Medidor Arduino CAP-ESR-FREQ: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Medidor CAP-ESR-FREQ con un Arduino Duemilanove.

En este instructivo puede encontrar toda la información necesaria sobre un instrumento de medición basado en un Arduino Duemilanove. Con este instrumento puede medir tres cosas: los valores del condensador en nanofaradios y microfaradios, la resistencia en serie equivalente (valor ESR) de un condensador y, por último, pero no menos importante, frecuencias entre 1 Herz y 3 MegaHerz. Los tres diseños se basan en descripciones que encontré en el foro de Arduino y en Hackerstore. Después de agregar algunas actualizaciones, las combiné en un solo instrumento, controlado con un solo programa Arduino ino. Los diferentes medidores se seleccionan mediante un selector de tres posiciones S2, conectado a los pines A1, A2 y A3. La puesta a cero de la ESR y el restablecimiento de la selección del medidor se realizan mediante un solo botón pulsador S3 en A4. El interruptor S1 es el interruptor de encendido / apagado, necesario para la alimentación de la batería de 9 V CC cuando el medidor no está conectado a una PC a través de USB. Estos pines se utilizan para la entrada: A0: entrada de valor esr A5: entrada de condensador D5: frecuencia aporte.

El medidor utiliza una pantalla de cristal líquido (LCD) basada en el chipset Hitachi HD44780 (o compatible), que se encuentra en la mayoría de las pantallas LCD basadas en texto. La biblioteca funciona en modo de 4 bits (es decir, utilizando 4 líneas de datos además de las líneas de control rs, enable y rw). Comencé este proyecto con una pantalla lcd con solo 2 líneas de datos (conexiones SDA y SCL I2C) pero desafortunadamente esto entró en conflicto con el otro software que usé para los medidores. Primero te explicaré los tres contadores diferentes y finalmente las instrucciones de montaje. Con cada tipo de medidor también puede descargar el archivo ino de Arduino por separado, si solo desea instalar ese tipo específico de medidor.

Paso 1: el medidor de condensador

El medidor de condensador digital se basa en un diseño de Hackerstore. Midiendo el valor de un condensador:

La capacitancia es una medida de la capacidad de un capacitor para almacenar carga eléctrica. El medidor Arduino se basa en la misma propiedad básica de los condensadores: la constante de tiempo. Esta constante de tiempo se define como el tiempo que tarda el voltaje en el condensador para alcanzar el 63,2% de su voltaje cuando está completamente cargado. Un Arduino puede medir la capacitancia porque el tiempo que tarda un capacitor en cargarse está directamente relacionado con su capacitancia por la ecuación TC = R x C. TC es la constante de tiempo del capacitor (en segundos). R es la resistencia del circuito (en ohmios). C es la capacitancia del condensador (en Faradios). La fórmula para obtener el valor de capacitancia en Faradios es C = TC / R.

En este medidor, el valor R se puede configurar para la calibración entre 15 kOhm y 25 kOhm a través del potenciómetro P1. El condensador se carga a través del pin D12 y se descarga para una siguiente medición a través del pin D7. El valor de la tensión cargada se mide a través del pin A5. El valor analógico completo en este pin es 1023, por lo que el 63,2% está representado por un valor de 647. Cuando se alcanza este valor, el programa calcula el valor del condensador basándose en la fórmula mencionada anteriormente.

Paso 2: el medidor de ESR

Consulte la definición de ESR

Consulte el tema original del foro Arduino https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0 Gracias a szmeu por el comienzo de este tema y a mikanb por su diseño esr50_AutoRange. Usé este diseño incluyendo la mayoría de los comentarios y mejoras para el diseño de mi medidor de esr.

ACTUALIZACIÓN Mayo de 2021: Mi medidor de ESR se comporta de manera extraña a veces. Pasé mucho tiempo buscando la (s) razón (es) pero no la encontré. Verificar las páginas del foro Arduino originales como se mencionó anteriormente podría ser la solución….

La resistencia en serie equivalente (ESR) es la resistencia interna que aparece en serie con la capacitancia del dispositivo. Se puede utilizar para encontrar condensadores defectuosos durante las sesiones de reparación. Ningún condensador es perfecto y la ESR proviene de la resistencia de los cables, el papel de aluminio y el electrolito. A menudo es un parámetro importante en el diseño de la fuente de alimentación donde la ESR de un capacitor de salida puede afectar la estabilidad del regulador (es decir, hacer que oscile o reaccione en exceso a los transitorios en la carga). Es una de las características no ideales de un condensador que puede causar una variedad de problemas de rendimiento en los circuitos electrónicos. Un valor de ESR alto degrada el rendimiento debido a pérdidas de energía, ruido y una caída de voltaje más alta.

