Представляем оригинальную конструкцию lc-метра от нашего коллеги R2-D2. Далее слово автору схемы: В радиолюбительском деле, особенно при ремонтах, необходимо иметь под рукой прибор для измерения емкости и индуктивности - так называемый lc метр. На сегодняшний день для повторения в интернете можно найти много схем подобных устройств, сложных и не очень. Но решил создать свой вариант устройства. Практически все схемы LC метров с использованием микроконтроллеров представленные в интернете, выглядят одинаково. Идея заключается в расчете номинала неизвестных компонентов по формуле зависимости частоты от емкости и индуктивности. Для простоты своей конструкции решил использовать внутренний компаратор микроконтроллера в качестве генератора. Для отображения информации используется LCD от телефона Nokia 3310 либо ему подобный с контроллером PCD8544 и разрешением 84х48, например Nokia 5110 .
Сердцем устройства является микроконтроллер PIC18F2520 . Для стабильной работы генератора в качестве С3 и С4 лучше использовать неполярные конденсаторы либо танталовые. Реле можно использовать любое, соответствующее по напряжению (3-5 вольт), но желательно с минимально возможным сопротивлением контактов в замкнутом положении. Для звука используется буззер без встроенного генератора, или обычный пьезоэлемент.
При первом старте собранного устройства, программа автоматически запускает режим настройки контраста дисплея. Кнопками 2/4 необходимо установить приемлемый контраст и нажать кнопку OK (3). После выполнения данных действий устройство следует выключить и включить заново. Для некоторой настройки работы измерителя в меню есть раздел «Setup ». В подменю «Capacitor », необходимо указать точный номинал используемого калибровочного конденсатора (С_cal) в пФ. Точность указанного номинала напрямую влияет на точность измерения. Контролировать работу самого генератора можно с помощью частотомера в контрольной точке «B», однако лучше использовать уже встроенную систему контроля частоты в подменю «Oscillator ».
С помощью подбора L1 и С1, необходимо добиться стабильных показаний частоты в районе 500-800 кГц. Большая частота положительно влияет на точность измерения в тоже время с ростом частоты может ухудшаться стабильность генератора. Частоту и стабильность генератора, как я уже сказал выше, удобно мониторить в разделе меню «Oscillator ». При наличии внешнего калиброванного частотомера можно выполнить калибровку частотомера LC-метра. Для этого необходимо подключить внешний частотомер к контрольной точке «B» и с помощью кнопок +/- в меню «Oscillator » подобрать константу «K» таким образом, чтобы показания обоих частотомеров совпадали. Для корректной работы системы отображения состояния батареи питания, необходимо настроить резистивный делитель, построенный на резисторах R9, R10, после чего установить перемычку S1 и записать значения в поля раздела «Battery».
Также внести напряжения “V.max” - максимальное напряжение батареи питания (заполнены все сегменты отображаемой батарейки) и соответственно “V.min” - минимальное напряжение батареи питания (все сегменты батарейки погашены, прибор сигнализирует о необходимой смене или заряде батареи питания). Значения напряжения питания для отображения промежуточных сегментов на пиктограмме батарейки, будут рассчитаны автоматически после внесения информации о “V.max” и “V.min”.
Использование стабилизатора для питания схемы обязательно, так как опорное напряжение должно быть стабильным и не меняться при разряде батареи.
Ещё меню lc-метра содержит разделы Light , Sound , Memory . В разделе Light есть возможность включить либо отключить подсветку LCD. Раздел Sound , для вкл/откл звука. В разделе Memory можно посмотреть результаты последних 10 измерений, а также (для новичков) увидеть полученный результат в разных единицах измерения. Назначение кнопок описывают пиктограммы, размещенные в нижней части экрана.
Главный экран содержит условную шкалу погрешности в измерениях, которую необходимо контролировать и в случае необходимости своевременно выполнять калибровку.
1. Переключить устройство в режим измерения емкости. Выполнить калибровку. Убедиться, что погрешность измерения находится в допустимых пределах. В случае больших отклонений повторить калибровку.
2. Подключить измеряемый конденсатор к клеммам. На экране появится результат измерений. Для сохранения результата в памяти необходимо нажать (M).
1. Переключить устройство в режим измерения индуктивности. Замкнуть клеммы. Выполнить калибровку. Убедиться, что погрешность измерения находится в допустимых пределах. В случае больших отклонений повторить калибровку.
2. Подключить измеряемую индуктивность к клеммам. На экране появится результат измерений. Для сохранения результата в памяти необходимо нажать (M).
В качестве корпуса задействовал геройски погибший при ремонте телевизора китайский тестер.
Все файлы - прошивки контроллера, платы в Lay и так далее можно или на форуме. Материал предоставил - Савва . Автор схемы R2-D2 .
Обсудить статью LC МЕТР
Сделал как то себе этот крайне полезный и не заменимый прибор, из-за острой необходимости в измерении емкости и индуктивности. Обладает на удивление очень хорошей точностью измерения при этом схема довольно простая базовым компонентом которой является микроконтроллер PIC16F628A.
Схема:
Как видно, основные компоненты схемы это PIC16F628A, знакосинтезирующий дисплей (можно использовать 3 типа дисплея 16х01 16х02 08х02), линейный стабилизатор LM7805, кварцевый резонатор на 4 Мгц, реле на 5В в DIP корпусе, двух секционный переключатель (для переключения режимов измерения L или C).
