Амперметр цифровой переменного тока


Лучшие новости сайта

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Не буду скрывать, появлением на свет данного устройства, в основном, стали ваши довольно теплые отзывы о здесь и на радиокоте. Как минимум несколько человек напрямую интересовались “не хочу ли я?” из выкинуть лишний светодиод и еще чего-нибудь “ненужное” а вместо этого на освободившиеся ноги повесить второй индикатор и светить одновременно и амперы и вольты. Я долго упирался, но поразмыслив и взвесив все “за” и “против” было решено взяться за разработку нового устройства. При разработке были приняты во внимание следующие тезисы.
1. Переделывать что-то старое всегда не так интересно, как создавать что-то новое. Да и довольно громоздкие и специфические функции зарядного устройства вряд ли нужны для повседневного пользования.
2. Моя идея и реализация двух диапазонов в вольтметре конечно большинству из вас понравилась, но входная часть на ОУ была бы хороша в универсальном вольтметре. В лабораторном блоке питания в который в 95% случаев вы будете встраивать это устройство высокое входное сопротивление и даром не надо. Поэтому на входе только делители + защитные стабилитроны. Настраивать стало еще легче.
3. Измерение тока при помощи прецизионного ОУ и двухполярного источника питания – это конечно очень хорошо, но довольно громоздко схемотехнически. Тут мы будем мерять ток при помощи однополярного ОУ с rail-2-rail входом. Хотя конечно придется побороться с возникшими по этому поводу граблями. Но об этом позже.
4. Раз уж устройство будет претендовать на звание “народного”, то и микроконтроллер в нем должен быть “народный” – ATMega8 в DIP корпусе.
5. На сдачу, точнее на три оставшиеся бесхозные ноги добавлена схема для работы с триггерной защиты по току. О ней тоже позже.
6. Ну и наконец – “фишка”. В любой “народной” вещи должна быть “фишка”! В данном случае это будет автоопределение типов впаянных индикаторов. Ставить можно с общим катодом, можно с общим анодом, можно один такой, второй другой – все будет работать с одной прошивкой. Также все будет работать и с трехсимвольными индикаторами с общим анодом (без автоопределения), исчезнет только буква A или U для амперов и вольт соответственно.

Работа устройства. Сразу отмечу, что, если не поставить все детали связанные с 24 и 25 ногой контроллера, а кнопку сделать скрытой или сделать контакты для замыкания отверткой (без нее нельзя, она будет нужна один раз для калибровки) – то получится просто вольт-амперметр не обремененный никакими функциями. Но если собирать все в полном объеме то работа будет требовать пояснений. Работу токовой защиты можно разбить на четыре режима.
1. Порог срабатывания защиты не выставлен.
2. Установка порога защиты.
3. Порог защиты выставлен и запомнен, защита не срабатывала.
4. Защита сработала.
Во всех четырех режимах на верхний индикатор выводятся значение вольт в формате 0.00в – 9.99в в диапазоне 0-10в, и 10.0 – 99.9в, в режимах 1,3,4 на нижнем индикаторе выводится измеряемый ток. Вы спросите зачем это нужно в четвертом режиме? Все просто с индикатора “защита” снимается управляющее напряжение для отключения выхода блока питания. Механизм может быть любой. Единственное что вы должны знать – 0в на 24-ножке – защита не сработала, 5в – сработала. Еще имеет смысл помнить, что защита не очень высокоскоростная – в 99% случаев скорости ее срабатывания конечно же хватит, но есть и другие варианты… Что-то я отвлекся… О четвертом режиме: защита как таковая может и не использоваться, а просто можно пользоваться индикатором как триггером для того чтобы знать что было превышение потребления тока устройством которое запитано от БП. Именно потому в 4-м режиме продолжается измерение и тока и напряжения. Логика работы кнопки такова: из первого режима коротким нажатием запустится второй, далее выбираем переменным резистором значение тока срабатывания защиты от 0.00 до 9.99A, индикатор ампер при этом моргает. Еще одно короткое нажатие переведет нас в третий режим. При этом будет моргать точка возле буквы “А” сигнализируя о том, что в памяти есть значение порога срабатывания. Короткое нажатие на кнопку из режима 3 переведет нас снова в режим 2. Если сработала защита мы попадаем в режим 4. Сброс защиты, т.е. переход в режим 3 производится коротким нажатием на кнопку. Длинное удержание кнопки (более 1.5с) в режимах три и четыре переведет нас в режим 1, т.е. сотрет данные порога срабатывания. И только из режима 2 длинное нажатие запустит процесс автокалибровки, но о нем по-прежнему позже. Также стоить сказать о том, что при пропадании питания устройство “забывает” о запомненном значении порога срабатывания защиты.

