Capacimetru folosind arduino

Când întâlnim plăci de circuite proiectate anterior sau scoatem una de pe televizor sau computer vechi, în încercarea de a o repara. Și uneori trebuie să cunoaștem capacitatea unui anumit condensator din placă pentru a elimina defecțiunea. Apoi, ne confruntăm cu o problemă în obținerea valorii exacte a condensatorului de pe placă, mai ales dacă este un dispozitiv de montare pe suprafață. Putem cumpăra echipamente pentru măsurarea capacității, dar toate aceste dispozitive sunt costisitoare și nu pentru toată lumea. Având în vedere acest lucru, vom proiecta un contor de capacitate Arduino simplu pentru a măsura capacitatea condensatoarelor necunoscute.

Acest contor poate fi realizat cu ușurință și, de asemenea, rentabil. Vom face capacimetru folosind Arduino Uno, poarta de declanșare Schmitt și timerul 555 IC.

Componente necesare:

IC cu temporizator 555
IC 74HC14 Poarta de declanșare Schmitt sau poarta NU.
Rezistor 1K Ω (2 bucăți), rezistor 10KΩ
Condensator 100nF, condensator 1000µF
16 * 2 LCD,
Breadboard și niște conectori.

Explicația circuitului:

Diagrama circuitului contorului de capacitate folosind Arduino este prezentată în figura de mai jos. Circuitul este simplu, un LCD este interfațat cu Arduino pentru a afișa capacitatea măsurată a condensatorului. Un circuit generator de unde pătrate (555 în modul Astable) este conectat la Arduino, unde am conectat condensatorul a cărui capacitate trebuie măsurată. O poartă de declanșare Schmitt (IC 74LS14) este utilizată pentru a se asigura că numai undele dreptunghiulare sunt alimentate către Arduino. Pentru filtrarea zgomotului, am adăugat câteva condensatoare la putere.

Acest circuit poate măsura cu precizie capacitățile în intervalul 10nF la 10uF.

555 Timer IC pe bază de undă pătrată:

În primul rând vom vorbi despre generatorul de unde pătrate bazat pe IC 555 Timer sau ar trebui să spun 555 Astable Multivibrator. Știm că capacitatea unui condensator nu poate fi măsurată direct într-un circuit digital, cu alte cuvinte UNO se ocupă de semnale digitale și nu poate măsura capacitatea direct. Deci, folosim circuitul generatorului de unde pătrate 555 pentru conectarea condensatorului la lumea digitală.

Pur și simplu vorbind, cronometrul oferă ieșire cu undă pătrată a cărei frecvență implică direct capacitatea conectată la acesta. Așadar, mai întâi obținem semnalul de undă pătrată a cărui frecvență este reprezentativă pentru capacitatea condensatorului necunoscut și transmitem acest semnal către UNO pentru a obține valoarea corespunzătoare.

Configurarea generală 555 în modul Astable, așa cum se arată în figura de mai jos:

Frecvența semnalului de ieșire depinde de rezistențele RA, RB și condensatorul C. Ecuația este dată ca, Frecvența (F) = 1 / (Perioada de timp) = 1,44 / ((RA + RB * 2) * C).

Aici RA și RB sunt valori ale rezistenței, iar C este valoarea capacității. Punând valorile rezistenței și capacității în ecuația de mai sus, obținem frecvența undei pătrate de ieșire.

Vom conecta 1KΩ ca RA și 10KΩ ca RB. Deci formula devine, Frecvența (F) = 1 / (Perioada de timp) = 1,44 / (21000 * C).

Reamenajând termenii pe care îi avem, Capacitate C = 1,44 / (21000 * F)

În Codul nostru de program (a se vedea mai jos), pentru a obține cu exactitate valoarea capacității, am calculat rezultatul în nF prin înmulțirea rezultatelor obținute (în farade) cu „1000000000”. De asemenea, am folosit „20800” în loc de 21000, deoarece rezistențele exacte ale RA și RB sunt de 0,98K și 9,88K.

Deci, dacă cunoaștem frecvența undei pătrate, putem obține valoarea capacității.

Poarta de declanșare Schmitt:

Semnalele generate de circuitul temporizatorului nu sunt complet sigure pentru a fi transmise direct către Arduino Uno. Având în vedere sensibilitatea UNO, folosim poarta de declanșare Schmitt. Poarta de declanșare Schmitt este o poartă logică digitală.

Această poartă oferă IEȘIRE pe baza nivelului de tensiune INPUT. Un declanșator Schmitt are un nivel de tensiune THERSHOLD, când semnalul INPUT aplicat la poartă are un nivel de tensiune mai mare decât THRESHOLD al porții logice, OUTPUT devine HIGH. Dacă nivelul semnalului de tensiune INPUT este mai mic decât THRESHOLD, IEȘIREA porții va fi scăzută. Cu aceasta, de obicei nu obținem declanșatorul Schmitt separat, avem întotdeauna o poartă NU după declanșatorul Schmitt. Schmitt Trigger de lucru este explicat aici: Schmitt Trigger Gate

Vom folosi cipul 74HC14, acest cip are 6 porți Schmitt Trigger. Aceste șase porți sunt conectate intern așa cum se arată în figura de mai jos.

Adevărul Masa poarta Inverted Schmitt Trigger este arată în figura de mai jos, cu aceasta trebuie să program ONU pentru inversoare perioadele pozitive și negative de timp la bornele sale.

Conectăm semnalul generat de circuitul temporizatorului la poarta ST, vom avea un val dreptunghiular de perioade de timp inversate la ieșire, care este sigur să fie dat UNO.

Arduino măsoară capacitatea:

Uno are o funcție specială pulseIn , care ne permite să determinăm durata stării pozitive sau a stării negative a unei anumite unde dreptunghiulare:

Htime = pulseIn (8, HIGH); Ltime = pulseIn (8, LOW);

Funcția pulseIn măsoară timpul pentru care nivelul înalt sau scăzut este prezent la PIN8 al Uno. Funcția pulseIn măsoară acest timp ridicat (ora) și timpul mic (ora) în micro secunde. Când adăugăm Htime și Ltime împreună vom avea Durata ciclului și, inversând-o, vom avea Frecvența.

Odată ce avem frecvența, putem obține capacitatea utilizând formula pe care am discutat-o mai devreme.

Rezumat și testare:

Deci, în rezumat, conectăm condensatorul necunoscut la circuitul temporizator 555, care generează o ieșire cu undă pătrată a cărei frecvență este direct legată de capacitatea condensatorului. Acest semnal este dat UNO prin poarta ST. UNO măsoară frecvența. Cu frecvența cunoscută, programăm UNO pentru a calcula capacitatea utilizând formula discutată anterior.

Să vedem câteva rezultate obținute, Când am conectat condensatorul electrolitic 1uF, rezultatul este 1091,84 nF ~ 1uF. Iar rezultatul cu condensatorul de poliester 0.1uF este de 107.70 nF ~ 0.1uF

Apoi am conectat condensatorul ceramic 0.1uF și rezultatul este 100.25 nF ~ 0.1uF. De asemenea, rezultatul condensatorului electrolitic de 4,7 uF este de 4842,83 nF ~ 4,8 uF

Deci, astfel putem măsura pur și simplu capacitatea oricărui condensator.