Прошивки для микроконтроллера:
Печатная плата:
Файл печатной платы в формате sprint layout:
Исходная плата разведена под реле в DIP корпусе.
У меня такого не нашлось и я использовал что было, старое компактное как раз подходящее по размерам реле. В качестве танталовых конденсаторов использовал совковые танталовые. Переключатель режима измерения, выключатель питания и кнопку калибровки использовал, снятые когда то со старых совковых осциллографов.
Провода измерительные:
Должны быть как можно короче.
Во время сборки и настройки руководствовался вот этой инструкцией:
Соберите плату, установите 7 перемычек. Установите в первую очередь перемычки под PIC и под реле и две перемычки рядом с контактами для дисплея.
Используйте танталовые конденсаторы (в генераторе) — 2 шт.
10мкф.
Два конденсатора 1000пФ должны быть полиэстеровые или лучше (прим. допуск не более 1%).
Рекомендуется использовать дисплей с подсветкой (прим. ограничительный резистор 50-100Ом на схеме не указан контакты 15, 16).
Установите плату в корпус. Соединение между плату и дисплей по вашему желанию можно припаять, или сделать используя разъем. Провода вокруг переключателя L/C сделайте как можно короткими и жесткими (прим. для уменьшения «наводок» и для правильной компенсации измерений особенно для заземленного конца L).
Кварц следует использовать 4.000MHz, нельзя использовать 4.1, 4.3 и т.п.
Проверка и калибровка:
Тестовые перемычки
Как проводить измерения:
Режим измерения емкости:
Режим измерения индуктивности:
Ну вроде все, вопросы и замечания оставляйте в комментариях под статьей.
Я уверен, что этот проект не является новым, но это собственная разработка и хочу, чтобы этот проект так, же был известен и полезен.
Схема LC метра на ATmega8 достаточно проста. Осциллятор является классическим и выполнен на операционном усилителе LM311. Основная цель, которую я преследовал при создании данного LC метра — сделать его не дорогим и доступным для сборки каждым радиолюбителем.
Для данного прибора я разработал программное обеспечение, позволяющее использовать тот индикатор, который есть в распоряжении у радиолюбителя либо 1х16 символьный ЖК-дисплей, либо 2х 16 символов.
Тесты с обоих дисплеев, дали отличные результаты. При использовании дисплея 2х16 символов в верхней строке отображается режим измерения (Cap – емкость, Ind – ) и частота генератора, в нижней же строке результат измерения. На дисплее 1х16 символов слева отображается результат измерения, а справа частота работы генератора.
Однако, чтобы поместить на одну строку символов измеренное значение и частоту, я сократил разрешение дисплея. Это ни как не сказывается на точность измерения, только чисто визуально.
Как и в других известных вариантах, которые основаны на той же универсальной схеме, я добавил в LC-метр кнопку калибровки. Калибровка проводится при помощи эталонного конденсатора емкостью 1000пФ с отклонением 1%.
При нажатии кнопки калибровки отображается следующее:
Измерения, проведенные с помощью данного прибора на удивление точны, и точность во многом зависит от точности стандартного конденсатора, который вставляется в цепь, когда вы нажимаете кнопку калибровки. Метод калибровки устройства заключается всего лишь в измерении емкости эталонного конденсатора и автоматической записи его значения в память микроконтроллера.
Если вы не знаете точное значение, можете откалибровать прибор, изменяя значения измерений шаг за шагом до получения наиболее точного значения конденсатора. Для подобной калибровки имеются две кнопки, обратите внимание, на схеме они обозначены как «UP» и «DOWN». Нажимая их можно добиться корректировки емкости калибровочного конденсатора. Затем данное значение автоматически записывается в память.
Перед каждым замером емкости необходимо сбросить предыдущие показания. Сброс на ноль происходит при нажатии «CAL».
Для сброса в режиме индуктивности, необходимо сначала замкнуть выводы входа, а затем нажать «CAL».
Весь монтаж разработан с учетом свободной доступности радиодеталей и с целью достижения компактности устройства. Размер платы не превышают размеров ЖК-дисплея. Я использовал как дискретные компоненты, так и компоненты поверхностного монтажа. Реле с рабочим напряжением 5В. Кварцевый резонатор — 8MHz.
Частотометр, измеритель ёмкости и индуктивности – FCL-meter
Качественный и специализированный инструмент в умелых руках – залог успешной работы и удовлетворения от её результата.
В лаборатории радиолюбителя-конструктора (и в особенности коротковолновика) помимо уже “обычных” цифрового мультиметра и осциллографа находят место и более специфические измерительные приборы– генераторы сигналов, измерители АЧХ, анализаторы спектра, ВЧ мосты и т.д. Подобные приборы, как правило, приобретаются из числа списанных за относительно небольшие (по сравнению с новыми) деньги и занимают достойное место на столе конструктора. Самостоятельное их изготовление в домашних условиях практически не возможно, по крайней мере, для рядового любителя.
В то же время есть ряд приборов, самостоятельное повторение которых не только возможно, но и необходимо по причине их редкости, специфичности или же требований к габаритно-массовым показателям. Это всевозможные приставки к мультиметрам и ГИРы, испытатели и частотометры, LC -метры и прочее. Благодаря всё большей доступности программируемых компонент и PIC -микроконтроллеров в частности, а также огромному объёму информации по их использованию в Internet , самостоятельное проектирование и изготовление домашней радиолаборатории стало вполне реальным делом доступным многим.
