Compteur Arduino CAP-ESR-FREQ : 6 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Compteur CAP-ESR-FREQ avec un Arduino Duemilanove.

Dans ce instructable, vous pouvez trouver toutes les informations nécessaires sur un instrument de mesure basé sur un Arduino Duemilanove. Avec cet instrument, vous pouvez mesurer trois choses: les valeurs des condensateurs en nanofarads et microfarads, la résistance série équivalente (valeur ESR) d'un condensateur et enfin et surtout les fréquences comprises entre 1 Herz et 3 MegaHerz. Les trois conceptions sont basées sur des descriptions que j'ai trouvées sur le forum Arduino et sur Hackerstore. Après avoir ajouté quelques mises à jour, je les ai combinées en un seul instrument, contrôlé avec un seul programme Arduino ino. Les différents compteurs sont sélectionnés via un sélecteur à trois positions S2, connecté aux broches A1, A2 et A3. La remise à zéro de l'ESR et la réinitialisation de la sélection des compteurs se font via un seul bouton-poussoir S3 sur A4. L'interrupteur S1 est l'interrupteur marche/arrêt, nécessaire pour l'alimentation par batterie 9 V CC lorsque le compteur n'est pas connecté à un PC via USB. Ces broches sont utilisées pour l'entrée: A0: entrée valeur esr. A5: entrée condensateur. D5: fréquence saisir.

Le compteur utilise un affichage à cristaux liquides (LCD) basé sur le chipset Hitachi HD44780 (ou un jeu de puces compatible), que l'on trouve sur la plupart des écrans LCD textuels. La bibliothèque fonctionne en mode 4 bits (c'est-à-dire en utilisant 4 lignes de données en plus des lignes de contrôle rs, enable et rw). J'ai commencé ce projet avec un écran LCD avec seulement 2 lignes de données (connexions SDA et SCL I2C) mais malheureusement cela était en conflit avec l'autre logiciel que j'ai utilisé pour les compteurs. Je vais d'abord vous expliquer les trois compteurs différents et enfin les instructions de montage. Avec chaque type de compteur, vous pouvez également télécharger le fichier Arduino ino séparé, si vous souhaitez installer uniquement ce type de compteur spécifique.

Étape 1: Le condensateur-mètre

Le condensateur mètre numérique est basé sur une conception de Hackerstore. Mesurer la valeur d'un condensateur:

La capacité est une mesure de la capacité d'un condensateur à stocker une charge électrique. Le compteur Arduino repose sur la même propriété de base des condensateurs: la constante de temps. Cette constante de temps est définie comme le temps qu'il faut pour que la tension aux bornes du condensateur atteigne 63,2 % de sa tension lorsqu'il est complètement chargé. Un Arduino peut mesurer la capacité car le temps qu'un condensateur met à se charger est directement lié à sa capacité par l'équation TC = R x C. TC est la constante de temps du condensateur (en secondes). R est la résistance du circuit (en Ohms). C est la capacité du condensateur (en Farads). La formule pour obtenir la valeur de capacité en Farads est C = TC/R.

Dans ce compteur, la valeur R peut être réglée pour l'étalonnage entre 15 kOhm et 25 kOhm via le potmètre P1. Le condensateur est chargé via la broche D12 et déchargé pour un prochain dosage via la broche D7. La valeur de tension chargée est mesurée via la broche A5. La valeur analogique complète sur cette broche est 1023, donc 63,2% est représenté par une valeur de 647. Lorsque cette valeur est atteinte, le programme calcule la valeur du condensateur sur la base de la formule mentionnée ci-dessus.

Étape 2: Le compteur ESR

Voir pour la définition de l'ESR

Voir le sujet original du forum Arduino https://forum.arduino.cc/index.php?topic=80357.0Merci à szmeu pour le début de ce sujet et à mikanb pour sa conception esr50_AutoRange. J'ai utilisé cette conception, y compris la plupart des commentaires et des améliorations pour la conception de mon compteur esr.

MISE À JOUR Mai 2021: Mon compteur ESR se comporte parfois de manière étrange. J'ai passé beaucoup de temps à trouver la ou les raisons mais je ne l'ai pas trouvée. Vérifier les pages originales du forum Arduino comme mentionné ci-dessus pourrait être la solution….

La résistance série équivalente (ESR) est la résistance interne qui apparaît en série avec la capacité de l'appareil. Il peut être utilisé pour trouver les condensateurs défectueux lors des séances de réparation. Aucun condensateur n'est parfait et l'ESR provient de la résistance des fils, de la feuille d'aluminium et de l'électrolyte. C'est souvent un paramètre important dans la conception de l'alimentation où l'ESR d'un condensateur de sortie peut affecter la stabilité du régulateur (c'est-à-dire le faire osciller ou réagir de manière excessive aux transitoires de la charge). C'est l'une des caractéristiques non idéales d'un condensateur qui peut entraîner divers problèmes de performances dans les circuits électroniques. Une valeur ESR élevée dégrade les performances en raison des pertes de puissance, du bruit et d'une chute de tension plus élevée.

