- Potrebne komponente:
- Objašnjenje sklopa:
- 555 Generator četvrtastih valova na temelju IC-a s mjeračem vremena:
- Schmittova okidačka vrata:
- Arduino mjeri kapacitet:
- Sažetak i ispitivanje:
Kada naiđemo na pločice koje su prethodno dizajnirane ili ih izvadimo sa starog televizora ili računala, pokušavajući ih popraviti. A ponekad moramo znati kapacitet određenog kondenzatora na ploči kako bismo uklonili kvar. Tada se suočavamo s problemom u dobivanju točne vrijednosti kondenzatora s ploče, pogotovo ako se radi o uređaju za površinsko montiranje. Možemo kupiti opremu za mjerenje kapaciteta, ali svi su ti uređaji skupi i nisu za svakoga. Imajući to na umu, dizajnirat ćemo jednostavan mjerač kapacitivnosti Arduino za mjerenje kapacitivnosti nepoznatih kondenzatora.
Ovaj mjerač može se jednostavno izraditi, a ujedno je i isplativ. Mi ćemo napraviti kapacitet Meter koristeći Arduino Uno Schmitt okidač vrata i 555 IC vremena.
Potrebne komponente:
- 555 IC tajmer
- IC 74HC14 Schmittova okidačka vrata ili NE vrata.
- Otpornik 1K Ω (2 komada), otpornik 10KΩ
- Kondenzator 100nF, kondenzator 1000µF
- LCD LCD od 16 * 2,
- Breadboard i neki konektori.
Objašnjenje sklopa:
Shema spoja mjerača kapacitivnosti pomoću Arduina prikazana je na donjoj slici. Krug je jednostavan, LCD je povezan s Arduinom kako bi prikazao izmjereni kapacitet kondenzatora. Krug četvrtastog generatora valova (555 u stabilnom načinu rada) spojen je na Arduino, gdje smo spojili kondenzator čiji kapacitet treba izmjeriti. Schmittova okidačka vrata (IC 74LS14) koriste se kako bi se osiguralo da se u Arduino dovodi samo pravokutni val. Za filtriranje šuma dodali smo nekoliko kondenzatora po snazi.
Ovaj krug može točno izmjeriti kapacitete u rasponu od 10nF do 10uF.
555 Generator četvrtastih valova na temelju IC-a s mjeračem vremena:
Prije svega razgovarat ćemo o generatoru kvadratnih valova temeljenom na 555 Timer IC, ili bih trebao reći 555 Astable Multivibrator. Znamo da se kapacitivnost kondenzatora ne može izravno izmjeriti u digitalnom krugu, drugim riječima UNO se bavi digitalnim signalima i ne može izravno mjeriti kapacitet. Dakle, koristimo 555 krug generatora kvadratnih valova za povezivanje kondenzatora s digitalnim svijetom.
Jednostavno rečeno, timer daje izlaz kvadratnog vala čija frekvencija izravno implicira na njegov kapacitet. Dakle, prvo dobivamo kvadratni val čija je frekvencija reprezentativna za kapacitet nepoznatog kondenzatora i taj signal dostavljamo UNO-u radi dobivanja odgovarajuće vrijednosti.
Opća konfiguracija 555 u režimu Astable kao što je prikazano na donjoj slici:
Frekvencija izlaznog signala ovisi o RA, RB otpornicima i kondenzatoru C. Jednadžba je dana kao, Učestalost (F) = 1 / (Vremensko razdoblje) = 1,44 / ((RA + RB * 2) * C).
Ovdje su RA i RB vrijednosti otpora, a C vrijednost kapacitivnosti. Stavljanjem vrijednosti otpora i kapacitivnosti u gornju jednadžbu dobivamo frekvenciju izlaznog kvadratnog vala.
Spojit ćemo 1KΩ kao RA i 10KΩ kao RB. Tako formula postaje, Učestalost (F) = 1 / (Vremensko razdoblje) = 1,44 / (21000 * C).
