dergisinin genel yayın yönetmeni

▼ 🕗 20.08.12 ⚖️ 6.41 Kb ⇣ 457 Merhaba okuyucu! Adım Igor, 45 yaşındayım, Sibiryalıyım ve hevesli bir amatör elektronik mühendisiyim. Bu harika siteyi 2006'dan beri buldum, yarattım ve sürdürüyorum.
10 yıldan fazla bir süredir dergimiz sadece benim pahasına varlığını sürdürüyor.

İyi! Bedava bitti. Dosyalar ve faydalı makaleler istiyorsanız bana yardım edin!