Pendant le test, un courant connu traverse le condensateur pendant une très courte période de sorte que le condensateur ne se charge pas complètement. Le courant produit une tension aux bornes du condensateur. Cette tension sera le produit du courant et de l'ESR du condensateur plus une tension négligeable en raison de la faible charge dans le condensateur. Le courant étant connu, la valeur ESR est calculée en divisant la tension mesurée par le courant. Les résultats sont ensuite affichés sur l'écran du compteur. Les courants de test sont générés via les transistors Q1 et Q2, leurs valeurs sont de 5mA (réglage gamme haute) et 50mA, (réglage gamme basse) via R4 et R6. La décharge se fait via le transistor Q3. La tension du condensateur est mesurée via l'entrée analogique A0.

Étape 3: Le fréquencemètre

Voir pour les données originales le forum Arduino: https://forum.arduino.cc/index.php?topic=324796.0#main_content_section. Merci à arduinoaleman pour son excellent design de fréquencemètre.

Le compteur de fréquence fonctionne comme suit: Le Timer/Counter 1 16 bits additionnera toutes les horloges provenant de la broche D5. Timer/Counter2 générera une interruption toutes les millisecondes (1000 fois par seconde). S'il y a un débordement dans Timer/Counter1, le overflow_counter sera augmenté de un. Après 1000 interruptions (= exactement une seconde) le nombre de débordements sera multiplié par 65536 (c'est à ce moment-là que le compteur déborde). Au cycle 1000, la valeur actuelle du compteur sera ajoutée, vous donnant le nombre total de tops d'horloge entrés au cours de la dernière seconde. Et cela équivaut à la fréquence que vous vouliez mesurer (fréquence = horloges par seconde). La procédure de mesure (1000) va configurer les compteurs et les initialiser. Après cela, une boucle WHILE attendra jusqu'à ce que la routine de service d'interruption définisse Measurement_ready sur TRUE. C'est exactement après 1 seconde (1000 ms ou 1000 interruptions). Pour les amateurs, ce fréquencemètre fonctionne très bien (en dehors des fréquences plus basses, vous pouvez obtenir une précision de 4 ou 5 chiffres). Surtout avec des fréquences plus élevées, le compteur devient très précis. J'ai décidé de n'afficher que 4 chiffres. Cependant, vous pouvez régler cela dans la section de sortie LCD. Vous devez utiliser la broche D5 de l'Arduino comme entrée de fréquence. Il s'agit d'une condition préalable à l'utilisation du Timer/Counter1 16 bits de la puce ATmega. (Veuillez vérifier la broche Arduino pour les autres cartes). Pour mesurer des signaux analogiques ou des signaux basse tension, un préamplificateur est ajouté avec un transistor de préamplificateur BC547 et un bloc de mise en forme d'impulsions (déclenchement de Schmitt) avec un CI 74HC14N.

Étape 4: L'assemblage des composants

Les circuits ESR et CAP sont montés sur un morceau de panneau perforé avec des trous de 0,1 pouce de distance. Le circuit FREQ est monté sur un perfboard séparé (ce circuit a été ajouté plus tard). Pour les connexions filaires, des embases mâles sont utilisées. L'écran lcd est monté dans le couvercle supérieur du boîtier, avec l'interrupteur ON/OFF. (Et un interrupteur de rechange pour les futures mises à jour). La mise en page a été faite sur papier (beaucoup plus facile que d'utiliser Fritzing ou d'autres programmes de conception). Cette mise en page papier a également été utilisée plus tard pour vérifier le circuit réel.

Étape 5: L'assemblage de la boîte

Un boîtier en plastique noir (dimensions LxPxH 120x120x60 mm) a été utilisé pour monter tous les composants et les deux circuits imprimés. L'Arduino, les circuits de perfboard et le support de batterie sont montés sur une plaque de montage en bois de 6 mm pour un assemblage et une soudure faciles. De cette façon, tout peut être assemblé et une fois terminé, il peut être placé à l'intérieur de la boîte. Sous les circuits imprimés et les entretoises en nylon Arduino ont été utilisées pour empêcher les cartes de se plier.

Étape 6: Le câblage final

Enfin toutes les connexions filaires internes sont soudées. Lorsque cela a été terminé, j'ai testé les transistors de commutation esr, via les connexions de test T1, T2 et T3 dans le schéma de câblage. J'ai écrit un petit programme de test pour changer les sorties connectées D8, D9 et D10 de HIGH à LOW chaque seconde et vérifié cela sur les connexions T1, T2 et T3 avec un oscilloscope. Pour connecter les condensateurs testés, une paire de fils de test courts a été fait avec des connexions de pince crocodile.

Pour la mesure de fréquence, des fils de test plus longs peuvent être utilisés.

Bon test !