Kapasitanssimittari arduinoa käyttämällä

Kun törmäämme aiemmin suunniteltuihin piirilevyihin tai otamme sen pois vanhasta televisiosta tai tietokoneesta, yritämme korjata sen. Ja joskus meidän on tiedettävä tietyn kondensaattorin kapasitanssi levyssä vian poistamiseksi. Sitten kohtaamme ongelman saada kondensaattorin tarkka arvo levyltä, varsinkin jos se on pinta-asennettava laite. Voimme ostaa laitteita kapasitanssin mittaamiseksi, mutta kaikki nämä laitteet ovat kalliita eivätkä kaikille. Tämän vuoksi aiomme suunnitella yksinkertaisen Arduino- kapasitanssimittarin tuntemattomien kondensaattoreiden kapasitanssin mittaamiseksi.

Tämä mittari voidaan tehdä helposti ja myös kustannustehokkaasti. Aiomme tehdä kapasitanssimittarin käyttämällä Arduino Unoa, Schmitt-liipaisuporttia ja 555 IC-ajastinta.

Vaaditut komponentit:

• 555 ajastimen IC
• IC 74HC14 Schmitt-liipaisuportti tai EI porttia.
• 1K Ω vastus (2 kpl), 10KΩ vastus
• 100nF kondensaattori, 1000µF kondensaattori
• 16 * 2 LCD,
• Leipälauta ja joitain liittimiä.

Piirin selitys:

Arduinoa käyttävän kapasitanssimittarin kytkentäkaavio on esitetty alla olevassa kuvassa. Piiri on yksinkertainen, LCD-näyttö on liitetty Arduinoon kondensaattorin mitatun kapasitanssin näyttämiseksi. Neliöaaltogeneraattoripiiri (555 Astable-tilassa) on kytketty Arduinoon, jossa olemme liittäneet kondensaattorin, jonka kapasitanssi on mitattava. Schmitt-liipaisuporttia (IC 74LS14) käytetään varmistamaan, että vain suorakulmainen aalto syötetään Arduinoon. Melun suodattamiseksi olemme lisänneet pari kondensaattoria virran yli.

Tämä piiri voi mitata tarkasti kapasitanssit alueella 10nF - 10uF.

555 ajastin-IC-pohjainen neliöaaltogeneraattori:

Ensinnäkin puhumme 555 Timer IC -pohjaisesta neliöaaltogeneraattorista tai pitäisikö minun sanoa 555 Astable Multivibrator. Tiedämme, että kondensaattorin kapasitanssia ei voida mitata suoraan digitaalisessa piirissä, toisin sanoen UNO käsittelee digitaalisia signaaleja eikä se voi mitata kapasitanssia suoraan. Joten käytämme 555-neliöaaltogeneraattoripiiriä kondensaattorin linkittämiseen digitaaliseen maailmaan.

Yksinkertaisesti sanottuna ajastin tarjoaa neliöaaltolähdön, jonka taajuus viittaa suoraan siihen kytkettyyn kapasitanssiin. Joten ensin saamme neliöaaltosignaalin, jonka taajuus edustaa tuntemattoman kondensaattorin kapasitanssia, ja syötämme tämän signaalin UNO: lle saadaksesi sopivan arvon.

Yleiskokoonpano 555 Astable-tilassa alla olevan kuvan mukaisesti:

Lähtösignaalin taajuus riippuu RA-, RB-vastuksista ja kondensaattorista C. Yhtälö annetaan seuraavasti:

Taajuus (F) = 1 / (ajanjakso) = 1,44 / ((RA + RB * 2) * C).

Tässä RA ja RB ovat vastusarvoja ja C on kapasitanssiarvo. Laittamalla vastus- ja kapasitanssiarvot yllä olevaan yhtälöön saadaan lähtöaukon taajuus.

Yhdistämme 1KΩ RA: ksi ja 10KΩ RB: ksi. Joten kaavasta tulee, Taajuus (F) = 1 / (ajanjakso) = 1,44 / (21000 * C).

