Набор-конструктор FLCG meter мы предлагаем в нескольких вариантах:
- FLCG meter SMD-M - Собранная плата (не откалиброванная) и корпус
- FLCG meter DIP - Набор деталей (ДИП) для самостоятельной сборки включая печатную плату и корпус без отверстий
- FLCG meter SMD-S - SMD вариант. Частичный набор деталей: все SMD полупроводники, все ДИП компоненты, печатная плата и корпус.
Данный вариант - набор деталей ДИП - все детали для самостоятельной сборки: резисторы, конденсаторы,реле, разъёмы, полупроводники, корпус и печатная плата.
На фото - готовый, собранный прибор.
Набор деталей ДИП
Печатная плата
Описываемый ниже прибор позволяет в широких пределах измерять частоты электрических колебаний, ёмкость и индуктивность электронных компонентов с высокой точностью, а также работать как генератор частот до 1 МГц.
Технические характеристики:
Напряжение питания, В …..………………….…... 7 - 14
Ток потребления в режиме, мА:
L/C ………………..….. 15-17*
F1 …………………..…..7 - 9
F2 ……………………... 12 - 17
Пределы измерения, в режиме:
F1, МГц …………..…..0,01 - 60**
F2, МГц ……….……...10 - 1100
С вход «Lx/Cx»…….0,1 пФ - 1 мкФ
C>0,1 диапазон I … 0,1 - 1000мкф
C>0,1 диапазон II… 0.1 - 10000мкф
L …………………... 0,001 мкГн - 5 Гн
Точность измерения, в режиме:
F1 ……………….….…............ +-1 Гц
F2 ……………….….…........... +-100 Гц
С: 0,1 пф – 0,1 мкф …......0,5 %
С>0,1 мкф …………………..1,5 %
L ……………….…...…......... 2 - 10 %***
Период отображения в режиме, сек:
F ………..…………….. 0,2; 1; 10
L ……..……………….. 0,25
Чувствительность в режиме, мВ:
F1 …..………….....….. 10 - 25
F2 ..…………...…...…. 10 - 100
Диапазон перестройки генератора: ……..….. 244 Гц - 1 МГц
Габариты, мм:
В корпусе.................. 140*75*31 мм
Собранная плата.... 100*65*20 мм
* – в режиме само калибровки до 35 мА на 2 сек.** – верхний предел в зависимости от микроконтроллера до 70 МГц
Принцип работы:
Принципиальная схема:
В схеме можно выделить следующие основные узлы: измерительный генератор на U1, входной усилитель режима F1 на Q1,Q2, входной делитель (прескалер) режима F2 – U5, блок измерения и индикации на U3 и LCD, а также стабилизатор напряжения U4.
Измерительный генератор собран на микросхеме-компараторе LM311. Данная схема хорошо зарекомендовала себя в качестве генератора частоты до 800 кГц, обеспечивая на выходе сигнал, близкий к меандру. Для обеспечения стабильных показаний генератор требует согласованной по сопротивлению и стабильной нагрузки. Частотозадающими элементами генератора являются измерительная катушка L1 и конденсатор C9, а также коммутируемый микроконтроллером эталонный конденсатор C8. В зависимости от режима работы L1 подключается к клеммам последовательно или параллельно.
С выхода генератора сигнал через развязывающий резистор R11 поступает на буферный элемент U2:D микросхемы 74AC132, выполняющей роль коммутатора сигналов.
На транзисторе Q1 собран усилитель сигнала частотомера в режиме F1. Предделитель частотомера в режиме F2 собран по типовой для большинства подобных прескалеров схеме. Необходимо заметить, что при отсутствии сигнала предделитель самовозбуждается на высоких частотах, что является типичным для высокочастотных делителей. Самовозбуждение пропадает с подачей на вход сигнала от источника с входным сопротивлением близким к 50 Ом.
Сигнал с прескалера поступает на усилитель-формирователь на транзисторе Q2 и далее через элементы U2:C и U2:B на вход микроконтроллера U3 PIC16F628A. Результат измерения выводится на алфавитно-цифровой дисплей с интерфейсом HD44780. Микроконтроллер тактируется частотой 4МГц, при этом его быстродействие составляет 1млн. операций в секунду.
Узел измерения больших емкостей собран на транзисторе Q3. Принцип работы основан на измерении времени разряда измеряемого конденсатора фиксированным током. Сначала конденсатор заряжается через открытый транзистор Q3 и R15, затем транзистор закрывается, и конденсатор разряжается через R30. С момента закрытия Q3 ведется контроль напряжения на 4 выв. PIC16F628. При низком уровне напряжения измерение прекращается, и результат выводится на экран.
На транзисторах Q4,Q5 собран узел зарядки аккумулятора (только для SMD варианта). Резистором R36 устанавливается зарядный ток 10 мА (для аккумулятора типа «Крона»).
