MENU
Главная » Статьи » УСТРОЙСТВА НА МК

Простой измеритель емкости и индуктивности
Простой измеритель ёмкости и индуктивности на микроконтроллере AT89C2051

В каждой домашней лаборатории радиолюбителя должен быть полезнейший прибор - измеритель ёмкости и индуктивности. Следует ли говорить, что он должен охватывать как можно большие диапазоны измерений. Для конденсаторов - это от пикофарада до, как минимум, единиц микрофарад. Прежде всего, это необходимо для измерения ёмкости smd-конденсаторов. Измерение индуктивности должно быть также в максимально возможных пределах. Обязательной должна быть возможности калибровки измерителя для учёта погрешности щупов, ёмкости монтажа и т.п.

Всем этим требованиям удовлетворяет прибор, схема которого показана ниже. Благодаря применению LM311 в задающем генераторе обеспечивается максимальная устойчивость генерации на низких частотах, что расширяет диапазон измерений на больших значениях. Минимальное значение измерения для ёмкости здесь - 0.01пФ, верхнее значение - не определено. Индуктивность - от 0 до десятков Генри. Программно значения диапазонов измерений никак не ограничены. То есть будет работать до тех значений измеряемых ёмкостей и индуктивностей, пока работает генератор на LM311. Показания отображаются на стандартном двухстрочном индикаторе по 16 символов в строке (16*2).


Нажмите, чтобы увеличить

Измеритель ёмкости и индуктивности построен на основе одного из самых распространённых когда-то микроконтроллеров - AT89C2051. Специально для него разработан простой программатор. Найти данный микроконтроллер пока ещё можно, хоть это и становится всё сложней. Аналогично с кварцевым резонатором на 11.059 дня него - найти можно, но не везде.

Прибор работает в двух режимах: это измерение ёмкости конденсаторов и измерение индуктивности. Переключение осуществляется двумя зависимыми переключателями: когда один нажат, другой выключается. И, соответственно, когда нажат второй, выключается первый. Это, на первый взгляд, странное решение, позволило отказаться от применения электромагнитного реле и упростить конструкцию.

Калибровка выполняется один раз после включения нужного режима измерения. После выключения прибора калибровка не сохраняется, но это и не нужно. Калибровка учитывает все паразитные ёмкости и индуктивности, которые могут отличаться просто от положения прибора и оператора в пространстве, от взаимного расположения проводов щупов и т.д. Поэтому последовательность такая: включили прибор, выбрали режим, произвели калибровку, можно измерять сколько угодно.

Калибровка для режима измерения ёмкости:
1. Включить прибор, выбрать режим C
2. Взять щупы в руки в такое положение, в котором будет производиться измерение
3. Нажать и отпустить кнопку калибровки

Калибровка для режима измерения индуктивности:
1. Включить прибор, выбрать режим L
2. Взять щупы в руки и закоротить их
3. Нажать и отпустить кнопку калибровки

Как видите, всё очень просто. Никакой наладки прибора не требуется. Таким образом, он лишён недостатков многих аналогичных разработок, которые требуют замеров, расчётов, перепрошивок с заменой рассчитанных констант и т.п.

Авторская страница проекта:



Настоятельно рекомендуем ознакомиться с оригинальным описанием, там же есть авторский вариант печатной платы, на котором в большом количестве присутствуют полигоны массы - это более правильно для подобных приборов.

Значение индуктивности дросселя L, как оказалось, не принципиально: при калибровке программа автоматически подстроится под значение частоты генерации с замкнутыми щупами. Однако, тем не менее, это значение должно быть близко к тому, которое указано на схеме.

Файлы:
  • прошивка v.1: lcmeter1.hex
  • прошивка v.2: lcmeter2.asm - необходимо компилировать
  • авторская печатная плата: lcboard.zip + расположение деталей
  • наш вариант печатной платы: lc_meter.brd (Eagle Layout) - односторонняя плата без полигонов, есть перемычки. Все детали кроме двух конденсаторов по 22пФ - выводные.
Печатная плата измерителя

Получается компактное устройство. Переключатели - не П2К, меньшего размера, ПКн61 от отечественного магнитофона.