Preuređivanjem pojmova koje imamo, Kapacitet C = 1,44 / (21000 * F)
U našem programskom kodu (vidi dolje), za precizno dobivanje vrijednosti kapacitivnosti izračunali smo rezultat u nF množenjem dobivenih rezultata (u faradima) sa „1000000000“. Također smo koristili '20800' umjesto 21000, jer su točni otpori RA i RB 0,98 K i 9,88 K.
Dakle, ako znamo frekvenciju kvadratnog vala, možemo dobiti vrijednost kapacitivnosti.
Schmittova okidačka vrata:
Signali generirani krugom odbrojavanja nisu potpuno sigurni da bi se izravno davali Arduinu Uno. Imajući na umu osjetljivost UNO-a, koristimo Schmittova okidačka vrata. Schmittova okidačka vrata su digitalna logička vrata.
Ova vrata pružaju IZLAZ na temelju ulaznog napona. Schmittov okidač ima THERSHOLD naponsku razinu, kada INPUT signal primijenjen na vrata ima naponsku razinu veću od THRESHOLD logičke kapije, OUTPUT ide HIGH. Ako je razina ulaznog napona niža od PRAGA, IZLAZ vrata će biti NISAK. Uz to, obično ne dobivamo Schmittov okidač odvojeno, uvijek imamo NOT vrata koja slijede Schmittov okidač. Schmitt Trigger radi ovdje je objašnjeno: Schmitt Trigger Gate
Koristit ćemo čip 74HC14, ovaj čip ima 6 Schmitt Trigger vrata. Ovih ŠEST ulaza spojeno je iznutra kako je prikazano na donjoj slici.
Istina Tablica Inverted Schmitt Trigger ulaza je show u nastavku slici, s tim moramo programirati UNO za okretanjem pozitivnih i negativnih razdoblja na svojim terminalima.
Povezujemo signal generiran timer krugom na ST vrata, imat ćemo pravokutni val obrnutih vremenskih razdoblja na izlazu koji je sigurno dat UNO-u.
Arduino mjeri kapacitet:
Uno ima posebnu funkciju pulseIn , koja nam omogućuje određivanje trajanja pozitivnog ili negativnog stanja određenog pravokutnog vala:
Htime = pulseIn (8, VISOKO); Ltime = pulseIn (8, LOW);
Funkcija pulseIn mjeri vrijeme tijekom kojeg je visoka ili niska razina prisutna na PIN8 od Uno. Funkcija pulseIn mjeri ovo veliko vrijeme (Htime) i nisko vrijeme (Ltime) u mikro sekundama. Kada zajedno dodamo Htime i Ltime imat ćemo Trajanje ciklusa, a njegovim invertiranjem dobit ćemo Frekvenciju.
Jednom kad imamo frekvenciju, možemo dobiti kapacitivnost pomoću formule o kojoj smo ranije raspravljali.
Sažetak i ispitivanje:
Dakle, ukratko, nepoznati kondenzator spajamo na 555 krug timera, koji generira kvadratni izlaz vala čija je frekvencija izravno povezana s kapacitetom kondenzatora. Ovaj signal se UN-u daje preko ST ulaza. UNO mjeri učestalost. S poznatom frekvencijom, programiramo UNO da izračuna kapacitivnost pomoću formule o kojoj smo ranije raspravljali.
Da vidimo neke rezultate koje sam dobio, Kad sam spojio 1uF elektrolitski kondenzator, rezultat je 1091,84 nF ~ 1uF. A rezultat s 0,1uF poliesterskim kondenzatorom je 107,70 nF ~ 0,1uF
Tada sam spojio 0.1uF keramički kondenzator i rezultat je 100.25 nF ~ 0.1uF. Također je rezultat s elektrolitičkim kondenzatorom od 4,7uF 4842,83 nF ~ 4,8uF
Dakle, tako možemo jednostavno izmjeriti kapacitet bilo kojeg kondenzatora.