Зарядка производится при снижении напряжения ниже порогового 8,4 В.Выше прибл.9.4 В также будет заряд. Будьте внимательны при настройке узла зарядки. Зарядки не будет при "z" на экране при X7=1,3,5,7. Для увеличения порога уменьшить R29, или увеличить R27. При отсутствии микроконтроллера в панельке - напряжение на 18 выводе не должно превышать напряжения питания микроконтроллера. Разъем J5 ICSP служит для внутрисхемного программирования микроконтроллера (для SMD варианта).
Управление режимами
Осуществляется тремя кнопочными переключателями SW1–SW3 и будет подробно описано ниже. Данные переключатели не только включают нужный режим, но и обесточивают не задействованные в данном режиме узлы, снижая общее энергопотребление.
Настройка
Включать прибор с установленным, но незапрограммированным микроконтроллером не рекомендуется. Усилитель-формирователь и измерительный генератор в настройке не нуждаются. Единственное, что нужно, это проверить напряжение на коллекторе Q2. Оно должно быть в пределах 2,5…3,3В и устанавливается резистором R23.
Ток потребления не должен превышать 20 мА в любом режиме (кроме момента срабатывания реле). В режиме частотомера F1 конденсатором С16 добиваются правильных показаний по промышленному частотомеру или иным способом. Допустимо использование в качестве эталонных источников частоты гибридных кварцевых генераторов от радио и сотовых телефонов (12,8МГц, 14,85Мгц и пр.) или, в крайнем случае, компьютерные 14,318МГц и др. Расположение выводов питания (5 или 3 вольт) у модулей стандартное для цифровых микросхем (7– минус и 14–плюс), сигнал снимается вывода 8. Если настройка происходит при крайнем положении ротора, то придётся подобрать и C15, или подобрать константу Х6. Далее необходимо зайти в режим установки констант.
Режим установки констант.
Данный режим необходим только при настройке прибора.
1) при нажатой кнопке "S" включаем питание, отпускаем "S", ждем прохождения бегущей строки, кнопки не нажимаем - входим в режим констант;
2) кнопкой "S "последовательно выбираем нужную константу. Кнопками " + " и " - " можно изменять значение констант. X1 численно равна ёмкости конденсатора С8 в пикофарадах. X2 равна 1000 и может быть скорректирована позже при настройке измерителя индуктивности
X3 равна коэфф. деления прескалера (по умолчанию 20).
X4 выбор языка – русский, или английский.
X5 равна собственной емкости входных клемм в пФ, умноженной на 100.
X6 равна частоте работы кварца в схеме (меняется с шагом 4 Гц) - по умолчанию Х2= 4 000 000.
X7 - первоначальный вход в режим частотомера:
X7=0.2с - время счета 0.2 сек.;
X7=1с - время счета 1сек.;
X8=200 калибровочный коэффициент при измерении емкостей в режиме I и II.Определяется аналогично Х1(см. ниже). Константы запоминаются в EEPROM. Выход из режима установки констант осуществляется при нажатии и удержании кнопки "S" более 2 сек., или выключением питания.
Определение констант Х1 и Х2.
Пример: берем образцовый (не хуже 1%) конденсатор емкостью 1000 пФ, измеряем его и получаем значение, например 1100 пФ. Затем номинал конденсатора 1000 пФ делим на показания прибора 1100 и получаем коэффициент 0,909. Можно повторить эту операцию с другими конденсаторами и найти среднее арифметическое отношений их номиналов к показаниям. Далее заходим в режим установки констант и выбираем константу Х1. Например, она равна 1080. Умножаем 1080 на 0,909 и получаем новое значение константы 981,72, округляем до 982 и записываем в Х1
Это значение необходимо записать до перехода к следующему пункту.
В режиме измерения индуктивности аналогично находим отношение номинала к показаниям. Найденное отношение будет новой константой X2 и записывается в EEPROM аналогично X1. Для настройки желательно использовать индуктивности от 1 до 100 мкГн (лучше несколько из этого диапазона и найти среднее значение). Если имеется катушка с индуктивностью в несколько десятков-сотен миллигенри с известными значениями индуктивности и собственной ёмкости, то можно проверить работу режима двойной калибровки. Показания собственной ёмкости, как правило, несколько занижены (см. выше).
Определение константы Х5:
1) отжимаем кнопки "С" и "L" и ждем окончания калибровки до OK
2) нажимаем кнопку "С"
3) полученное значение приплюсовываем с учетом знака «+», или « - » к значению X5 (рекомендуется вычесть несколько единиц) На результаты в режимах I и II - не влияет.
Работа с прибором
Для входа в данный режим необходимо нажать SW1 "L" и SW2 "C". Выбор пределов F1/F2 осуществляется переключателем SW3: отжат – F1, нажат – F2. На дисплее отображается надпись:
Кнопками " + ", или " - " выбираем время счета 0.2 с, или 1с, или 10 с.В режиме F2 время счета всегда 0,2 сек.
Режим самокалибровки и режим "Cx".
Для измерения ёмкостей и индуктивностей прибору необходимо пройти самокалибровку. Самокалибровка прибора должна проходить с учётом конструктивной ёмкости зажимов, или щупов.Для этого после подачи питания необходимо отжать SW1 "L" и SW2 "С".
