W artykule przedstawiono projekt cyfrowego amperomierza-woltomierza przeznaczonego do współpracy z uniwersalną tablicą sterującą zasilaczy laboratoryjnych. Jego cechą jest brak własnego czujnika prądu. Pomiar prądu wykorzystuje czujnik prądu na płycie sterującej. Rozważana konstrukcja idealnie nadaje się do konwersji zasilaczy komputerowych na laboratoryjne zasilacze prądu stałego.
Ogromnym zainteresowaniem okazała się konwersja zasilaczy komputerowych na laboratoryjne. W poszukiwaniu wariantów układu sterowania i zabezpieczeń odkryto „Uniwersalną Tablicę Kontrolną Zasilaczy Laboratoryjnych” (Rocznik Radia 2011, nr 5, s. 53). Układ płytki sterującej okazał się bardzo prosty i skuteczny, spełniając wszystkie wymagania dotyczące sterowania i ochrony laboratoryjnego zasilacza prądu stałego dużej mocy.
Wskazywanie napięcia i prądu wyjściowego opisane w powyższym artykule wydawało się bardzo kłopotliwe i kosztowne, ponadto uważamy za zbędne jednoczesne wskazywanie napięcia i prądu w źródle tej klasy. W tym samym czasie dużą popularność zyskały woltomierze montowane na tanim mikrokontrolerze PIC16F676 z trzycyfrowym wskaźnikiem LED. Korzystanie z gotowego takiego woltomierza okazało się niezbyt wygodne ze względu na trudność w przeniesieniu go do trybu amperomierza. Dlatego zdecydowaliśmy się na opracowanie własnego przełączalnego obwodu woltomierza z czytelnym wskazaniem trybu pomiaru, wykorzystując dodatkowo czujnik prądu z płytki sterującej.
Główne cechy techniczne amperomierza:
- napięcie zasilania - 7 ... 35 V prądu stałego;
- zakres pomiaru napięcia - 0...50,0 V;
- zakres pomiaru prądu - 0,02...9,99 A;
- krok pomiaru napięcia - 0,1 V;
- krok pomiaru prądu - 0,01 A;
- przełączanie trybu pomiaru - dwubiegunowym przyciskiem przełączającym z mocowaniem;
- wskazanie trybu pomiaru – siedmiosegmentowy wskaźnik w postaci liter „A” lub „U”.
Opis schematu płytki sterującej
Na początek rozważ schemat „uniwersalnej tablicy kontrolnej zasilacza”, pokazany na rysunku:
Zmontowany jest na jednym chipie poczwórnego wzmacniacza operacyjnego DA1 iw tym przypadku jest przeznaczony do sterowania kontrolerem PWM, takim jak TL494 zasilacza komputerowego. Schematy przeróbki zasilaczy komputerowych za pomocą kontrolera PWM tego typu były już wielokrotnie opisywane, więc nie będziemy się nad tym rozwodzić. Układ zawiera wzmacniacze pomiarowe prądu na elementach DA1.1, DA1.4 oraz napięcia na elementach DA1.2, DA1.3, z których wyjścia podawany jest sygnał sterujący do sterownika PWM zasilacza. Rezystory zmienne R13, R14 zmieniają napięcie odniesienia wzmacniaczy wyjściowych odpowiednio kanałów pomiaru napięcia i prądu. Jeśli prąd w obciążeniu nie przekroczy wartości ustawionej przez regulator R14, wówczas jednostka sterująca będzie działać w trybie stabilizacji napięcia ustawionym przez regulator R13. W takim przypadku zaświeci się wskaźnik HL3. Jeśli prąd w obciążeniu osiągnie wartość ustawioną przez regulator R14, to jeśli przełącznik SA1 jest rozwarty, centrala przejdzie w tryb ograniczenia prądu wyjściowego. W takim przypadku zaświeci się wskaźnik HL2. Jeśli przełącznik SA1 jest zamknięty, to po osiągnięciu ustawionego prądu w obciążeniu napięcie wyjściowe spadnie do zera i zaświeci się wskaźnik HL1. Aby wyjść z trybu odcięcia prądu wystarczy rozewrzeć przełącznik SA1.