Описываемый ниже прибор позволяет в широких пределах измерять частоты электрических колебаний, а также ёмкость и индуктивность электронных компонентов с высокой точностью. Конструкция обладает минимальными размерами, массой и энергопотреблением, что позволяет пользоваться ею при работах на крышах, опорах и в полевых условиях.
Технические характеристики:
Частотометр Измеритель LC
Напряжение питания, В: 6…15
Ток потребления, мА: 14…17 15*
Пределы измерения, в режиме:
F 1, МГц 0,01…65**
F 2, МГц 10…950
L 0,001 мкГн…5 Гн
Точность измерения, в режиме:
F 1 +-1 Гц
F 2 +-64 Гц
C 0,5 %
L 2…10 %***
Период отображения, сек, 1 0,25
Чувствительность, мВ
F 1 10…25
F 2 10…100
Габариты, мм: 110х65х30
* – в режиме самокалибровки в зависимости от типа реле до 50 мА на 2 сек.
** – нижний предел может быть расширен до единиц Гц, см. ниже; верхний в зависимости от микроконтроллера до 68 МГц
Принцип работы:
В режиме частотометра прибор работает по широко известному методу измерения PIC -микроконтроллером числа колебаний в единицу времени с досчётом предварительного делителя, что и обеспечивает такие высокие показатели. В режиме F 2 подключается дополнительный внешний высокочастотный делитель на 64 (при небольшой коррекции программы возможно использование делителей с другим коэффициентом).
При измерении индуктивностей и ёмкостей прибор работает по резонансному принципу, хорошо описанному в . Вкратце. Измеряемый элемент включается в колебательный контур с известными параметрами, входящий в состав измерительного генератора. По изменению генерируёмой частоты по общеизвестной формуле f 2 =1/4 π 2 LC рассчитывается искомое значение. Для определения собственных параметров контура к нему подключается известная дополнительная емкость, по той же формуле высчитываются индуктивность контура и его емкость, включая конструктивную.
Принципиальная схема:
Электрическая схема прибора показана на рис. 1 . В схеме можно выделить следующие основные узлы: измерительный генератор на DA 1, входной усилитель режима F 1 на VT 1, входной делитель (прескалер) режима F 2– DD 1, коммутатор сигналов на DD 2, блок измерения и индикации на DD 3 и LCD , а также стабилизатор напряжения.
Измерительный генератор собран на микросхеме-компараторе LM 311. Данная схема хорошо зарекомендовала себя в качестве генератора частоты до 800 кГц, обеспечивая на выходе сигнал, близкий к меандру. Для обеспечения стабильных показаний генератор требует согласованной по сопротивлению и стабильной нагрузки.
Частотозадающими элементами генератора являются измерительная катушка L 1 и конденсатор C 1, а также коммутируемый микроконтроллером эталонный конденсатор C 2. В зависимости от режима работы L 1 подключается к клеммам XS 1 последовательно или параллельно.
С выхода генератора сигнал через развязывающий резистор R 7 поступает на коммутатор DD 2 CD 4066.
На транзисторе VT 1 собран усилитель сигнала частотометра F 1. Схема особенностей не имеет за исключением резистора R 8, необходимого для питания выносного усилителя с малой входной ёмкостью, во многом расширяющего область применения прибора. Его схема показана на рис. 2 .
При пользовании прибором без внешнего усилителя необходимо помнить, что его вход находится под напряжением 5 Вольт, и поэтому необходим развязывающий конденсатор в сигнальной цепи.
Предделитель частотометра F 2 собран по типовой для большинства подобных прескалеров схеме, лишь введены ограничительные диоды VD 3, VD 4. Необходимо заметить, что при отсутствии сигнала предделитель самовозбуждается на частотах около 800-850 МГц, что является типичным для высокочастотных делителей. Самовозбуждение пропадает с подачей на вход сигнала от источника с входным сопротивлением близким к 50 Ом. Сигнал с усилителя и прескалера поступает на DD 2.
Главная роль в приборе принадлежит микроконтроллеру DD 3 PIC 16 F 84 A . Данный микроконтроллер пользуется огромной и заслуженной популярностью у конструкторов благодаря не только хорошим техническим параметрам и небольшой цене, но и простоте в программировании и обилию различных праметров его использования как от производителя, компании MicroChip , так и всех, кто применял его в своих конструкциях. Желающим получить подробную информацию достаточно в любом поисковике Internet ’а ввести слова PIC , PIC 16 F 84 или MicroChip . Результат поиска Вам понравится.
Сигнал с DD 2 поступает на формирователь, выполненный на транзисторе VT 2. Выход формирователя непосредственно подключен к входящему в микроконтроллер триггеру Шмидта. Результат расчётов выводится на алфавитно-цифровой дисплей с интерфейсом HD 44780. Микроконтроллер тактируется частотой 4МГц, при этом его быстродействие составляет 1млн. операций в секунду. В приборе предусмотрена возможность внутрисхемного программирования посредством разъёма ISCP (in circuit serial programming ). Для этого необходимо удалить перемычку XF 1, изолировав этим цепь питания микроконтроллера от остальной схемы. Далее присоединяем программатор к разъёму и “зашиваем” программу, после чего не забываем установить перемычку. Такой способ особенно удобен при работе с микроконтроллерами в корпусе для поверхностного монтажа ( SOIC ).