После появления надписи «Калибровка» нужно сразу же нажать SW2 "С". Сделать это нужно достаточно быстро, не дожидаясь срабатывания реле. Если же пропустить последний пункт, то ёмкость клемм не будет учтена прибором и “нулевые” показания в режиме ёмкости будут 1-2 пФ. Через 4-5 сек появится надпись «Ок» и прибор перейдет в режим измерения емкости. При этом выводится надпись:
Нажимаем на кнопку "S" для сохранения данных о значениях L ,С, и ёмкости выводов контура в EEPROM (появится OK).
Подобная калибровка (с нажатием SW2 "C") позволяет учитывать емкость выносных щупов-зажимов с собственной ёмкостью до 500 pF, однако пользоваться такими щупами при измерении индуктивностей до 10mH нельзя.
Измерение больших емкостей (режимы I и II)
Для измерения емкостей более 0,1 мкФ используется вход "С>0,1".
В режиме «Сх» нажатием на " + " или " - " выбираем последовательно вперед, или назад диапазоны I (0,1-1000 мкФ), или II (1000 -10000 мкФ), или обычный LC -режим.
Коэфф. X8 корректируем показания в режимах I и II.В режимах I и II ,если превышен лимит времени для разряда конденсатора, после символа "I" или "II" появится символ "=".
Режим "Lx" активизируется при нажатом SW1 "L" и отжатом SW2 "C".
Вход в режим двойной калибровки (для индуктивностей более 10 мГн) происходит при любом изменении положения SW3 "F1/F2", при этом помимо индуктивности отображается и собственная ёмкость катушки, что может быть очень полезно.
Выход из данного режима происходит автоматически при извлечении катушки из зажимов. Возможен переход в любой последовательности между перечисленными выше режимами. Например, сначала частотомер, затем калибровка, индуктивность, ёмкость, индуктивность, калибровка (необходима, если прибор долгое время находился включенным, и параметры его генератора могли “уйти”), частотомер и т.д.
При отжатии SW1 "L" и SW2 "C" перед входом в калибровку предусмотрена небольшая (3 секунды) пауза для исключения нежелательного входа в этот режим при простом переходе от одного режима к другому.
Генератор.
(в режим генератора можно входить как при 0.2с так и 1с и 10с) Нажимаем "S" в режиме частотомера.Кнопками " + ", " - ", "S" выбираем нужную частоту.
Частота генератора F=f (частота работы кварца в схеме)/(4*m*n), где n=1...256 m=1 или 4 или 16. Кроме того при установки перемычки JP1 на дисплее отобразится частота генератора, измеренная собственным частотомером. Перемычку использовать только в режиме генератора! Опасного в этом ничего нет, просто в режиме частотомера входной сигнал будет сильно подсаживаться.Выход из режима нажатием на L,C,F (при нажатии на F -последняя частота запоминается в EEPROM микроконтроллера, и генератор не выключается) В режиме генератора контроля над зарядом и разрядом нет!!!
Документация
Устройство предназначено для измерения малых сопротивлений, индуктивности, емкости и ЭПС конденсаторов. Функционально, схему можно разбить на 8 основных модулей:
- L/C генератор
- Блок источников стабильного тока (50mA/5mA/0.5mA)
- Блок, отвечающий за разряд испытуемого конденсатора
- Блок усилителей напряжения
- Блок отображения информации (Nokia LCD 3310)
- Кнопки управления
- Микроконтроллер PIC18F2520
- Коммутатор (для коммутации испытуемых компонентов)
Принцип работы LC генератора и соответственно принцип измерения индуктивности и емкости (1p - 1 uF) подробно описывать не вижу смысла. Это подробно изложено в описаниях к подобным устройствам коих в интернете масса. Отмечу лишь некоторые особенности, которые были применены в данной схеме и алгоритме расчета. Для измерения индуктивности и емкости используются разные пары щупов... такой подход позволил повысить точность измерения, организовав постоянную, автоматическую, частичную калибровку. Т.е. дрейф частоты LC генератора не оказывает столь значительного влияния на точность измерения как это было ранее. Также новый подход к расчетам позволил избавиться от влияния межвитковой емкости измеряемой индуктивности на результат измерения (она учитывается при калибровке).
Измерение емкости электролитических конденсаторов организовано по классическому методу - заряд конденсатора стабильным источником тока до определенного уровня напряжения (0,2v) с параллельным подсчетом времени заряда. В схеме это реализовано сл. образом. Подключенный испытуемый конденсатор предварительно разряжается (Q1) после чего на него подается стабильное напряжение и включается таймер отсчета времени. В момент достижения напряжением уровня 0,2v. срабатывает внутренний компаратор и фиксируется время таймера. Далее происходит расчет емкости конденсатора. Для сокращения времени измерения в меню можно выбрать максимальный предел измерения емкости испытуемого конденсатора (100/300/600 тысяч микрофарад).