Więcej o działaniu i regulacji obwodu sterującego można przeczytać w oryginalnym artykule: „Wbudowana uniwersalna płytka sterująca do zasilaczy laboratoryjnych”
Opis obwodu woltomierza amperomierza
Schemat obwodu amperwoltomierza pokazano na poniższym rysunku:
Podstawą amperomierza jest mikrokontroler DD1, który realizuje funkcję konwersji analogowo-cyfrowej sygnału wejściowego odbieranego na wejściu RA0 (obwód IN), a wynik pomiaru wyprowadza na trzycyfrowy siedmiosegmentowy wskaźnik LED ze wspólną katodą HG1. Przełączanie kanału pomiarowego odbywa się przyciskiem SA1. Drugi biegun przycisku SA1 służy do podania sygnału do mikrokontrolera (łańcucha SW), który wykorzystywany jest podczas przetwarzania wyniku pomiaru.
Wyświetlacz jest dynamiczny z częstotliwością odświeżania 100 Hz. Dzięki temu, że katody wskaźnika są podłączone bezpośrednio do wyjść mikrokontrolera, w celu zmniejszenia obciążenia każde wyładowanie jest zapalane w 2 krokach po 4 segmenty. Aby wykluczyć częste miganie cyfry niższego rzędu wskazania, częstotliwość odświeżania wskazań wskaźnika jest sztucznie zmniejszana i odbywa się 3 razy na sekundę. W przypadku przekroczenia możliwości wyświetlania mierzonych wartości na wskaźniku pojawią się trzy kreski.
Do wskazania wybranego trybu pomiaru służy jednocyfrowy siedmiosegmentowy wskaźnik ze wspólną katodą HG2 o mniejszym symbolu niż w HG1. Segmenty „b”, „c”, „e” i „f” wskaźnika HG2 świecą światłem ciągłym. W trybie pomiaru napięcia przełącznik SA1 dostarcza dodatnią moc do obwodu SW, który poprzez rezystor R11 zapala segment „d”, tworząc symbol „U” na wskaźniku. Jednocześnie wysoki poziom oparty na tranzystorze VT1 utrzymuje go w stanie zamkniętym. Po przejściu do trybu pomiaru prądu wspólny przewód jest dostarczany do obwodu SW. Tranzystor VT1 otwiera się, dostarczając energię do segmentów „a” i „g”, a na wskaźniku pojawia się symbol „A”.
Zasilanie obwodu amperomierza pobierane jest z zasilacza sterownika PWM zasilacza komputera i jest stabilizowane za pomocą zintegrowanego regulowanego stabilizatora DA1. Dzielnik R3, R4 na wyjściu stabilizatora ustawia napięcie około 3 V. Takie napięcie zasilania układu jest dobrane tak, aby zapewnić możliwość wykorzystania pełnego zakresu ADC mikrokontrolera w trybie pomiaru prądu ze względu na niski poziom sygnału wejściowego.
Konstrukcja i detale
Elementy obwodu sterującego i amperomierza zmontowane są na płytkach drukowanych wykonanych z jednostronnej folii z włókna szklanego o wymiarach odpowiednio 40x50 mm i 58x37 mm. Rysunki i układy PCB pokazano na poniższym rysunku. Rysunki pokazane są od strony montażowej elementów.
Płytka obwodu sterującego jest okablowana w taki sposób, aby była zamocowana na zaciskach rezystorów zmiennych R13, R14. Aby ułatwić regulację, w projekcie zastosowano wyjściowe komponenty radiowe.
Aby zapewnić zwartość w konstrukcji woltomierza, zastosowano głównie elementy do montażu powierzchniowego: rezystory o współczynniku kształtu 1206 i kondensatory 0805. Należy zauważyć, że mikroukład mikrokontrolera jest zainstalowany w pakiecie DIP. Jest montowany natynkowo z boku przewodników, z końcówkami wyprowadzeń wygiętymi na zewnątrz. Przełącznik SA1 to przycisk typu PS-850L stosowany w starszych komputerach jako przełącznik „turbo”.