Управление режимами осуществляется тремя кнопочными переключателями SA 1– SA 3 и будет подробно описано ниже. Данные переключатели не только включают нужный режим, но и обесточивают не задействованные в данном режиме узлы, снижая общее энергопотребление. На транзисторе VT 3 собран ключ управления реле, подключающего эталонный конденсатор C 2.
Микросхема DA 2 является высококачественным стабилизатором 5 Вольт с низким остаточным напряжением и сигнализатором разряда питающей батареи. Эта микросхема специально разрабатывалась для использования в устройствах с низким токопотреблением и батарейным питанием. В питающей цепи установлен диод VD 7 для защиты прибора от переполюсовки. Пренебрегать им не стоит!!!
При использовании индикатора, требующего отрицательного напряжения, необходимо по схеме рис. 3 собрать источник отрицательного напряжения. Источник обеспечивает до –4 Вольт при использовании в качестве 3 VD 1, 3 VD 2 германиевых диодов или с барьером Шоттки.
Схема программатора JDM , доработанного для внутрисхемного программирования, приведена на рис. 4 . Подробнее о программировании будет сказано ниже в соответствующем разделе.
Большинство использованных в авторском устройстве деталей рассчитано на планарный монтаж (SMD), под них же спроектирована печатная плата. Но вместо них могут быть использованы аналогичные более доступные отечественного производства с ”обычными” выводами без ухудшения параметров прибора и с соответствующим изменением печатной платы. VT1, VT2 и 2VT2 могут быть заменены на КТ368, КТ339, КТ315 и пр. В случае с КТ315 следует ожидать небольшое падение чувствительности на на верхнем участке диапазона F1. VT3– КТ315, КТ3102. 2VT1– КП303, КП307. VD1, 2, 5, 6– КД522, 521, 503. В качестве VD3, 4 желательно применить pin-диоды с минимальной собственной ёмкостью, например КД409 и пр. но вполне можно обойтись и КД503. VD7– для уменьшения падения напряжения желательно выбрать с барьером Шоттки– 1N5819, или обычный из указанных выше.
DA1– LM311, IL311, К544СА3, предпочтение следует отдать IL311 завода «Интеграл», так как они лучше работают в необычной роли генератора . DA2– прямых аналогов не имеет, но допускается замена на обыкновенную КР142ЕН5А с соответствующим изменением схемы и отказом от сигнализации разряда батареи. Вывод 18 DD3 в таком случае необходимо оставить подтянутым к Vdd через резистор R23. DD1– выпускается множество прескалеров подобного типа, например SA701D, SA702D, совпадающий по выводам с применённым SP8704. DD2– xx4066, 74HC4066, К561КТ3. DD3– PIC16F84A прямых аналогов не имеет, обязательно наличие индекса А (с ОЗУ в 68 байт). При некоторой коррекции программы возможно использование более “продвинутого” PIC16F628A, имеющего вдвое большую память программ и быстродействие до 5 млн. операций в секунду.
В авторском приборе использован алфавитно-цифровой двустрочный по 8 символов в строке дисплей производства Siemens, требующий отрицательного напряжения в 4 вольта и поддерживающий протокол контроллера HD44780. Для такого и подобного дисплеев необходимо загружать программу FCL2x8.hex. Значительно удобнее в работе прибор с дисплеем формата 2*16. Такие индикаторы выпускаются множеством фирм, например Wintek, Bolumin, DataVision, и содержат в своём названии цифры 1602. При использовании доступного SC1602 фирмы SunLike необходимо поменять местами его выводы 1 и 2 (1–Vdd, 2–Gnd). Для таких дисплеев (2х16) используется программа FCL2x16.hex. Подобные дисплеи обычно не требуют отрицательного напряжения.
Особое внимание необходимо уделить выбору реле К1. Прежде всего, оно должно уверенно срабатывать при напряжении 4,5 вольт. Во-вторых, сопротивление замкнутых контактов (при подаче указанного напряжения) должно быть минимальным, но не более 0,5 Ом. Многие малогабаритные герконовые реле с потреблением в 5-15 мА от импортных телефонных аппаратов имеют сопротивление порядка 2-4 Ом, что недопустимо в данном случае. В авторском варианте использовано реле TIANBO TR5V.
В качестве XS1 удобно использовать акустические зажимы или линейку из 8-10 цанговых контактов (половинку панельки под м/с)
Важнейшим элементом, от качества которого зависит точность и стабильность показаний измерителя LC, является катушка L1. Она должна обладать максимальной добротностью и минимальной собственной ёмкостью. Неплохо здесь работают обыкновенные дроссели Д, ДМ, ДПМ индуктивностью 100-125 мкГн.
К конденсатору C1 требования также довольно высокие, особенно по термостабильности. Это может быть КМ5 (M47), К71-7, КСО ёмкостью 510…680 пФ.
Таким же должен быть и C2, но в пределах 820…2200 пФ.
Прибор собран на двусторонней плате размерами 72х61 мм. Фольга с верхней стороны практически полностью сохранена (см. файл FCL-meter.lay) за исключением окружения элементов контура (для уменьшения конструктивной ёмкости). Элементы SA1–SA4, VD7, ZQ1, L1, L2, K1, индикатор и пару перемычек расположены с верхней стороны платы. Длина проводников от измерительных зажимов XS1 до соответствующих контактов на печатной плате должна быть минимальна. Разъём питания XS2 установлен со стороны проводников. Плата помещена в стандартный пластмассовый корпус 110х65х30 мм. с отсеком для батареи питания типа “Крона”.