Измерение ЭПС (ESR) конденсатора и измерение малых сопротивлений выполняется по сл. принципу. На испытуемый конденсатор подается короткий импульс напряжения формируемого источником стабильного тока. Это вызывает всплеск напряжения, величина которого пропорциональна ESR конденсатора. Два последовательно включенных ОУ увеличивают этот сигнал до необходимого уровня. Далее, подключенный к выходу ОУ микроконтроллер регистрирует пик импульса и выполняет аналого-цифровое преобразование для дальнейшего расчета величины напряжения. Зная значение силы тока импульса и напряжение, производится расчет ESR.
При измерении ESR малых емкостей (<10uF) происходит незначительное завышение показаний измерителя. Не смотря на то, что длительность импульса всего 1-2uS этого достаточно для того, чтобы конденсатор успел немного зарядиться, тем самым слегка завысив значение измеряемого напряжения.
Некоторые особенности конструкции которые следует учесть при повторении. Подстроечные резисторы в блоке источника стабильного тока (2. I_source) лучше заменить на постоянные, после подбора их примерного значения в процессе настройки (описано ниже).
Подстроечные резисторы R3 и R8 в блоке усилителя (4. Amp) рекомендуется использовать многооборотные. Это позволит выполнить точную подстройку коэф. усиления от значения которого зависит точность работы прибора (особенно критично для
ESR).
Вместо двух ОУ MCP601 можно использовать одну MCP602.
Реле в блоке коммутации (8. Switch) необходимо использовать бистабильное с двумя обмотками рассчитанными на напряжение 5v.
Конденсаторы С2 и С5 танталовые или неполярная "керамика". Дроссель L1 - типа "гантелька". Еще лучше, если эта "гантелька" будет в ферритовом "стакане".
Блок "S1 optional" это блок управления подачей напряжения питания на LC генератор. Опционально, существует возможность отключать генератор в режиме измерения "электорлитов" для снижения энергопотребления схемы. Блок S1 можно не использовать, просто подключив LC генератор к питанию.
Во избежание выхода из строя микроконтроллера, перемычку Jmp следует устанавливать только после настройки напряжения в точке "B" резистором "R_Vbat" (описано ниже).
В схеме отсутствует модуль частотомера (предделитель и буфер) хотя программно сам частотомер реализован. Измеряемую частоту (с «правильной» амплитудой) следует подавать на 6 вывод MK (F). Необходимо понимать, что для работы режимов измерителя емкости и индуктивности на вход 6 MK должен подаваться сигнал с выхода LC генератора. С этой целью на схеме изображен коммутатор. Один из возможных вариантов схематического решения модуля частотомера (предделитель/буфер, коммутация) пока находится в стадии разработки. При необходимости коммутацию можно организовать на обыкновенных переключателях, а в качестве схем входных цепей (делитель\буфер) использовать одну из многочисленных схем имеющихся в интернете.
Настройка и работа с устройством.
При первом включении устройства следует сбросить все настройки к настройкам по умолчанию. Для этого нужно нажать кнопку 3 и включить питание устройства. В дальнейшем эту операцию можно выполнить из меню «Function» раздел "Reset". После сброса желательно произвести откл-вкл устройства. По умолчанию, после сброса настроек значение контраста «Contrast» устанавливается как 200. Это значение можно изменить в меню настроек или выполнить откл-вкл устройства удерживая кнопку 4 в нажатом состоянии. В этом случае после включения устройство сразу перейдет в меню регулировки контраста. Далее кнопкой 4 контраст увеличивается, а кнопкой 3 - уменьшается.
Настройка источников стабильного тока.
На точность измерения значительное влияние оказывает аккуратность настройки источников стабильного тока. Для настройки нужно перейти в меню «Function» и далее выбрать раздел "I_50" кнопкой «OK». Затем подключить к клеммам измерения С/ESR миллиамперметр. Миллиамперметр будет показывать значение тока будущего импульса для измерения ESR. C помощью подстроечного резистора (R3) необходимо установить этот ток как можно ближе к значению 50mA. После этого запомнить показания и отключить миллиамперметр. Далее с помощью кнопок +/- установить в меню устройства значение отражаемое ранее на миллиамперметре с точностью до десятых и сохранить его нажав кнопку OK. Ту же процедуру необходимо выполнить для источников тока 5 и 0,5mA... разделы "I_5" и "I_05", отрегулировав ток соответствующими подстрочными резисторами, при этом измеренное значение должно быть вписано в меню устройства с
точностью до сотых/тысячных.
Важно помнить, что переключение между разделами должно производиться при отключенном миллиамперметре. В дальнейшем рекомендуется заменить подстроечные резисторы на постоянные и повторить процедуру настройки.
Настройка ОУ.
Процесс настройки ОУ сводится к подстройке K усиления каждого ОУ к значению указанному в разделах Ampl и Amp2. Для этого нужно выбрать режим измерения ESR/C/R и далее:
1. Подключить к клеммам электролит с заведомо известной емкостью (лучше взять конденсатор с небольшой емкостью 10-50uF) и с помощью построечного резистора R3 и значения переменной Amp1 (~6.0) в меню настройки, добиться соответствующих показаний на экране прибора.
2. Затем подключить к клеммам известное сопротивление (желательно 1 - 10 Ом) и с помощью построечного резистора R8 и переменной Amp2 (~6.0) в меню настройки, добиться соответствующих показаний на экране прибора.
На точность показаний при измерении сопротивлений будет влиять точность установки значения силы тока для источников тока
0.00 -1.00 Om - раздел "I_50"
1.00 -10.0 Om - раздел "I_5"
10.0 -100 Om - раздел "I_05"
Настройка LC генератора.
Настройка LC генератора сводится к подбору индуктивности L1 и конденсатора С1 таким образом, чтобы частота генератора, которую можно контролировать с помощью режима "Oscillator" была в диапазоне 900кГц. С2 и С5 должны быть танталовыми или неполярными "керамика". Калибровочный конденсатор может быть любым в диапазоне 500-1200 pF. Главное чтобы это был конденсатор с минимальным ТКЕ и с известным вам значением емкости. Очень хорошо, если есть возможность предварительно измерить его реальную емкость на каком-нибудь калиброванном измерителе. Значение суммарной емкости C_cal и С3 необходимо занести в раздел "6.Ccal". С3 можно не устанавливать (....подсмотрел в одном аналогичном решении, как возможный вариант снижения общего ТКЕ).
Индикатор заряда батареи.
Настройка индикатора заряда сводится к установке в точке "B" напряжения равного примерно 1/3 напряжения батареи питания. Для этого необходимо измерить напряжение батареи питания в точке "A" (при включенном приборе) U1. Затем подключить вольтметр в точку "B" добиться с помощью регулировки резистора «R_Vbat» показаний вольтметра U2 равным примерно 1/3 от U1. Далее рассчитать коэффициент деления K_div = U1/U2 и записать значения в меню в соответствующие разделы настроек. Также указать в настройках значение напряжения полностью заряженной батареи питания "V_bat" и минимальный уровень напряжения батареи при котором прибор будет сигнализировать о необходимости заменить/зарядить батарею.
Также, для повышения точности работы АЦП желательно указать в меню точное напряжение питания микроконтроллера V_ref (по умолчанию равно 5v) измерив его при включенном приборе в точке V_ref.
Измерение ESR/C/R (С 0,1 - 600 000 uF)
Для измерения необходимо:
2. Переключить устройство с помощью кнопки "Mode" (далее M) в режим ESR/C/R
(C)
Следует отметить, что на скорость проведения измерения влияет емкость измеряемого конденсатора. Максимальный предел измерения можно выбрать в меню «Function» (C_max) (указано в тыс. микрофарад)
Калибровка в режиме ESR/C/R.
Калибровка служит для компенсации влияния длины проводов клем и др. на результат измерения внутреннего сопротивления. Для проведения калибровки необходимо находясь в режиме ESR/C/R нажать кнопку «Calibration» (далее С). При появлении меню «Close probes» (замкнуть щупы) необходимо замкнуть щупы устройства до окончания обратного отсчета на экране. После выполнения процесса калибровки, информация о настройках будет автоматически сохранена в энергонезависимой памяти устройства, что позволит в дальнейшем не выполнять калибровку при каждом последующем включении устройства.
Измерение С (C < 1uF)
Для измерения необходимо:
1. Включить устройство (клеммы для подключения измерительного компонента свободные)
2. Переключить устройство с помощью кнопки "M" в режим C-meter
3. При необходимости выполнить калибровку (описано ниже)
4. Подключить измеряемый компонент к клеммам
5. Экран устройства отобразит результат измерений.
Калибровка в режиме C
Калибровка служит для компенсации влияния длины проводов клем и др. на результат измерения емкости конденсатора. Для проведения калибровки необходимо находясь в режиме C (клеммы подключения измерительного компонента разомкнуты, измеряемый конденсатор отключен) нажать кнопку "С".
Измерение L
Для измерения необходимо:
1. Включить устройство (клеммы для подключения измерительного компонента свободные)
2. Переключить устройство с помощью кнопки "M" в режим L-meter
3. При необходимости выполнить калибровку (описано ниже)
4. Подключить измеряемый компонент к клеммам
5. Экран устройства отобразит результат измерений.
6. При измерении индуктивности (особенно малых номиналов) для получения более высокой точности измерения можно в процессе измерения (не отключая измеряемую индуктивность) выполнить калибровку нажатием кнопки «С». При этом прибор выполнит калибровку и на экране будет отражено значение подключенной индуктивности максимально близкое к реальному.
| class="eliadunit"> |
Калибровка в режиме L
Калибровка служит для компенсации влияния длины проводов клем и др. на результат измерения индуктивности. Существует два вида калибровки - «глубокая» для расчета индуктивности щупов и «обычная» для коррекции дрейфа генератора. Обычная калибровка выполняется нажатием кнопки «С» в режиме L-meter. Калибровка может выполняться с подключенной измеряемой индуктивностью к щупам устройства.