Wskaźniki HG1 (o rozmiarze symbolu 0,56 cala) i HG2 (0,39 cala) można stosować z dowolnymi podobnymi ze wspólną katodą, najlepiej z czerwoną poświatą, ponieważ „zielone” świecą raczej słabo.
Montaż i regulacja
Możesz przeczytać o korzystaniu ze schematu sterowania i sposobie jego konfiguracji w oryginalnym artykule. Obwód woltomierza amperomierza nie wymaga regulacji. Konieczne jest jedynie wybranie wartości rezystorów R1 i R2 w dzielnikach wejściowych odpowiednio kanałów pomiaru prądu i napięcia. Najlepiej zrobić to eksperymentalnie, używając multimetru cyfrowego jako referencyjnego amperomierza-woltomierza.
Należy zauważyć, że amperomierz nie będzie działał dobrze, jeśli sygnał na wyjściu zasilacza będzie bardzo „zaszumiony”. Dlatego należy ostrożnie podejść do doboru kondensatorów C1, C2 obwodu sterującego. Zmontowaliśmy już ponad sześć zasilaczy z takim schematem sterowania, aw niektórych zasilaczach wartości kondensatorów C1, C2 musiały zostać znacznie zwiększone w stosunku do wskazanych w obwodzie.
Wniosek
Doświadczenie w obsłudze zasilaczy z powyższym schematem sterowania wykazało niespójność jego wykorzystania do przeróbek komputer zasilacze w laboratorium ze względu na znaczny poziom tętnień napięcia wyjściowego - zasilacz naprawdę "śpiewa"! Jest teraz używany do tworzenia zasilaczy laboratoryjnych
Zeszłego lata na prośbę znajomego opracowałem obwód dla woltomierza cyfrowego i amperomierza. Zgodnie z życzeniem, to urządzenie pomiarowe powinno być ekonomiczne. Dlatego jako wskaźniki wyjścia informacyjnego wybrano jednowierszowy wyświetlacz ciekłokrystaliczny. Ogólnie rzecz biorąc, ten amperomierz był przeznaczony do kontrolowania rozładowania akumulatora samochodowego. I rozładowywał się akumulator w silniku małej pompy wodnej. Pompa przepompowała wodę przez filtr i ponownie skierowała ją po kamykach do małego stawu na wsi.
Ogólnie nie zagłębiałem się w szczegóły tego dziwactwa. Nie tak dawno ten woltomierz znowu wpadł mi w ręce aby dokończyć program. Wszystko działa zgodnie z oczekiwaniami, ale jest jeszcze jedna prośba o zainstalowanie diody LED wskazującej pracę mikrokontrolera. Faktem jest, że pewnego dnia w wyniku usterki płytki drukowanej nastąpiła utrata zasilania mikrokontrolera, który w naturalny sposób przestał działać, a ponieważ LCD ma własny kontroler, dane wczytane do niego wcześniej, napięcie na akumulatora i prądu pobieranego przez pompę, pozostały na ekranie wskaźnika. Wcześniej nie myślałem o tak przykrym incydencie, teraz trzeba będzie uwzględnić tę kwestię w programie urządzeń i ich schematach. A potem będziesz podziwiać piękne liczby na ekranie wyświetlacza, ale w rzeczywistości wszystko spłonęło przez długi czas. Ogólnie akumulator był całkowicie rozładowany, co jak mówił, bardzo źle wtedy działało na kolegę.
Schemat urządzenia ze wskaźnikiem LED pokazano na rysunku.
Podstawą układu jest mikrokontroler PIC16F676 oraz wskaźnik LCD. Ponieważ wszystko to działa wyłącznie w ciepłym sezonie, wskaźnik i kontroler można kupić najtaniej. Wybrano również odpowiedni wzmacniacz operacyjny - LM358N, tani i posiadający zakres temperatur pracy od 0 do +70.