Для расширения нижней границы измерения частоты до единиц герц необходимо параллельно С7, С9 и С15 подключить электролитические конденсаторы 10 мк.
Программирование и настройка
Включать прибор с установленным, но незапрограммированым микроконтроллером не рекомендуется!!!
Начинать сборку прибора необходимо с установки элементов стабилизатора напряжения и установки подстроечным резистором R 22 напряжения 5.0 вольт на выводе 1 микросхемы DA 2. После этого можно устанавливать все остальные элементы кроме DD 3 и индикатора. Ток потребления не должен превышать 10-15 мА при различных положениях SA 1- SA 3.
Для программирования микроконтроллера можно воспользоваться разъёмом ISCP . На время программирования перемычка XF 1 удаляется (конструкция разъёма иного не допускает). Для программирования рекомендуется использовать некоммерческую программу IC - Prog , последнюю версию которой можно бесплатно загрузить с www.ic-prog.com (около 600 кбайт). В установках программатора ( F 3) необходимо выбрать JDM Programmer , убрать все птички в разделе Communication и выбрать порт, к которому подключен программатор.
Прежде чем загрузить в программу одну из прошивок FCL 2 x 8. hex или FCL 2 x 16. hex , необходимо выбрать тип микроконтроллера – PIC 16 F 84 A , остальные флаги автоматически установятся после открытия файла прошивки и изменять их нежелательно. При программировании важно, чтобы общий провод компьютера не имел контакта с общим проводом программируемого устройства, иначе данные не запишутся.
Усилитель-формирователь и измерительный генератор в настройке не нуждаются. Для достижения максимальной чувствительности можно подобрать резисторы R 9 и R 14.
Дальнейшая настройка прибора проводится с установленными DD 3 и LCD в следующем порядке:
1.Ток потребления не должен превышать 20 мА в любом режиме (кроме момента срабатывания реле).
2.Резистором R 16 устанавливается желаемая контрастность изображения.
3.В режиме частотометра F 1 конденсатором С22 добиваются правильных показаний по промышленному частотометру или иным способом. Возможно использование в качестве эталонных источников частоты гибридных кварцевых генераторов от радио и сотовых телефонов (12,8МГц, 14,85Мгц и пр.) или, в крайнем случае, компьютерные 14,318МГц и др. Расположение выводов питания (5 или 3 вольт) у модулей стандартное для цифровых микросхем (7– минус и 14–плюс), сигнал снимается вывода 8. Если настройка происходит при крайнем положении ротора, то придётся подобрать и ёмкость C23.
4.Далее необходимо зайти в режим установки констант (см. ниже в разделе ”Работа с прибором”). Константа X 1 устанавливается численно равной ёмкости конденсатора С2 в пикофарадах. Константа X 2 равна 1.000 и может быть скорректирована позже при настройке измерителя индуктивности.
5.Для дальнейшей настройки необходимо иметь набор (1-3 штуки) конденсаторов и индуктивностей с известными значениями (желательна точность лучше 1%). Самокалибровка прибора должна проходить с учётом конструктивной ёмкости зажимов (см. ниже описание вариантов самокалибровки).
6.В режиме измерения ёмкости отмеряем известную ёмкость, далее номинал конденсатора делим на показания прибора, это значение будет использовано для корректировки константы X 1. Можно повторить эту операцию с другими конденсаторами и найти среднее арифметическое отношений их номиналов к показаниям. Новое значение константы X 1 равно произведению найденного выше коэффициента на “старое” её значение. Это значение необходимо записать до перехода к следующему пункту.
7.В режиме измерения индуктивности аналогично находим отношение номинала к показаниям. Найденное отношение будет новой константой X 2 и записывается в EEPROM аналогично X 1. Для настройки желательно использовать индуктивности от 1 до 100 мкГн (лучше несколько из этого диапазона и найти среднее значение). Если имеется катушка с индуктивностью в несколько десятков-сотен миллигенри с известными значениями индуктивности и собственной ёмкости, то можно проверить работу режима двойной калибровки. Показания собственной ёмкости, как правило, несколько занижены (см. выше).
Работа с прибором
Режим частотометра . Для входа в данный режим необходимо вжать SA 1 ” Lx ” и SA 2 “ Cx ”. Выбор пределов F 1/ F 2 осуществляется переключателем SA 3: отжат – F 1, вжат – F 2. С прошивкой для дисплея 2х16 символов на дисплее отображается надпись “ Frequency ” XX , XXX . xxx MHz или XXX , XXX . xx MHz . Для дисплея 2х8 соответственно “ F =” XXXXXxxx или XXXXXXxx MHz , вместо десятичной точки здесь используется символ □ над значением частоты.
Режим самокалибровки . Для измерения индуктивностей и ёмкостей прибору необходимо пройти самокалибровку. Для этого после подачи питания необходимо отжать SA 1 ” Lx ” и SA 2 ”С x ” (какой именно – подскажет надпись L или C ). После чего прибор войдёт в режим самокалибровки и отобразит “ Calibration ” или ” WAIT ”. После этого нужно сразу же вжать SA 2 ”С x ”. Сделать это нужно достаточно быстро не дожидаясь срабатывания реле. Если же пропустить последний пункт, то ёмкость клемм не будет учтена прибором и “нулевые” показания в режиме ёмкости будут 1-2 пФ. Подобная калибровка (с вжатием SA 2 ” Cx ”) позволяет учитывать емкость выносных щупов-зажимов с собственной ёмкостью до 500 pF , однако пользоваться такими щупами при измерении индуктивностей до 10 mH нельзя.Режим “C x ” может быть выбран после калибровки нажатием на SA 2 ” Cx ”, SA 1 ” Lx ” должен быть отжат. При этом выводится “ Capacitance ” XXXX xF или “ C =” XXXX xF .