О конструкции и настройке. Конструктивно все расположено на одной плате. Разъемы для подключения расположены в один ряд и имеют достаточно крупные контакты. Устройство требует отдельное питание в пределах 7…15в. Толщина и длина проводов критична для подключения земляного провода и провода “- Rn” – эти два провода должны быть максимально толстыми и короткими. Провод “-Rn” подключается непосредственно к минусовой выходной клемме. Сопротивление шунта как таковое измерить удастся не всем – китайский мультиметр такое померять не в состоянии, поэтому настройка канала амперметра сводится к настройке коэффициента усиления ОУ IC4. Сопротивление шунта для номиналов на схеме должно составить 3.62 м(илли)ом. Реально – будете подбирать резистор R25. В качестве шунта я использовал половинку витка от спирали нагревателя какого-то камина толщиной около 1мм и диаметром 5мм. На плате мест под такие “перемычки” предусмотрено два. Теперь собственно о “граблях”… Так как решено было отказаться от двухполярного питания в пользу относительно недорогого rail-2-rail ОУ – возникла проблема с нулем на выходе. Коэффициент усиления довольно велик, а усиливаются в том числе собственные шумы,  а такие ОУ к малошумящим и прецизионным отнести сложно – на выходе образовался некоторый потенциал, аппаратными методами скомпенсировать который довольно проблематично. У меня получилось 0.15A (mcp6022, Кус=100) при абсолютном нуле на входе 🙁 Ну а теперь давайте вспомним как устроен АЦП. 0.15А, точнее цифра 0.15 по отношению к 9.99 – это 15 отсчетов АЦП. АЦП у нас 10-битный, т.е. 2 в 10-й степени = 1024 отсчета. Так получается что такой цифрой как 15 мы вполне можем пожертвовать абсолютно безболезненно для диапазона измерения, а если даже предположить что цифра будет больше 24 “свободных” отсчетов, то это будет означать что “отгрызется” немножко из измеряемого диапазона сверху, т.е. верхний предел будет не 9.99A, а скажем 9,87. Все не так и плохо. В общем именно это мы и делаем при калибровке. Запоминаем значение АЦП при фактическом токе 0A – никакая нагрузка не подключена, а потом это значение, в дальнейшем вычитаем из измеренного значения, заменяя при этом случайно образовавшийся переход через 0 (это может быть в пределах погрешности измерения) обычным 0.00. Я уже полез в дебри алгоритма работы программы…

Опишу лучше практический алгоритм настройки канала измерения тока. Запускаем предварительную калибровку (длинное нажатие кнопки из режима установки порога срабатывания). Признаком успешной калибровки – отображение 0.00А при отключенной нагрузке. Проводим это до начала каких либо подборов резисторов, затем подбираем R25 до приемлемого, но не окончательного значения показаний тока, затем повторно калибруемся и окончательно выставляем номинал R25. Больше нам калибровка никогда не понадобится, единственное пожелание – эту процедуру выполнять уже по месту установки в конечное изделие. С вольтметром все гораздо проще – подбираем соотношение резисторов в делителе R24 R23 для диапазоны 10…100в и R22 R21 для диапазона 0…10в. Номиналы указаны для идеального стечения обстоятельств, когда образцовое напряжение на AREF будет равно 2.56в. На практике все равно придется подбирать…. Длина и толщина провода “+Rn” не особо критична, но его стоит подключать непосредственно на выходную клемму БП. Еще  стоит проконтролировать напряжение на AREF и верхнем по схеме выводе резистора R13 – в обоих точках должно быть около 2.5в. Вот в целом и вся настройка. Единственное на чем бы еще остановился – так это на кажущихся ненужными резисторах R29 R30 – они нужны для правильной работы автоопределения типов индикаторов. Также резистор R13 можно заменить на любой другой (в разумных пределах) номинал, не забывая что R15 = R13.

Прошивка EEPROM в перечне файлов нужна для того чтобы записать 0 по адресу будущей константы смещения нуля. Это нужно для того, кто хочет оценить масштаб трагедии со смещенным нулем с точностью до одного отсчета. Я же рекомендую просто при первом же запуске провести калибровку. Вот в общем и все не считая фузов:

Файлы:


Модификации исходной прошивки:
1. , в которой реализовано запоминание порога срабатывания тока защиты после выключения питания, а также автоматическая инициализация EEPROM при начальной прошивке МК.
2. в которой отключена разделительная запятая в канале тока. При соответствующем пересчете шунта / усилителя ток будет отображаться как 0…999.
3. в которой запятая в канале измерения напряжения смещена на один символ вправо. Т.е. диапазоны выглядят как: 00.0…99.9 и 100…999. Пересчет входных делителей обязателен.
4. в которой запятая в канале тока находится на индикаторе 2 . При соответствующем пересчете шунта / усилителя ток будет отображаться как 00.0…99.9.


Источник: http://radio.aliot.com.ua/?p=499



Амперметр цифровой переменного тока фото



Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Амперметр цифровой переменного тока

Похожие посты: