Brojač frekvencija pomoću arduina

Gotovo svaki elektronički hobi morao se suočiti sa scenarijem u kojem mora izmjeriti učestalost signala koji generiraju sat, brojač ili tajmer. Osciloskop možemo koristiti za obavljanje posla, ali ne možemo si svi priuštiti osciloskop. Možemo kupiti opremu za mjerenje frekvencije, ali svi su ti uređaji skupi i nisu za svakoga. Imajući to na umu, dizajnirat ćemo jednostavan, ali učinkovit brojač frekvencija koristeći Arduino Uno i Schmitt okidač.

Ovaj Arduino brojač frekvencija isplativ je i lako ga je napraviti, koristit ćemo ARDUINO UNO za mjerenje frekvencije signala, UNO je ovdje srž projekta.

Da bismo testirali mjerač frekvencije, napravit ćemo lažni generator signala. Ovaj lažni generator signala bit će napravljen pomoću 555 timer čipa. Krug tajmera generira kvadratni val koji će biti dostavljen UNO-u na ispitivanje.

Sa svime na svom mjestu imat ćemo Arduino frekvencijski mjerač i kvadratni generator valova. Arduino se također može koristiti za stvaranje drugih vrsta valnih oblika poput sinusnog vala, vala zuba itd.

Potrebne komponente:

• 555 IC timer i 74LS14 Schmittova okidačka vrata ili NE vrata.
• Otpornik 1K Ω (2 komada), otpor 100Ω
• Kondenzator 100nF (2 komada), kondenzator 1000µF
• LCD LCD od 16 * 2,
• Lonac od 47KΩ,
• Breadboard i neki konektori.

Objašnjenje sklopa:

Shema spoja mjerenja frekvencije pomoću Arduina prikazana je na donjoj slici. Krug je jednostavan, LCD je povezan s Arduinom za prikaz izmjerene frekvencije signala. 'Ulaz vala' ide u krug generatora signala, odakle dovodimo signal Arduinu. 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 mjerač frekvencije može mjeriti frekvencije do 1 MHz.

U nastavku su objašnjeni krugovi generatora signala i Schmittov okidač.

Generator signala pomoću 555 IC timer:

Prije svega razgovarat ćemo o generatoru kvadratnih valova temeljenom na 555 IC, ili bih trebao reći 555 Astable Multivibrator. Ovaj je krug neophodan, jer s postavljenim mjeračem frekvencije moramo imati signal čija nam je frekvencija poznata. Bez tog signala nikada nećemo moći reći kako radi mjerač frekvencije. Ako imamo kvadrat poznate frekvencije, taj signal možemo koristiti za testiranje mjerača frekvencije Arduino Uno i možemo ga prilagoditi radi preciznosti u slučaju bilo kakvih odstupanja. Slika Generatora signala pomoću 555 Timer IC data je u nastavku:

Tipični krug od 555 u režimu Astable dan je u nastavku, iz čega smo izveli gore navedeni krug generatora signala.

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.

Vidi se da je RB gornjeg dijagrama zamijenjen loncem u krugu generatora signala; to je učinjeno kako bismo na izlazu mogli dobiti kvadratni val promjenjive frekvencije za bolje ispitivanje. Radi jednostavnosti, lonac možete zamijeniti jednostavnim otpornikom.

Schmittova okidačka vrata:

Znamo da svi ispitni signali nisu kvadratni ili pravokutni valovi. Imamo trokutaste valove, valove zuba, sinusne valove i tako dalje. Kako je UNO u mogućnosti detektirati samo kvadratne ili pravokutne valove, potreban nam je uređaj koji bi mogao mijenjati bilo koji signal u pravokutne valove, pa koristimo Schmitt Trigger Gate. Schmittova okidačka vrata digitalna su logička vrata, dizajnirana za aritmetičke i logičke operacije.

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. Schmittov okidač obično ne dobivamo odvojeno, uvijek imamo NOT vrata koja slijede Schmittov okidač. Schmitt Trigger radi ovdje je objašnjeno: Schmitt Trigger Gate

Koristit ćemo čip 74LS14, u njemu se nalazi 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.

Sada ćemo na ST ulaz hraniti bilo koju vrstu signala, imat ćemo pravokutni val obrnutih vremenskih razdoblja na izlazu, taj signal ćemo dostavljati UNO-u.

Objašnjenje arduino brojača frekvencija:

Kôd za ovo mjerenje frekvencije pomoću arduina prilično je jednostavan i lako razumljiv. Ovdje objašnjavamo funkciju pulseIn koja je uglavnom odgovorna za mjerenje frekvencije. 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);

Dana funkcija mjeri vrijeme tijekom kojeg je visoka ili niska razina prisutna na PIN8 od Uno. Dakle, u jednom ciklusu vala imat ćemo trajanje pozitivne i negativne razine u Mikro sekundi. Funkcija pulseIn mjeri vrijeme u mikro sekundama. U danom signalu imamo veliko vrijeme = 10mS i malo vrijeme = 30ms (s frekvencijom 25 HZ). Tako će 30000 biti pohranjeno u Ltimeovom cijelom broju, a 10000 u Htimeu. Kad ih zbrojimo, imat ćemo trajanje ciklusa, a njegovim invertiranjem dobit ćemo frekvenciju.

Kompletni kod i video za ovaj mjerač frekvencije koji koriste Arduino dati su u nastavku.