Do konwersji wartości analogowych (cyfryzacji) napięcia i prądu wybrano stabilizowane napięcie zasilania mikrokontrolera +5V. A to oznacza, że przy dziesięciobitowej cyfryzacji sygnału analogowego każda cyfra będzie odpowiadać - 5V = 5000 mV = 5000/1024 = 4,8828125 mV. Ta wartość w programie jest mnożona przez 2 i otrzymujemy - 9,765625mV na jeden bit kodu binarnego. A do poprawnego wyświetlania informacji na ekranie LCD potrzebujemy jednej cyfry równej 10 mV lub 0,01 V. Dlatego w obwodzie przewidziano układy skalujące. W przypadku napięcia jest to regulowany dzielnik składający się z rezystorów R5 i R7. Aby skorygować bieżące odczyty, stosuje się wzmacniacz skalujący, zmontowany na jednym ze wzmacniaczy operacyjnych układu DA1 - DA1.2. Regulacja wzmocnienia tego wzmacniacza odbywa się za pomocą rezystora R3 o wartości 33k. Lepiej jest, jeśli oba trymery są wieloobrotowe. Dlatego przy stosowaniu napięcia dokładnie +5 V do digitalizacji zabronione jest bezpośrednie podłączanie sygnałów do wejść mikrokontrolera. Pozostały wzmacniacz operacyjny, podłączony między R5 i R7 a wejściem RA1, układ DD1, to repeater. Służy do zmniejszenia wpływu na cyfryzację szumów i szumów impulsowych, ze względu na stuprocentowe, ujemne, niezależne od częstotliwości sprzężenie zwrotne. Aby zredukować szumy i zakłócenia podczas konwersji wartości prądu, zastosowano filtr w kształcie litery U, składający się z C1, C2 i R4. W większości przypadków C2 można pominąć.
Jako czujnik prądu stosuje się rezystor R2, bocznik fabryczny na 20 A - 75SHSU3-20-0,5. Przy przepływie prądu przez bocznik o natężeniu 20 A spadnie na nim napięcie 0,075 V (zgodnie z paszportem dla bocznika). Oznacza to, że aby sterownik miał dwa wolty, wzmocnienie wzmacniacza powinno wynosić około 2 V / 0,075 = 26. W przybliżeniu - to dlatego, że mamy rozdzielczość digitalizacji nie 0,01 V, ale 0,09765625 V. może zastosować domowe boczniki, dostosowując wzmocnienie wzmacniacza DA1.2. Wzmocnienie tego wzmacniacza jest równe stosunkowi wartości rezystorów R1 i R3, Kus = R3/R1.
I tak, na podstawie powyższego, woltomierz ma górną granicę - 50 woltów, a amperomierz - 20 amperów, chociaż przy boczniku o wartości znamionowej 50 amperów zmierzy 50 A. Tak, aby można go było z powodzeniem instalować w innych urządzeniach.
Teraz o udoskonaleniu, które obejmuje dodanie wskaźnika LED. Wprowadzono drobne zmiany w programie i teraz, gdy sterownik pracuje, dioda miga z częstotliwością około 2 Hz. Czas świecenia diody LED wynosi 25 ms, dla oszczędności. Byłoby możliwe wyświetlenie migającego kursora na wyświetlaczu, ale powiedzieli, że z diodą LED jest to bardziej wizualne i efektywne. Wygląda na to, że to jest to. Powodzenia. K.V.Yu.
.
Jeden z wariantów gotowego urządzenia, zrealizowany przez Aleksieja. Niestety nie znam nazwiska. Dziękuję za pracę i zdjęcia.
Dzisiaj powiem Ci jak zrobić uniwersalne proste urządzenie pomiarowe z możliwością pomiaru napięcia, prądu, poboru mocy i amperogodzin na tanim mikrokontrolerze PIC16F676 według następującego schematu.
Schemat ideowy woltamperomierza
Okazało się, że płytka drukowana na częściach DIP ma wymiary 45 x 50 mm. Również w archiwum znajduje się płytka drukowana do części SMD.
Dla mikrokontrolera PIC16F676 są dwa firmware: w pierwszym - możliwość pomiaru napięcia, prądu i mocy - vapDC.hex, a w drugim - to samo co w pierwszym tylko dodano możliwość pomiaru amperów/godzin (nie zawsze potrzebne) - vapcDC.hex.
Rezystor oznaczony kolorem szarym na płytce drukowanej podłącza się w zależności od wskaźnika: jeśli używamy wskaźnika ze wspólną katodą, to rezystor (1K) wychodzący z 11. nóżki MK jest podłączony do +5, a jeśli wskaźnik jest ze wspólną anodą, następnie podłączamy rezystor do wspólnego przewodu.