Готовый LC-метр

Имеется усовершенствованный вариант
Измеритель индуктивности, ёмкости и ESR на PIC16F690 LCM3

Будучи впечатлёнными отличной работой простейшего измерителя LC на, казалось бы, морально устаревшем контроллере 2051, мы не раз задумывались о том, чтобы собрать похожий измеритель, но на более современном контроллере, чтобы снабдить его дополнительными возможностями. Критерий поисков, в основном, был только один - это широкие диапазоны измерения. Однако, все аналогичные схемы, найденные в интернете, имели даже программное ограничение диапазонов, причём довольно значительное. Для справедливости стоит заметить, что вышеназванный прибор на 2051 вообще не имел ограничений (они были лишь аппаратными), а программно в нём даже были заложены возможности измерения - мега и -гига значений!

Как-то, изучая в очередной раз схемы, мы обнаружили полезнейший прибор - LCM3, обладающий приличным функционалом при небольшом количестве деталей. Прибор умеет в широчайших пределах измерять индуктивность, ёмкость неполярных конденсаторов, ёмкость электролитических конденсаторов, ESR, сопротивления (в том числе - сверхмалые), оценивать качество электролитических конденсаторов. Работает прибор на известном принципе измерения частоты, однако интересен тем, что генератор собран на встроенном в микроконтроллер PIC16F690 компараторе. Возможно, параметры этого компаратора не хуже, чем у LM311, ведь заявленные диапазоны измерений таковы:
  • ёмкость 1пФ - 1нФ с разрешением 0,1пФ и точностью 1%
  • ёмкость 1нФ - 100нФ с разрешением 1пФ и точностью 1%
  • ёмкость 100нФ - 1мкФ с разрешением 1нФ и точностью 2,5%
  • ёмкость электролитических конденсаторов 100нФ - 0,1Ф с разрешением 1нФ и точностью 5%
  • индуктивность 10нГн - 20Гн с разрешением 10нГн и точностью 5%
  • сопротивление 1мОм - 30Ом с разрешением 1мОм и точностью 5%
Более подробно ознакомиться с описанием прибора на венгерском можно на странице:



Применённые в измерителе решения нам понравились, и мы решили не собирать новый прибор на атмеловском контроллере, а применить PIC. От этого венгерского измерителя была взята частично (а затем - и полностью) схема. Затем была декомпилирована прошивка, и на её основе написана новая, под собственные нужды. Однако, авторская прошивка настолько хороша, что с ней прибор, наверное, не имеет аналогов.

Схема:
Схема измерителя ёмкости, индуктивности и ESR LCM3
Нажмите для увеличения

Особенности измерителя LCM3:
  • при включении прибор должен находиться в режиме измерения ёмкости (если же он находится в режиме измерения индуктивности, то соответствующей надписью на экране попросит перевести с другой режим)
  • танталовые конденсаторы должны быть с возможно меньшим ESR (менее 0,5 Ом). ESR конденсатора CX1 33нФ также должен быть низким. суммарный импеданс этого конденсатора, индуктивности и кнопки переключения режимов не должен превышать 2,2 Ом. Качество этого конденсатора вцелом должно быть очень хорошим, он должен иметь малый ток утечки, поэтому стоит выбирать из высоковольтных (например, на 630 вольт) - полипропилен (MKP), стирофлекс-полистирол (KS, FKS, MKS, MKY?). Конденсаторы C9 и C10, как написано на схеме, - полистирол, слюда, полипропилен. Резистор сопротивлением 180 Ом должен иметь точность 1%, резистор 47 Ом также должен быть 1%.
  • прибор оценивает "качество" конденсатора. точной информации, какие именно параметры рассчитываются, нет. вероятно, это - утечка, тангенс угла потерь диэлектрика, ESR. "качество" отображается в виде закрашенного стаканчика: чем меньше он заполнен, тем лучше конденсатор. у неисправного конденсатора стаканчик закрашен полностью. однако, такой конденсатор можно применять в фильтре линейного стабилизатора.
  • дроссель, используемый в приборе, должен быть достаточно габаритным (выдерживать ток не менее 2А без насыщения) - в виде "гантельки" или на броневом сердечнике.
  • иногда при включении прибор выдаёт на экране "Low Batt". при этом нужно отключить и снова включить питание (вероятно, глюк).
  • имеется несколько версий прошивки данного прибора: 1.2-1.35, причём последняя, по словам авторов, оптимизирована для дросселя на броневом сердечнике. однако, на дросселе в виде гантельки она также работает и только в этой версии оценивается качество электролитических конденсаторов.
  • к прибору возможно подключить небольшую приставку для внутрисхемного (без выпаивания) измерения ESR электролитических конденсаторов. Она понижает напряжение, прилагаемое к проверяемому конденсатору, до 30мВ, при котором полупроводники не открываются и не влияют на измерение. Схему можно найти на авторском сайте.
  • Режим измерения ESR включается автоматически перетыканием щупов в соответствующее гнездо. Если при этом вместо электролитического конденсатора будет подключен резистор (до 30 Ом), то прибор автоматически переключится в режим измерения малых сопротивлений.
Калибровка в режиме измерения ёмкости:
  • нажать кнопку калибровки
  • дождаться появления сообщения R=....Ом
  • отпустить кнопку калибровки
  • дождаться сообщения об окончании калибровки
Калибровка в режиме измерения индуктивности:
  • замкнуть щупы прибора
  • нажать кнопку калибровки
  • дождаться появления сообщения R=....Ом
  • отпустить кнопку калибровки
  • дождаться сообщения об окончании калибровки
Калибровка в режиме измерения ESR:
  • замкнуть щупы прибора
  • нажать кнопку калибровки, на экране будут отображены напряжение, прилагаемое к измеряемому конденсатору (рекомендуемые значения - 130...150 мВ, завитит от дросселя, который нужно размещать подальше от металлических поверхностей) и частота измерения ESR
  • дождаться сообщения R=....Ом
  • отпустить кнопку калибровки
  • показания сопротивления на экране должны стать нулевыми
Реализована также возможность указать ёмкость калибровочного конденсатора вручную. Для этого собирается следующая схема и подключается к разъёму программирования (схему можно и не собирать, а просто замыкать нужные контакты):

