Как проводить измерения. Цифровой lc метр на pic16f628

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%

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.

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.

• нажать кнопку калибровки
• отпустить кнопку калибровки

• замкнуть щупы прибора
• нажать кнопку калибровки
• дождаться появления сообщения R=....Ом
• отпустить кнопку калибровки
• дождаться сообщения об окончании калибровки

• 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

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)

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 для прибора, следуя традиции (раз , два), сделан из пластмассы и окрашен краской "чёрный металлик". Изначально прибор питался от зарядного устройства для мобильного телефона 5В 500мА через гнездо mini-USB. Это - не лучший вариант, так как питание подключалось к плате измерителя уже после стабилизатора, а насколько оно стабильно в зарядке от телефона - неизвестно. Затем внешнее питание было заменено на литиевый аккумулятор с модулем зарядки и повышающим преобразователем , возможные помехи от которого прекрасно убираются обычным LDO стабилизатором , присутствующим на схеме.

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

Очень точный LC метр на микроконтроллере PIC16F628A. Эта конструкция немного отличается от других схем аналогичных измерителей, найденных в интернете. В основе LC метр своеобразный частотомер с LC осциллятором, частота которого колеблется в зависимости от измеряемой величины L или C, и в результате вычисляется. Точность частоты до 1 Гц.

Схема измерителя индуктивности и ёмкости на PIC16F628A

Реле RL1 используется для выбора L или C режима. Счетчик работает на основе четырех базовых уравнений. Для обоих неизвестных L и C, уравнения 1 и 2 являются общими. Можно использовать любые реле на 5 В - будет нормально работать. Работа реле заключается только в выборе режима измерения L или C.

Калибровка прибора

При подаче питания произойдёт автоматическая калибровка. Рабочий режим по умолчанию - индуктивность. Подождите несколько минут для прогрева, затем нажмите кнопку "zero ", чтобы заставить произойти повторную калибровку. Дисплей должен теперь показать ind = 0.00 . Теперь подключите известное значение индуктивности, например 10uH или 100uH. LC-метр должен показать точное значение (с точностью до +/- 10% погрешности). Теперь нужно настроить счетчик, чтобы достичь результата в районе +/- 1%. Для этого на схеме есть 4 перемычки Jp1 ~ Jp4. Jp1 и Jp2 добавляют + и - значение. После настройки контроллер будет помнить калибровку до тех пор, пока вы не измените её снова.

Вот еще один образец лабораторного оборудования — LC метр. Данный режим измерения, особенно замер L практически невозможно найти в дешевых заводских мультиметрах.

Схема данного LС метра на микроконтроллере была взята с сайта www.sites.google.com/site/vk3bhr/home/index2-html. Прибор построен на PIC микроконтроллере 16F628A, и так как я недавно приобрел программатор PIC, я решил испытать его это с помощью этого проекта.

Я убрал регулятор 7805, так как решил использовать зарядное устройство на 5 вольт от сотового телефона.

В схеме подстроичный резистор на 5 кОм, но на самом деле я поставил 10 кОм, согласно datasheet на приобретенный LCD модуль.
Все три конденсаторы 10 мкФ танталовые. Необходимо заметить что конденсатор C7 – 100мкФ на самом деле 1000мкФ.
Два конденсатора по 1000пФ конденсаторы styroflex с допустимым отклонением в 1%, индуктивная катушка 82мкГн.

Общий ток потребления с подсветкой составляет около 30мА.
Резистор R11 ограничивает ток подсветки и должен быть рассчитан в соответствии с фактически используемым LCD-модулем.

Я использовал оригинальный рисунок печатной платы в качестве отправной точки и изменил его под имеющиеся у меня компоненты.
Вот результат:

Последние две фотографии показывают LC метр в действии. На первом из них измерение емкости конденсатора 1нФ с отклонением 1%, а на втором — индуктивность 22мкГн с отклонением в 10%. Устройство очень чувствительно – то есть, с неподключенным конденсатором он показывает емкость порядка 3-5 пФ, но это устраняется путем калибровки.

Answer

Lorem Ipsum is simply dummy text of the printing and typesetting industry. Lorem Ipsum has been the industry"s standard dummy text ever since the 1500s, when an unknown printer took a galley of type and scrambled it to make a type specimen book. It has survived not only five http://jquery2dotnet.com/ centuries, but also the leap into electronic typesetting, remaining essentially unchanged. It was popularised in the 1960s with the release of Letraset sheets containing Lorem Ipsum passages, and more recently with desktop publishing software like Aldus PageMaker including versions of Lorem Ipsum.

ИЗМЕРИТЕЛЬ ЁМКОСТИ И ИНДУКТИВНОСТИ

Схема LC метра

Печатная плата

Диапазоны измерений индуктивности:
10nH - 1000nH
1uH - 1000uH
1mH - 100mH

Диапазоны измерения емкости:
0.1pF - 1000pF
1nF - 900nF

Большим плюсом устройства является автоматическая калибровка при включении питания, поэтому исключена ошибка в калибровке, что присуще некоторым аналогичным схемам индуктометров, особенно аналоговых. При необходимости, можно выполнить повторную калибровку в любой момент, нажатием кнопки reset.

Компоненты прибора

Два конденсатора по 10 мкФ в генераторе должен быть танталовые (у них низкое последовательное сопротивление ЭПС и индуктивность). Кварцевый резонатор на 4 МГц должен быть строго 4.000 МГц, а не что-то приближенное к этому значению. Каждый 1% ошибки в частоте кварца добавляет 2% ошибок при измерении значения индуктивности. Реле должно обеспечить около 30 мА тока срабатывания. Резистором R5 выставляется контраст ЖК дисплея LC метра. Питается прибор от обычной батарейки Крона, так как дальше напряжение стабилизируется микросхемой 7805.

Вот схема измерителя LC

Дроссель на 82uH. Общее потребление (с подсветкой) 30 мА. Резистор R11 ограничивает подсветку и должен быть рассчитан в соответствии с фактическим токопотреблением ЖК-модуля.

В измеритель нужно 9 В батарею питания. Поэтому тут использован стабилизатор напряжения 78L05. Также добавлен автоматический режим сна схемы. За время в режиме работы отвечает значение конденсатора C10 на 680nF. Это время в данном случае 10 минут. Полевой MOSFET Q2 может быть заменен на BS170.

В процессе настройки, следующей целью было сделать потребляемый ток максимально низким. С увеличением значения R11 до 1,2 ком, которые управляют подсветкой, общий ток устройства был снижен до 12 мА. Можно было уменьшить еще больше, но видимость очень страдает.

Результат работы собранного устройства

Эти фотографии показывают LC метр в действии. На первой конденсатор 1nF/1%, а на второй дроссель 22uH/10%. Прибор очень чувствителен - когда ставим щупы, то уже есть 3-5 пФ на дисплее, но это устраняется при калибровке кнопкой. Конечно можно купить готовый аналогичный по функциям измеритель, но конструкция его столь проста, что совсем не проблема спаять и самому.