Для выполнения «глубокой» калибровки следует нажать кнопку «С» и удерживать ее в нажатом состоянии до появления надписи «Close probes and take away hand» (замкнуть щупы и убрать руки) далее замкнуть измерительные щупы до окончания обратного отсчета на экране устройства, убрать руки и дождаться окончания процесса калибровки. После калибровки разомкнуть щупы. Глубокая калибровка может не проводиться постоянно т.к. после выполнения «глубокой» калибровки, значения индуктивности щупов подключения, сохраняются в энергонезависимой памяти микропроцессора.
Измерение F
Для измерения частоты необходимо:
1. Включить устройство
2. Переключить устройство с помощью кнопки "M" в режим F-meter
3. Выбрать режим работы (с предделителем или без) с помощью кнопки «/»
4. Подать измеряемую частоту на вход «F» (6й вывод МК).
Изменить коэффициент деления применяемого предделителя можно с помощью кнопки «К». После установки коэффициента и сохранения «кнопка ОК» значение будет сохранено в энергонезависимой памяти устройства. Схема устройства не содержит модули частотомера (предделитель и буфер).
Звуковой сигнал «Напоминание»
Если измерения не проводятся более ~1 минуты, прибор начинает издавать прерывистый звуковой сигнал. В дальнейшем сигнал повторяется каждые ~20 сек. Звуковой сигнал «напоминание» не будет включаться, в случае если в приборе установлен режим «Без звука».
Представляем оригинальную конструкцию lc-метра от нашего коллеги R2-D2. Далее слово автору схемы: В радиолюбительском деле, особенно при ремонтах, необходимо иметь под рукой прибор для измерения емкости и индуктивности - так называемый lc метр. На сегодняшний день для повторения в интернете можно найти много схем подобных устройств, сложных и не очень. Но решил создать свой вариант устройства. Практически все схемы LC метров с использованием микроконтроллеров представленные в интернете, выглядят одинаково. Идея заключается в расчете номинала неизвестных компонентов по формуле зависимости частоты от емкости и индуктивности. Для простоты своей конструкции решил использовать внутренний компаратор микроконтроллера в качестве генератора. Для отображения информации используется LCD от телефона Nokia 3310 либо ему подобный с контроллером PCD8544 и разрешением 84х48, например Nokia 5110 .
Схема lc метра на микроконтроллере
Настройка и функции
Сердцем устройства является микроконтроллер PIC18F2520 . Для стабильной работы генератора в качестве С3 и С4 лучше использовать неполярные конденсаторы либо танталовые. Реле можно использовать любое, соответствующее по напряжению (3-5 вольт), но желательно с минимально возможным сопротивлением контактов в замкнутом положении. Для звука используется буззер без встроенного генератора, или обычный пьезоэлемент.
При первом старте собранного устройства, программа автоматически запускает режим настройки контраста дисплея. Кнопками 2/4 необходимо установить приемлемый контраст и нажать кнопку OK (3). После выполнения данных действий устройство следует выключить и включить заново. Для некоторой настройки работы измерителя в меню есть раздел «Setup ». В подменю «Capacitor », необходимо указать точный номинал используемого калибровочного конденсатора (С_cal) в пФ. Точность указанного номинала напрямую влияет на точность измерения. Контролировать работу самого генератора можно с помощью частотомера в контрольной точке «B», однако лучше использовать уже встроенную систему контроля частоты в подменю «Oscillator ».
С помощью подбора L1 и С1, необходимо добиться стабильных показаний частоты в районе 500-800 кГц. Большая частота положительно влияет на точность измерения в тоже время с ростом частоты может ухудшаться стабильность генератора. Частоту и стабильность генератора, как я уже сказал выше, удобно мониторить в разделе меню «Oscillator ». При наличии внешнего калиброванного частотомера можно выполнить калибровку частотомера LC-метра. Для этого необходимо подключить внешний частотомер к контрольной точке «B» и с помощью кнопок +/- в меню «Oscillator » подобрать константу «K» таким образом, чтобы показания обоих частотомеров совпадали. Для корректной работы системы отображения состояния батареи питания, необходимо настроить резистивный делитель, построенный на резисторах R9, R10, после чего установить перемычку S1 и записать значения в поля раздела «Battery».
Порядок настройки
- - Измерить напряжение питания микроконтроллера (выводы 19 - 20). Это опорное напряжение “V.ref”
- - Измерить напряжение до резистивного делителя = U1
- - Измерить напряжение питания после делителя = U2
- - Рассчитать коэф. деления “С.div” = U1/U2
- - Внести полученные цифры в соответствующие разделы меню сохраняя их нажатием кнопки «ОК».
Также внести напряжения “V.max” - максимальное напряжение батареи питания (заполнены все сегменты отображаемой батарейки) и соответственно “V.min” - минимальное напряжение батареи питания (все сегменты батарейки погашены, прибор сигнализирует о необходимой смене или заряде батареи питания). Значения напряжения питания для отображения промежуточных сегментов на пиктограмме батарейки, будут рассчитаны автоматически после внесения информации о “V.max” и “V.min”.