Режим ” Lx ” активизируется при нажатом SA 1 ” Lx ” и отжатом SA 2 ” Cx ”. Вход в режим двойной калибровки (для индуктивностей более 10 миллигенри) происходит при любом изменении положения SA 3 ” F 1/ F 2”, при этом помимо индуктивности отображается и собственная ёмкость катушки, что может быть очень полезно. На дисплее отображается “ Inductance ” XXXX xH или ” L =” XXXX xH . Выход из данного режима происходит автоматически при извлечении катушки из зажимов.
Возможен переход в любой последовательности между перечисленными выше режимами. Например, сначала частотометр, затем калибровка, индуктивность, ёмкость, индуктивность, калибровка (необходима, если прибор долгое время находился включеным, и параметры его генератора могли “уйти”), частотометр и т.д. При отжатии SA 1 ” Lx ” и SA 2 ” Cx ” перед входом в калибровку предусмотрена небольшая (3 секунды) пауза для исключения нежелательного входа в этот режим при простом переходе от одного режима к другому.Режим установки констант . Данный режим необходим только при настройке прибора, поэтому вход в него предполагает подключение внешнего выключателя (или перемычки) между выводом 13 DD 3 и общим, а также двух кнопок между выводами 10, 11 DD 3 и общим проводом.
Для записи констант (см. выше) необходимо включить прибор при закороченном выключателе. На дисплее в зависимости от положения переключателя SA 3 ” F 1/ F 2” отразится “ Constant X 1” XXXX или “ Constant X 2” X . XXX . Кнопками можно изменять значение констант с шагом в один разряд. Для сохранения установленного значения необходимо изменить состояние SA 3. Для выхода из режима необходимо разомкнуть выключатель и переключить SA 3 или выключить питание. Запись в EEPROM происходит только при манипуляциях с SA 3.Файлы прошивки и исходные тексты (. hex и. asm ): FCL -prog
Принципиальная схема в ( sPlan 5.0): FCL -sch .spl
Печатная плата (Sprint Layout 3.0 R):
22.03.2005. Доработки FCL-метра
Буевский Александр, Минск.
1 . Для расширения диапазона измеряемых емкостей и индуктивностей необходимо соединить выводы 5 и 6 DA1.
2 . Доработка входных цепей микроконтроллера (см. рис.) увеличит стабильность измерения частоты. Можно также использовать аналогичные микросхемы серий 1554, 1594, ALS, АС, НС, например 74AC14 или 74HC132 с изменениями в схеме.
Устройство предназначено для измерения малых сопротивлений, индуктивности, емкости и ЭПС конденсаторов. Функционально, схему можно разбить на 8 основных модулей:
- L/C генератор
- Блок источников стабильного тока (50mA/5mA/0.5mA)
- Блок, отвечающий за разряд испытуемого конденсатора
- Блок усилителей напряжения
- Блок отображения информации (Nokia LCD 3310)
- Кнопки управления
- Микроконтроллер PIC18F2520
- Коммутатор (для коммутации испытуемых компонентов)
Принцип работы LC генератора и соответственно принцип измерения индуктивности и емкости (1p - 1 uF) подробно описывать не вижу смысла. Это подробно изложено в описаниях к подобным устройствам коих в интернете масса. Отмечу лишь некоторые особенности, которые были применены в данной схеме и алгоритме расчета. Для измерения индуктивности и емкости используются разные пары щупов... такой подход позволил повысить точность измерения, организовав постоянную, автоматическую, частичную калибровку. Т.е. дрейф частоты LC генератора не оказывает столь значительного влияния на точность измерения как это было ранее. Также новый подход к расчетам позволил избавиться от влияния межвитковой емкости измеряемой индуктивности на результат измерения (она учитывается при калибровке).
Измерение емкости электролитических конденсаторов организовано по классическому методу - заряд конденсатора стабильным источником тока до определенного уровня напряжения (0,2v) с параллельным подсчетом времени заряда. В схеме это реализовано сл. образом. Подключенный испытуемый конденсатор предварительно разряжается (Q1) после чего на него подается стабильное напряжение и включается таймер отсчета времени. В момент достижения напряжением уровня 0,2v. срабатывает внутренний компаратор и фиксируется время таймера. Далее происходит расчет емкости конденсатора. Для сокращения времени измерения в меню можно выбрать максимальный предел измерения емкости испытуемого конденсатора (100/300/600 тысяч микрофарад).
Измерение ЭПС (ESR) конденсатора и измерение малых сопротивлений выполняется по сл. принципу. На испытуемый конденсатор подается короткий импульс напряжения формируемого источником стабильного тока. Это вызывает всплеск напряжения, величина которого пропорциональна ESR конденсатора. Два последовательно включенных ОУ увеличивают этот сигнал до необходимого уровня. Далее, подключенный к выходу ОУ микроконтроллер регистрирует пик импульса и выполняет аналого-цифровое преобразование для дальнейшего расчета величины напряжения. Зная значение силы тока импульса и напряжение, производится расчет ESR.