Järjestämällä uudelleen ehtomme, Kapasitanssi C = 1,44 / (21000 * F)

Ohjelmakoodissamme (katso alla) kapasitanssiarvon saamiseksi tarkalleen olemme laskeneet tuloksen nF kertomalla saadut tulokset (faradeissa) luvulla "1000000000". Lisäksi olemme käyttäneet '20800' 21000: n sijasta, koska RA: n ja RB: n tarkat resistanssit ovat 0,98K ja 9,88K.

Joten jos tiedämme neliöaallon taajuuden, voimme saada kapasitanssiarvon.

Schmitt-liipaisuportti:

Ajastinpiirin tuottamat signaalit eivät ole täysin turvallisia antaa suoraan Arduino Unolle. UNO: n herkkyys mielessä käytämme Schmitt-liipaisuporttia. Schmitt-liipaisuportti on digitaalinen logiikkaportti.

Tämä portti tarjoaa ulostulon INPUT-jännitetason perusteella. Schmitt-liipaisimella on THERSHOLD-jännitetaso, kun portille syötetyn INPUT-signaalin jännitetaso on suurempi kuin logiikkaportin THRESHOLD, OUTPUT menee HIGH. Jos INPUT-jännitesignaalin taso on alhaisempi kuin THRESHOLD, portin LÄHTÖ on matala. Tämän vuoksi emme yleensä saa Schmitt-liipaisinta erikseen, meillä on aina EI-portti Schmitt-liipaisinta seuraten. Schmitt-liipaisimen toiminta selitetään tässä: Schmitt-liipaisimen portti

Aiomme käyttää 74HC14-sirua, tässä sirussa on 6 Schmitt Trigger -porttia. Nämä kuusi porttia on kytketty sisäisesti alla olevan kuvan mukaisesti.

Totuus Taulukko Käännetty Schmitt Trigger portti on esittävät alla kuvassa, tämän olemme ohjelmoida UNO kääntelemällä positiivisen ja negatiivisen ajanjaksojen navoissaan.

Yhdistämme ajastinpiirin tuottaman signaalin ST-porttiin, meillä on ulostulossa suorakaiteen muotoinen käänteisten ajanjaksojen aalto, joka on turvallinen antaa UNO: lle.

Arduino mittaa kapasitanssin:

Unolla on erityinen toimintapulssiIn , jonka avulla voimme määrittää tietyn suorakaiteen muotoisen aallon positiivisen tilan tai negatiivisen tilan keston:

Htime = pulssi (8, HIGH); Ltime = pulssi (8, matala);

PulseIn toiminto mittaa aikaa, jonka korkea tai matala taso on läsnä Pin8 Uno. PulseIn toiminto toimenpiteet tämän korkean aika (Htime) ja matala Aika (Ltime) mikro sekuntia. Kun lisäämme Htime ja Ltime yhteen, meillä on syklin kesto, ja kääntämällä sen saamme taajuuden.

Kun meillä on taajuus, voimme saada kapasitanssin käyttämällä aiemmin keskustelemaamme kaavaa.

Yhteenveto ja testaus:

Joten yhteenvetona, yhdistämme tuntemattoman kondensaattorin 555-ajastinpiiriin, joka tuottaa neliöaaltolähdön, jonka taajuus liittyy suoraan kondensaattorin kapasitanssiin. Tämä signaali annetaan UNO: lle ST-portin kautta. UNO mittaa taajuuden. Kun taajuus tunnetaan, ohjelmoimme UNO: n laskemaan kapasitanssi käyttämällä aiemmin käsiteltyä kaavaa.

Katsotaanpa joitain tuloksia, Kun liitin 1uF-elektrolyyttikondensaattorin, tulos on 1091,84 nF ~ 1uF. Ja tulos 0,1 uF polyesterikondensaattorilla on 107,70 nF ~ 0,1 uF

Sitten liitin 0,1 uF keraamisen kondensaattorin ja tulos on 100,25 nF ~ 0,1 uF. Myös 4.7uF elektrolyyttikondensaattorin tulos on 4842.83 nF ~ 4.8uF

Joten näin voimme yksinkertaisesti mitata minkä tahansa kondensaattorin kapasitanssin.