Использование стабилизатора для питания схемы обязательно, так как опорное напряжение должно быть стабильным и не меняться при разряде батареи.
Работа с устройством
Ещё меню lc-метра содержит разделы Light , Sound , Memory . В разделе Light есть возможность включить либо отключить подсветку LCD. Раздел Sound , для вкл/откл звука. В разделе Memory можно посмотреть результаты последних 10 измерений, а также (для новичков) увидеть полученный результат в разных единицах измерения. Назначение кнопок описывают пиктограммы, размещенные в нижней части экрана.
- (F ) - “Function” переход в меню Setup
- (M ) - “Memory” сохранение результатов измерения в памяти
- (☼ ) - “Light” вкл/откл подсветки
- (C ) - “Calibration” калибровка
Главный экран содержит условную шкалу погрешности в измерениях, которую необходимо контролировать и в случае необходимости своевременно выполнять калибровку.
Измерение емкости
1. Переключить устройство в режим измерения емкости. Выполнить калибровку. Убедиться, что погрешность измерения находится в допустимых пределах. В случае больших отклонений повторить калибровку.
2. Подключить измеряемый конденсатор к клеммам. На экране появится результат измерений. Для сохранения результата в памяти необходимо нажать (M).
Измерение индуктивности
1. Переключить устройство в режим измерения индуктивности. Замкнуть клеммы. Выполнить калибровку. Убедиться, что погрешность измерения находится в допустимых пределах. В случае больших отклонений повторить калибровку.
2. Подключить измеряемую индуктивность к клеммам. На экране появится результат измерений. Для сохранения результата в памяти необходимо нажать (M).
Видео работы измерителя
В качестве корпуса задействовал геройски погибший при ремонте телевизора китайский тестер.
Все файлы - прошивки контроллера, платы в Lay и так далее можно или на форуме. Материал предоставил - Савва . Автор схемы R2-D2 .
Обсудить статью LC МЕТР
Сделал как то себе этот крайне полезный и не заменимый прибор, из-за острой необходимости в измерении емкости и индуктивности. Обладает на удивление очень хорошей точностью измерения при этом схема довольно простая базовым компонентом которой является микроконтроллер PIC16F628A.
Схема:
Как видно, основные компоненты схемы это PIC16F628A, знакосинтезирующий дисплей (можно использовать 3 типа дисплея 16х01 16х02 08х02), линейный стабилизатор LM7805, кварцевый резонатор на 4 Мгц, реле на 5В в DIP корпусе, двух секционный переключатель (для переключения режимов измерения L или C).
Прошивки для микроконтроллера:
Печатная плата:
Файл печатной платы в формате sprint layout:
Исходная плата разведена под реле в DIP корпусе.
У меня такого не нашлось и я использовал что было, старое компактное как раз подходящее по размерам реле. В качестве танталовых конденсаторов использовал совковые танталовые. Переключатель режима измерения, выключатель питания и кнопку калибровки использовал, снятые когда то со старых совковых осциллографов.
Провода измерительные:
Должны быть как можно короче.
Во время сборки и настройки руководствовался вот этой инструкцией:
Соберите плату, установите 7 перемычек. Установите в первую очередь перемычки под PIC и под реле и две перемычки рядом с контактами для дисплея.
Используйте танталовые конденсаторы (в генераторе) — 2 шт.
10мкф.
Два конденсатора 1000пФ должны быть полиэстеровые или лучше (прим. допуск не более 1%).
Рекомендуется использовать дисплей с подсветкой (прим. ограничительный резистор 50-100Ом на схеме не указан контакты 15, 16).
Установите плату в корпус. Соединение между плату и дисплей по вашему желанию можно припаять, или сделать используя разъем. Провода вокруг переключателя L/C сделайте как можно короткими и жесткими (прим. для уменьшения «наводок» и для правильной компенсации измерений особенно для заземленного конца L).
Кварц следует использовать 4.000MHz, нельзя использовать 4.1, 4.3 и т.п.
Проверка и калибровка:
- Проверьте установку деталей на плате.
- Проверьте установку всех перемычек на плате.
- Проверьте правильность установки PIC, диодов и 7805.
- Не забудьте – «прошить» PIC до установки в LC — метр.
- Осторожно включите питание. Если есть возможность, используйте регулируемый источник питания в первый раз. Измерять ток при увеличении напряжения. Ток должен быть не более 20мА. Образец потреблял ток 8мА. Если ничего не видно на дисплее покрутите переменный резистор регулировки контраста. На дисплее должно быть написано «Calibrating », затем C=0.0pF (или С= +/- 10пФ).
- Подождите несколько минут («warm-up»), затем нажмите кнопку «zero» (Reset) для повторной калибровки. На дисплее должно быть написано C=0.0pF.
- Подключите «калибровочный» конденсатор. На дисплее LC – метра увидите показания (с +/- 10% ошибкой).
- Для увеличения показаний емкости замкните перемычку «4» см. картинку ниже (прим. 7 ножка PIC). Для уменьшения показаний емкости, замкните перемычку «3» (прим. 6 ножка PIC) см. картинку ниже. Когда значение емкости будет совпадать с «калибровочным» удалите перемычку. PIC запомнит калибровку. Вы можете повторять калибровку множество раз (до 10,000,000).