При измерении ESR малых емкостей (<10uF) происходит незначительное завышение показаний измерителя. Не смотря на то, что длительность импульса всего 1-2uS этого достаточно для того, чтобы конденсатор успел немного зарядиться, тем самым слегка завысив значение измеряемого напряжения.
Некоторые особенности конструкции которые следует учесть при повторении. Подстроечные резисторы в блоке источника стабильного тока (2. I_source) лучше заменить на постоянные, после подбора их примерного значения в процессе настройки (описано ниже).
Подстроечные резисторы R3 и R8 в блоке усилителя (4. Amp) рекомендуется использовать многооборотные. Это позволит выполнить точную подстройку коэф. усиления от значения которого зависит точность работы прибора (особенно критично для
ESR).
Вместо двух ОУ MCP601 можно использовать одну MCP602.
Реле в блоке коммутации (8. Switch) необходимо использовать бистабильное с двумя обмотками рассчитанными на напряжение 5v.
Конденсаторы С2 и С5 танталовые или неполярная "керамика". Дроссель L1 - типа "гантелька". Еще лучше, если эта "гантелька" будет в ферритовом "стакане".
Блок "S1 optional" это блок управления подачей напряжения питания на LC генератор. Опционально, существует возможность отключать генератор в режиме измерения "электорлитов" для снижения энергопотребления схемы. Блок S1 можно не использовать, просто подключив LC генератор к питанию.
Во избежание выхода из строя микроконтроллера, перемычку Jmp следует устанавливать только после настройки напряжения в точке "B" резистором "R_Vbat" (описано ниже).
В схеме отсутствует модуль частотомера (предделитель и буфер) хотя программно сам частотомер реализован. Измеряемую частоту (с «правильной» амплитудой) следует подавать на 6 вывод MK (F). Необходимо понимать, что для работы режимов измерителя емкости и индуктивности на вход 6 MK должен подаваться сигнал с выхода LC генератора. С этой целью на схеме изображен коммутатор. Один из возможных вариантов схематического решения модуля частотомера (предделитель/буфер, коммутация) пока находится в стадии разработки. При необходимости коммутацию можно организовать на обыкновенных переключателях, а в качестве схем входных цепей (делитель\буфер) использовать одну из многочисленных схем имеющихся в интернете.
Настройка и работа с устройством.
При первом включении устройства следует сбросить все настройки к настройкам по умолчанию. Для этого нужно нажать кнопку 3 и включить питание устройства. В дальнейшем эту операцию можно выполнить из меню «Function» раздел "Reset". После сброса желательно произвести откл-вкл устройства. По умолчанию, после сброса настроек значение контраста «Contrast» устанавливается как 200. Это значение можно изменить в меню настроек или выполнить откл-вкл устройства удерживая кнопку 4 в нажатом состоянии. В этом случае после включения устройство сразу перейдет в меню регулировки контраста. Далее кнопкой 4 контраст увеличивается, а кнопкой 3 - уменьшается.
Настройка источников стабильного тока.
На точность измерения значительное влияние оказывает аккуратность настройки источников стабильного тока. Для настройки нужно перейти в меню «Function» и далее выбрать раздел "I_50" кнопкой «OK». Затем подключить к клеммам измерения С/ESR миллиамперметр. Миллиамперметр будет показывать значение тока будущего импульса для измерения ESR. C помощью подстроечного резистора (R3) необходимо установить этот ток как можно ближе к значению 50mA. После этого запомнить показания и отключить миллиамперметр. Далее с помощью кнопок +/- установить в меню устройства значение отражаемое ранее на миллиамперметре с точностью до десятых и сохранить его нажав кнопку OK. Ту же процедуру необходимо выполнить для источников тока 5 и 0,5mA... разделы "I_5" и "I_05", отрегулировав ток соответствующими подстрочными резисторами, при этом измеренное значение должно быть вписано в меню устройства с
точностью до сотых/тысячных.
Важно помнить, что переключение между разделами должно производиться при отключенном миллиамперметре. В дальнейшем рекомендуется заменить подстроечные резисторы на постоянные и повторить процедуру настройки.
Настройка ОУ.
Процесс настройки ОУ сводится к подстройке K усиления каждого ОУ к значению указанному в разделах Ampl и Amp2. Для этого нужно выбрать режим измерения ESR/C/R и далее:
1. Подключить к клеммам электролит с заведомо известной емкостью (лучше взять конденсатор с небольшой емкостью 10-50uF) и с помощью построечного резистора R3 и значения переменной Amp1 (~6.0) в меню настройки, добиться соответствующих показаний на экране прибора.
2. Затем подключить к клеммам известное сопротивление (желательно 1 - 10 Ом) и с помощью построечного резистора R8 и переменной Amp2 (~6.0) в меню настройки, добиться соответствующих показаний на экране прибора.
На точность показаний при измерении сопротивлений будет влиять точность установки значения силы тока для источников тока
0.00 -1.00 Om - раздел "I_50"
1.00 -10.0 Om - раздел "I_5"
10.0 -100 Om - раздел "I_05"
Настройка LC генератора.
Настройка LC генератора сводится к подбору индуктивности L1 и конденсатора С1 таким образом, чтобы частота генератора, которую можно контролировать с помощью режима "Oscillator" была в диапазоне 900кГц. С2 и С5 должны быть танталовыми или неполярными "керамика". Калибровочный конденсатор может быть любым в диапазоне 500-1200 pF. Главное чтобы это был конденсатор с минимальным ТКЕ и с известным вам значением емкости. Очень хорошо, если есть возможность предварительно измерить его реальную емкость на каком-нибудь калиброванном измерителе. Значение суммарной емкости C_cal и С3 необходимо занести в раздел "6.Ccal". С3 можно не устанавливать (....подсмотрел в одном аналогичном решении, как возможный вариант снижения общего ТКЕ).