Durante la prueba, se pasa una corriente conocida a través del condensador durante un tiempo muy corto para que el condensador no se cargue por completo. La corriente produce un voltaje a través del capacitor. Este voltaje será el producto de la corriente y la ESR del capacitor más un voltaje insignificante debido a la pequeña carga en el capacitor. Como se conoce la corriente, el valor de ESR se calcula dividiendo el voltaje medido por la corriente. Luego, los resultados se muestran en la pantalla del medidor. Las corrientes de prueba se generan a través de los transistores Q1 y Q2, sus valores son 5 mA (ajuste de rango alto) y 50 mA (ajuste de rango bajo) a través de R4 y R6. La descarga se realiza mediante el transistor Q3. La tensión del condensador se mide mediante la entrada analógica A0.

Paso 3: el medidor de frecuencia

Consulte los datos originales en el foro de Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php? Topic = 324796.0 # main_content_section. Gracias a arduinoaleman por su excelente diseño de medidor de frecuencia.

El contador de frecuencia funciona de la siguiente manera: El Temporizador / Contador1 de 16 bits sumará todos los relojes provenientes del pin D5. Timer / Counter2 generará una interrupción cada milisegundo (1000 veces por segundo). Si hay un desbordamiento en Timer / Counter1, overflow_counter se incrementará en uno. Después de 1000 interrupciones (= exactamente un segundo), el número de desbordamientos se multiplicará por 65536 (aquí es cuando el contador fluye). En el ciclo 1000, se agregará el valor actual del contador, lo que le dará el número total de tics del reloj que ingresaron durante el último segundo. Y esto es equivalente a la frecuencia que deseaba medir (frecuencia = relojes por segundo). La medición del procedimiento (1000) configurará los contadores y los inicializará. Después de eso, un ciclo WHILE esperará hasta que la rutina de servicio de interrupción establezca Measure_ready en TRUE. Esto es exactamente después de 1 segundo (1000 ms o 1000 interrupciones). Para los aficionados, este contador de frecuencia funciona muy bien (aparte de las frecuencias más bajas, puede obtener una precisión de 4 o 5 dígitos). Especialmente con frecuencias más altas, el contador se vuelve muy preciso. He decidido mostrar solo 4 dígitos. Sin embargo, puede ajustar eso en la sección de salida de la pantalla LCD. Debe usar el pin D5 del Arduino como entrada de frecuencia. Este es un requisito previo para utilizar el temporizador / contador 1 de 16 bits del chip ATmega. (compruebe el pin de Arduino para otras placas). Para medir señales analógicas o señales de bajo voltaje, se agrega un preamplificador con un transistor de preamplificador BC547 y un modelador de pulso de bloque (disparador Schmitt) con un IC 74HC14N.

Paso 4: Ensamblaje de componentes

Los circuitos ESR y CAP están montados en un tablero perforado con orificios de 0,1 pulgadas de distancia. El circuito FREQ está montado en una placa de perforación separada (este circuito se agregó más tarde). Para las conexiones cableadas se utilizan conectores macho. La pantalla lcd está montada en la tapa superior de la caja, junto con el interruptor de ENCENDIDO / APAGADO. (Y un interruptor de repuesto para futuras actualizaciones). El diseño se realizó en papel (mucho más fácil que usar Fritzing u otros programas de diseño). Este diseño de papel también se usó más tarde para verificar el circuito real.

Paso 5: el ensamblaje de la caja

Se utilizó una caja de plástico negra (dimensiones AnxPxAl 120x120x60 mm) para montar todos los componentes y ambas placas de circuito. El Arduino, los circuitos perfboard y el soporte de la batería están montados en una placa de montaje de madera de 6 mm para facilitar el montaje y la soldadura. De esta manera se puede ensamblar todo y al terminar se puede colocar dentro de la caja, debajo de las placas de circuito y se utilizaron los espaciadores de nailon Arduino para evitar que las placas se doblen.

Paso 6: El cableado final

Finalmente se sueldan todas las conexiones internas por cable. Cuando se completó esto, probé los transistores de conmutación esr, a través de las conexiones de prueba T1, T2 y T3 en el diagrama de cableado. Escribí un pequeño programa de prueba para cambiar las salidas conectadas D8, D9 y D10 de ALTA a BAJA cada segundo y verifiqué esto en las conexiones T1, T2 y T3 con un osciloscopio. Para conectar los condensadores bajo prueba, un par de cables de prueba cortos fueron hecho con conexiones de pinza de cocodrilo.

Para la medición de frecuencia se pueden utilizar cables de prueba más largos.

¡Feliz prueba!