- Если есть проблемы с измерениями, вы можете с помощью перемычек «1» и «2» проверить частоту генератора. Подсоедините перемычку «2» (прим. 8 ножка PIC) проверьте частоту «F1» генератора. Должно быть 00050000 +/- 10%. Если показания будут слишком большие (near 00065535), прибор выходит в режим «переполнение» и показывает ошибку «overflow» . Если показание слишком низкие (ниже 00040000), вы потеряете точность измерения. Подсоедините перемычку «1» (прим. 9 ножка PIC) для проверки калибровки частоты «F2». Должно быть около 71% +/- 5% от «F1» которые вы получили подсоединяя перемычку «2».
- Для получения максимально точных показаний можно регулировать L до получения F1 около 00060000. Предпочтительней устанавливать «L» = 82 мкГн на схеме 100мкГн (вы можете не купить 82мкГн;)).
- Если на дисплее 00000000 для F1 или F2, проверьте монтаж около переключателя L/C — это означает, что генератор не работает.
- Функция калибровки индуктивности автоматически калибруется, когда происходит калибровка емкости. (прим. калибровка происходят в момент срабатывания реле когда замыкаются L иC в приборе).
Тестовые перемычки
- Проверка F2
- Проверка F1
- Уменьшение C
- Увеличение C
Как проводить измерения:
Режим измерения емкости:
- Переводим переключатель выбора режима измерения в положение «C»
- Нажимаем кнопку «Zero»
- Появляется надпись «Setting! .tunngu.» ждем пока не появится «C = 0.00pF»
Режим измерения индуктивности:
- Включаем прибор, ждем пока загрузится
- Переводим переключатель выбора режима измерения в положение «L»
- Замыкаем измерительные провода
- Нажимаем кнопку «Zero»
- Появляется надпись «Setting! .tunngu.» ждем пока не появится «L = 0.00uH»
Ну вроде все, вопросы и замечания оставляйте в комментариях под статьей.
Я уверен, что этот проект не является новым, но это собственная разработка и хочу, чтобы этот проект так, же был известен и полезен.
Схема LC метра на ATmega8 достаточно проста. Осциллятор является классическим и выполнен на операционном усилителе LM311. Основная цель, которую я преследовал при создании данного LC метра — сделать его не дорогим и доступным для сборки каждым радиолюбителем.
Принципиальная схема измерителя емкости и индукции
Характеристики LC-метра:
- Измерение емкости конденсаторов: 1пФ — 0,3мкФ.
- Измерение индуктивности катушек: 1мкГн-0,5мГн.
- Вывод информации на ЖК индикатор 1×6 или 2×16 символов в зависимости от выбранного программного обеспечения
Для данного прибора я разработал программное обеспечение, позволяющее использовать тот индикатор, который есть в распоряжении у радиолюбителя либо 1х16 символьный ЖК-дисплей, либо 2х 16 символов.
Тесты с обоих дисплеев, дали отличные результаты. При использовании дисплея 2х16 символов в верхней строке отображается режим измерения (Cap – емкость, Ind – ) и частота генератора, в нижней же строке результат измерения. На дисплее 1х16 символов слева отображается результат измерения, а справа частота работы генератора.
Однако, чтобы поместить на одну строку символов измеренное значение и частоту, я сократил разрешение дисплея. Это ни как не сказывается на точность измерения, только чисто визуально.
Как и в других известных вариантах, которые основаны на той же универсальной схеме, я добавил в LC-метр кнопку калибровки. Калибровка проводится при помощи эталонного конденсатора емкостью 1000пФ с отклонением 1%.
При нажатии кнопки калибровки отображается следующее:
Измерения, проведенные с помощью данного прибора на удивление точны, и точность во многом зависит от точности стандартного конденсатора, который вставляется в цепь, когда вы нажимаете кнопку калибровки. Метод калибровки устройства заключается всего лишь в измерении емкости эталонного конденсатора и автоматической записи его значения в память микроконтроллера.
Если вы не знаете точное значение, можете откалибровать прибор, изменяя значения измерений шаг за шагом до получения наиболее точного значения конденсатора. Для подобной калибровки имеются две кнопки, обратите внимание, на схеме они обозначены как «UP» и «DOWN». Нажимая их можно добиться корректировки емкости калибровочного конденсатора. Затем данное значение автоматически записывается в память.
Перед каждым замером емкости необходимо сбросить предыдущие показания. Сброс на ноль происходит при нажатии «CAL».
Для сброса в режиме индуктивности, необходимо сначала замкнуть выводы входа, а затем нажать «CAL».
Весь монтаж разработан с учетом свободной доступности радиодеталей и с целью достижения компактности устройства. Размер платы не превышают размеров ЖК-дисплея. Я использовал как дискретные компоненты, так и компоненты поверхностного монтажа. Реле с рабочим напряжением 5В. Кварцевый резонатор — 8MHz.