W moim przypadku wskaźnik i wspólna katoda, rezystor znajduje się pod płytką, od 11 nóżki MK do +5.
Krótkie naciśnięcie przycisku " W" aktywuje wskazanie trybu pracy: napięcie "-U-", prąd "-I-", moc "-P-", licznik amperów / godzin "-C-". Niektóre przypadki wzmacniacza operacyjnego LM358 mają dodatnie przesunięcie na wyjściu, można je skompensować cyfrową korekcją miernika. W tym celu należy przejść do bieżącego trybu pomiaru „-I-”. Przytrzymaj „przycisk” przez 7-8 sekund H" aż na wskaźniku pojawi się napis "-S.-". Następnie użyj przycisków " W" I " H»popraw przesunięcie «0». Jeśli przyciski są wciśnięte, wskaźnik pokazuje bezpośrednio stałą, jeśli są wciśnięte - skorygowane bieżące odczyty. Wyjdź z trybu - jednoczesne naciśnięcie klawiszy " W" I " H Rezultatem jest wskazanie „-3-”, czyli zapis do pamięci nieulotnej. Licznik amperów/godzin resetuje się przytrzymując przycisk „ H„3-4 sek.
W moim przypadku umieściłem tylko przycisk „ W", aby przełączyć tryb pracy. Przycisk " H„Nie ustawiam, ponieważ korekta prądu nie jest wymagana, jeśli wzmacniacz operacyjny LM358 nowy, to praktycznie nie ma offsetu, a jeśli ma, to jest znikomy. Wskaźnik segmentowy umieściłem na osobnej płytce, którą bez problemu można przymocować do obudowy urządzenia np. wbudowanej w przerobiony zasilacz ATX.
Podłączamy zasilanie do zmontowanego urządzenia, przykładamy zmierzone napięcie i prąd, dostosowując odczyty woltomierza i amperomierza za pomocą rezystorów trymerowych zgodnie z odczytami multimetru.
W rezultacie cały projekt woltamperomierza kosztował 150 rubli, bez folii z włókna szklanego. Ponomarev Artem był z tobą ( prześladowca68), do zobaczenia wkrótce na łamach serwisu obwody radiowe !
Omów artykuł WOLTOMIERZ
Prosty woltomierz prądu przemiennego o częstotliwości 50 Hz został zaprojektowany jako wbudowany moduł, który może być używany zarówno osobno, jak i wbudowany w gotowe urządzenie.
Woltomierz jest zmontowany na mikrokontrolerze PIC16F676 i 3-cyfrowym wskaźniku i nie zawiera zbyt wielu szczegółów.
Główne cechy woltomierza:
Postać mierzonego napięcia jest sinusoidalna
Maksymalna wartość mierzonego napięcia wynosi 250 V;
Częstotliwość mierzonego napięcia - 40 ... 60 Hz;
Dyskretne wyświetlanie wyniku pomiaru - 1 V;
Napięcie zasilania woltomierza - 7 ... 15 V.
Średni pobór prądu - 20 mA
Dwie opcje projektowe: z zasilaczem na pokładzie i bez niego
Płytka drukowana jednostronna
Kompaktowa konstrukcja
Wyświetlanie mierzonych wartości na 3-cyfrowym wyświetlaczu LED
Schemat ideowy woltomierza do pomiaru napięcia AC
Zaimplementowano bezpośredni pomiar napięcia przemiennego z późniejszym obliczeniem jego wartości i wyprowadzeniem na wskaźnik. Zmierzone napięcie podawane jest na dzielnik wejściowy wykonany na R3, R4, R5 i poprzez kondensator separujący C4 jest podawane na wejście ADC mikrokontrolera.
Rezystory R6 i R7 wytwarzają napięcie 2,5 wolta (połowa mocy) na wejściu przetwornika ADC. Stosunkowo mały kondensator C5 bocznikuje wejście ADC i pomaga zredukować błąd pomiaru. Mikrokontroler organizuje działanie wskaźnika w trybie dynamicznym za pomocą przerwań z timera.
