Мерач капацитета помоћу ардуина

Када наиђемо на претходно припремљене плочице или извадимо једну са старог телевизора или рачунара, у покушају да је поправимо. А понекад морамо знати капацитет одређеног кондензатора на плочи да бисмо елиминисали квар. Тада се суочавамо са проблемом при добијању тачне вредности кондензатора са плоче, посебно ако се ради о уређају за површинско монтирање. Можемо купити опрему за мерење капацитивности, али сви ови уређаји су скупи и нису за свакога. Имајући то на уму, дизајнираћемо једноставан Ардуино мерач капацитивности за мерење капацитета непознатих кондензатора.

Овај мерач се може лако направити, а такође је и исплатив. Направићемо мерач капацитивности користећи Ардуино Уно, Сцхмитт окидач и 555 ИЦ тајмер.

Потребне компоненте:

• 555 тајмер ИЦ
• ИЦ 74ХЦ14 Сцхмиттова окидачка капија или НЕ капија.
• Отпорник 1К Ω (2 комада), отпорник 10КΩ
• Кондензатор 100нФ, кондензатор 1000µФ
• 16 * 2 ЛЦД,
• Табла и неки конектори.

Објашњење кола:

Шема кола мерила капацитета помоћу Ардуина приказана је на доњој слици. Круг је једноставан, ЛЦД је повезан са Ардуином како би приказао измерени капацитет кондензатора. Круг квадратног таласа генератора (555 у режиму подесивости) повезан је на Ардуино, где смо повезали кондензатор чији капацитет треба мерити. Сцхмиттова окидачка капија (ИЦ 74ЛС14) користи се како би се осигурало да се Ардуино напаја само правоугаоним таласом. За филтрирање шума додали смо неколико кондензатора по снази.

Овај круг може тачно да измери капацитете у опсегу од 10нФ до 10уФ.

Генератор квадратних таласа заснованих на ИЦ-у са тајмером 555:

Прво ћемо разговарати о генератору квадратних таласа заснованом на 555 Тимер ИЦ, или бих требао рећи 555 Астабле Мултивибратор. Знамо да се капацитивност кондензатора не може мерити директно у дигиталном колу, другим речима, УНО се бави дигиталним сигналима и не може директно мерити капацитет. Дакле, за повезивање кондензатора са дигиталним светом користимо коло 555 квадратних таласа генератора.

Једноставно речено, тајмер даје излаз квадратног таласа чија фреквенција директно имплицира на капацитет повезан са њим. Дакле, прво добијамо квадратни таласни сигнал чија је фреквенција репрезентативна за капацитет непознатог кондензатора, и тај сигнал достављамо УНО-у ради добијања одговарајуће вредности.

Општа конфигурација 555 у режиму подесивости као што је приказано на доњој слици:

Фреквенција излазног сигнала зависи од РА, РБ отпорника и кондензатора Ц. Једначина је дата као, Учесталост (Ф) = 1 / (Временски период) = 1,44 / ((РА + РБ * 2) * Ц).

Овде су РА и РБ вредности отпора, а Ц вредност капацитивности. Стављањем вредности отпора и капацитивности у горњу једначину добијамо фреквенцију излазног квадратног таласа.

Повезаћемо 1КΩ као РА и 10КΩ као РБ. Тако формула постаје, Фреквенција (Ф) = 1 / (Временски период) = 1,44 / (21000 * Ц).

Преуређивањем термина које имамо, Капацитет Ц = 1,44 / (21000 * Ф)

У нашем програмском коду (види доле), за тачно добијање вредности капацитивности израчунали смо резултат у нФ множењем добијених резултата (у фарадима) са „1000000000“. Такође смо користили '20800' уместо 21000, јер су тачни отпори РА и РБ 0,98К и 9,88К.

Дакле, ако знамо фреквенцију квадратног таласа, можемо добити вредност капацитивности.

Сцхмиттова окидачка капија:

Сигнали генерисани тимер колом нису у потпуности сигурни да би се директно давали Ардуино Уно. Имајући у виду осетљивост УНО-а, користимо Сцхмитт-ов окидач. Сцхмиттова окидачка капија је дигитална логичка капија.

Ова капија пружа ИЗЛАЗ на основу нивоа напона УЛАЗА. Сцхмиттов окидач има ниво напона ТХЕРСХОЛД, када ИНПУТ сигнал који се примењује на капију има ниво напона већи од ТХРЕСХОЛД логичке капије, ОУТПУТ иде ХИГХ. Ако је ниво улазног напона нижи од ТХРЕСХОЛД, ИЗЛАЗ капије биће НИЗАК. Уз то, обично не добијамо Сцхмиттов окидач, увек имамо НОТ капију која следи Сцхмиттов окидач. Овде се објашњава рад Сцхмитт Триггер-а: Сцхмитт Триггер Гате

Ми ћемо користити 74ХЦ14 чип, овај чип има 6 Сцхмитт Триггер капије у њему. Ових ШЕСТ капија су међусобно повезане како је приказано на доњој слици.

Истина Табела Сцхмитт Триггер Обрнути капије је емисија у наставку слици, с тим морамо да програмира УНО за окретањем позитивне и негативне временске периоде у својим терминалима.

Сигнал генерисан тимер колом повезујемо са СТ капијом, на излазу ћемо имати правоугаони талас обрнутих временских периода који је сигурно дат УНО-у.

Ардуино мери капацитет:

Уно има посебну функцију пулсеИн , која нам омогућава да одредимо трајање позитивног или негативног стања одређеног правоугаоног таласа:

Хтиме = пулсеИн (8, ВИСОКО); Лтиме = пулсеИн (8, ЛОВ);

Функција пулсеИн мери време током ког је висок или низак ниво на ПИН8 од Уно. Функција пулсеИн мери ово велико време (Хтиме) и ниско време (Лтиме) у микро секундама. Када заједно додамо Хтиме и Лтиме имат ћемо трајање циклуса, а његовим инвертирањем добићемо фреквенцију.

Једном када имамо фреквенцију, можемо добити капацитивност помоћу формуле о којој смо раније разговарали.

Резиме и тестирање:

Дакле, резимирајући, повезујемо непознати кондензатор на 555 тајмер коло, које генерише излаз квадратног таласа чија је фреквенција директно повезана са капацитетом кондензатора. Овај сигнал се УН-у даје преко СТ улаза. УНО мери учесталост. Са познатом учесталошћу, програмирамо УНО да израчуна капацитивност помоћу формуле о којој смо раније говорили.

Да видимо неке резултате које сам добио, Када сам спојио 1уФ електролитски кондензатор, резултат је 1091,84 нФ ~ 1уФ. А резултат са 0,1уФ полиестерским кондензатором је 107,70 нФ ~ 0,1уФ

Тада сам спојио 0.1уФ керамички кондензатор и резултат је 100.25 нФ ~ 0.1уФ. Такође је резултат са 4.7уФ електролитског кондензатора 4842.83 нФ ~ 4.8уФ

Дакле, тако можемо једноставно измерити капацитет било кондензатора.