Индикатор заряда батареи.
Настройка индикатора заряда сводится к установке в точке "B" напряжения равного примерно 1/3 напряжения батареи питания. Для этого необходимо измерить напряжение батареи питания в точке "A" (при включенном приборе) U1. Затем подключить вольтметр в точку "B" добиться с помощью регулировки резистора «R_Vbat» показаний вольтметра U2 равным примерно 1/3 от U1. Далее рассчитать коэффициент деления K_div = U1/U2 и записать значения в меню в соответствующие разделы настроек. Также указать в настройках значение напряжения полностью заряженной батареи питания "V_bat" и минимальный уровень напряжения батареи при котором прибор будет сигнализировать о необходимости заменить/зарядить батарею.
Также, для повышения точности работы АЦП желательно указать в меню точное напряжение питания микроконтроллера V_ref (по умолчанию равно 5v) измерив его при включенном приборе в точке V_ref.
Измерение ESR/C/R (С 0,1 - 600 000 uF)
Для измерения необходимо:
2. Переключить устройство с помощью кнопки "Mode" (далее M) в режим ESR/C/R
(C)
Следует отметить, что на скорость проведения измерения влияет емкость измеряемого конденсатора. Максимальный предел измерения можно выбрать в меню «Function» (C_max) (указано в тыс. микрофарад)
Калибровка в режиме ESR/C/R.
Калибровка служит для компенсации влияния длины проводов клем и др. на результат измерения внутреннего сопротивления. Для проведения калибровки необходимо находясь в режиме ESR/C/R нажать кнопку «Calibration» (далее С). При появлении меню «Close probes» (замкнуть щупы) необходимо замкнуть щупы устройства до окончания обратного отсчета на экране. После выполнения процесса калибровки, информация о настройках будет автоматически сохранена в энергонезависимой памяти устройства, что позволит в дальнейшем не выполнять калибровку при каждом последующем включении устройства.
Измерение С (C < 1uF)
Для измерения необходимо:
1. Включить устройство (клеммы для подключения измерительного компонента свободные)
2. Переключить устройство с помощью кнопки "M" в режим C-meter
3. При необходимости выполнить калибровку (описано ниже)
4. Подключить измеряемый компонент к клеммам
5. Экран устройства отобразит результат измерений.
Калибровка в режиме C
Калибровка служит для компенсации влияния длины проводов клем и др. на результат измерения емкости конденсатора. Для проведения калибровки необходимо находясь в режиме C (клеммы подключения измерительного компонента разомкнуты, измеряемый конденсатор отключен) нажать кнопку "С".
Измерение L
Для измерения необходимо:
1. Включить устройство (клеммы для подключения измерительного компонента свободные)
2. Переключить устройство с помощью кнопки "M" в режим L-meter
3. При необходимости выполнить калибровку (описано ниже)
4. Подключить измеряемый компонент к клеммам
5. Экран устройства отобразит результат измерений.
6. При измерении индуктивности (особенно малых номиналов) для получения более высокой точности измерения можно в процессе измерения (не отключая измеряемую индуктивность) выполнить калибровку нажатием кнопки «С». При этом прибор выполнит калибровку и на экране будет отражено значение подключенной индуктивности максимально близкое к реальному.
| class="eliadunit"> |
Калибровка в режиме L
Калибровка служит для компенсации влияния длины проводов клем и др. на результат измерения индуктивности. Существует два вида калибровки - «глубокая» для расчета индуктивности щупов и «обычная» для коррекции дрейфа генератора. Обычная калибровка выполняется нажатием кнопки «С» в режиме L-meter. Калибровка может выполняться с подключенной измеряемой индуктивностью к щупам устройства.
Для выполнения «глубокой» калибровки следует нажать кнопку «С» и удерживать ее в нажатом состоянии до появления надписи «Close probes and take away hand» (замкнуть щупы и убрать руки) далее замкнуть измерительные щупы до окончания обратного отсчета на экране устройства, убрать руки и дождаться окончания процесса калибровки. После калибровки разомкнуть щупы. Глубокая калибровка может не проводиться постоянно т.к. после выполнения «глубокой» калибровки, значения индуктивности щупов подключения, сохраняются в энергонезависимой памяти микропроцессора.
Измерение F
Для измерения частоты необходимо:
1. Включить устройство
2. Переключить устройство с помощью кнопки "M" в режим F-meter
3. Выбрать режим работы (с предделителем или без) с помощью кнопки «/»
4. Подать измеряемую частоту на вход «F» (6й вывод МК).
Изменить коэффициент деления применяемого предделителя можно с помощью кнопки «К». После установки коэффициента и сохранения «кнопка ОК» значение будет сохранено в энергонезависимой памяти устройства. Схема устройства не содержит модули частотомера (предделитель и буфер).
Звуковой сигнал «Напоминание»
Если измерения не проводятся более ~1 минуты, прибор начинает издавать прерывистый звуковой сигнал. В дальнейшем сигнал повторяется каждые ~20 сек. Звуковой сигнал «напоминание» не будет включаться, в случае если в приборе установлен режим «Без звука».