--
Dziękuję za uwagę!
Igor Kotov, redaktor naczelny magazynu Datagor
▼ 🕗 07.01.14 ⚖️ 19.18 Kb ⇣ 238 Witaj czytelniku! Nazywam się Igor, mam 45 lat, jestem Syberyjczykiem i zapalonym inżynierem elektronikiem-amatorem. Wymyśliłem, stworzyłem i utrzymuję tę wspaniałą stronę od 2006 roku.
Od ponad 10 lat nasz magazyn istnieje tylko moim kosztem.
Dobry! Gratis się skończył. Jeśli chcesz pliki i przydatne artykuły - pomóż mi!
Woltomierz na PIC16F676
Ten projekt to amperomierz prądu stałego (lub woltamperomierz, jeśli wolisz). Zasięg - do 99,9 V i 9,9 A (lub 99,9 A, w zależności od oprogramowania).
Jego osobliwość polega na tym, że jest zbudowany na wspólnym mikrokontrolerze PIC16F676, jednak mimo to ma możliwość jednoczesnego wyświetlania mierzonego napięcia i prądu na czteroznakowych (lub trzyznakowych) siedmiosegmentowych wskaźnikach, oba z ze wspólną anodą i ze wspólną katodą (ustawić jeden rezystor). Podczas korzystania z wyświetlacza czteroznakowego ostatni segment wyświetla znak „U” dla napięcia i „A” dla prądu. Amperwoltomierz może pracować z jednym wskaźnikiem, natomiast za pomocą przycisku „B” można wybrać, co będzie na nim wyświetlane – napięcie lub prąd. W przypadku ustawienia obu wskaźników przycisk ten może służyć do zamiany ich przypisań. Przycisk „H” służy do korygowania odczytów amperomierza i wyrównania liniowości tych odczytów, jeśli to konieczne.
do lutego 2014: Rozwój można teraz znaleźć pod adresem:
Schemat woltamperomierza pokazano poniżej. Jak już wspomniano, jest zbudowany na wspólnym mikrokontrolerze PIC16F676, na którym montowane są w szczególności proste woltomierze i amperomierze.
Kliknij na diagram, aby powiększyć
Ze względu na ograniczoną liczbę pinów dla tego MK zastosowano rejestr 74HC595. Ten mikroukład nie ma analogów z tym samym pinoutem, ale nie jest rzadki i jest często używany w takich obwodach do łączenia wskaźników z MK. Aby zabezpieczyć wyjścia MK przed przeciążeniem i zwiększyć jasność wskaźników, stosuje się przełączniki na tranzystorach. W przypadku stosowania wskaźników ze wspólną katodą należy zastosować tranzystory o innej konstrukcji, łącząc ich kolektory nie z + 5V, ale z masą, natomiast rezystor na pinie 11 mikrokontrolera należy przestawić w inną pozycję. Może być konieczne dopasowanie rezystorów na wyjściu rejestru iw podstawach tranzystorów, aby dopasować wskaźniki i tranzystory.
Jak wspomniano wcześniej, przycisk „B” umożliwia zamianę przypisania wskaźników w przypadku, gdy są dwa z nich. Jeśli jest tylko jeden wskaźnik, ten przycisk może naprzemiennie wyświetlać napięcie i prąd. Po naciśnięciu przycisku „H” wskaźniki zaczną migać. Gdy migają, możesz użyć przycisków „B” i „H”, aby poprawić odczyty amperomierza. Po korekcie miganie ustanie, a współczynnik korekcji zostanie zapisany do pamięci nieulotnej. Tryb wyświetlania ustawiony przyciskiem „B” jest również zapisywany w pamięci nieulotnej.
Po włączeniu wskaźniki nie zaczynają świecić od razu, ale z kilkusekundowym opóźnieniem. Częstotliwość zmiany odczytów wynosi około 9 Hz.
Jedna z opcji płytki drukowanej dla czterech wskaźników ze wspólną anodą. Na rysunku okręgi są zaznaczone wokół niezbędnych poprawek: musisz usunąć zworkę idącą do ziemi i dodać jedną małą zworkę.
pliki do projektu.