Калибровка LCM3

Затем:
  • подключить схему (либо замкнуть vpp и gnd)
  • включить прибор и нажать кнопку калибровки, при этом на экране появится значение калибровочной ёмкости
  • кнопками DN и UP скорректировать значения (возможно, в разных версиях прошивки для ускоренной корректировки работают основные кнопки calibrate и mode)
  • в зависимости от версии прошивки, возможен и другой вариант: после нажатия кнопки калибровки, на экране появляется значения калибровочной ёмкости, которое начинает расти. Когда доходит до нужного значения, нужно остановить рост кнопкой mode и разомкнуть vpp и gnd. Если же не успели вовремя остановить и перескочили нужное значение, то кнопкой калибровки можно его уменьшить
  • отключить схему (либо разомкнуть vpp и gnd)
Авторская прошивка v1.35: lcm3_v135.hex

Печатная плата: lcm3.lay (один из вариантов с форума vrtp).

На прилагаемой печатной плате контрастность дисплея 16*2 задаётся делителем напряжения на резисторах сопротивлением 18к и 1к. При необходимости нужно подобрать сопротивление последнего. FB - ферритовый цилиндрик, вместо него можно поставить дроссель. Для большей точности вместо резистора 180 Ом используются два по 360 в параллель. Перед установкой кнопки калибровки и переключателя режимов измерения, обязательно проверьте тестером их распиновку: часто встречается такая, которая не подходит.

Корпус измерителя LCM3

Корпус для прибора, следуя традиции (раз, два), сделан из пластмассы и окрашен краской "чёрный металлик". Питается прибор от зарядного устройства для мобильного телефона 5В 500мА через гнездо mini-USB. Вероятно, это - не лучший вариант, так как питание подключается к плате измерителя уже после стабилизатора, а насколько оно стабильно в зарядке от телефона - неизвестно. Дна у корпуса пока нет, ищется способ его крепления.

Внутри корпуса LCM3

В заключение хочется добавить, что автор вложил в этот измеритель максимум возможностей, сделав его незаменимым для радиолюбителя.


Источник: http://gzip.ru/home/lc_meter.htm
Категория: УСТРОЙСТВА НА МК | (05.03.2015)
Просмотров: 4062 | Теги: Схема, измеритель, микроконтроллер, PIC16F84A, прошивка, LCD, ёмкости, индуктивности | Рейтинг: 5.0/1
Похожие материалы
Всего комментариев: 0
avatar

Copyright MyCorp © 2017    Бесплатный конструктор сайтов - uCoz                               Яндекс.Метрика