Микрофарадометр на PIC16F876A » Программирование устройств на PIC микроконтроллерах


Логин:
Пароль:
О сайте:

Pic.Rkniga.ru - Сайт как для начинающих, так и для опытных радиолюбителей, разрабатывающих свои устройства на популярных PIC микроконтроллерах.
Здесь можно обмениваться сообщениями на форуме, а также добавлять на сайт статьи и схемы своих устройств.

Меню сайта
Главная Форум по PIC микроконтроллерам Форум Статьи по PIC микроконтроллерам Статьи Справочная информаци по PIC микроконтроллерам Справочник Литература по PIC микроконтроллерам Литература Схемотехника Схемотехника устройств на PIC микроконтроллерах Микроконтроллеры Программаторы Все по программированию PIC микроконтроллеров Программы, Софт Программы Ссылки Написать нам
Опрос

Какие микроконтроллеры вы используете?


Atmel
MicroChip
STM
Motorola
Texas Instruments
Другие


Последние материалы
  • Кнопка On/OFF на PIC12F629.
  • Часы с синхронизацией от китайского будильника
  • ШИМ регулятор на PIC16F628A.
  • Счетчики прямого и обратного счета на PIC16F628A.
  • Таймер отключения питания для мультиметра и не только.
  • Измеритель напряжения и тока
  • Маршрутный компьютер для электровелосипеда
  • Простой двухканальный термометр на PIC16F690 и датчиках DS18B20
  • Электронная "Незабудка" для забывчивых
  • Встраиваемый вольтметр на PIC12F675
  • Популярные материалы
    Случайная книга
    Микрофарадометр на PIC16F876A
    Автор публикации: alex Просмотров: 8398 Добавлен: 10-07-2012, 19:44 Комментарии: 0

         В радиолюбительской практике необходимость измерения больших значений электрической емкости очевидна. Многие современные мультиметры имеют функцию измерения емкости, их верхний предел измерения не превышает 20-100 мкФ [1].
         Профессиональные RLC-метры измеряют емкость до 1Ф и более [2], но в виду своей высокой стоимости, они мало доступны для большинства радиолюбителей. В журнале "Радио" был описан ряд устройств для измерения емкости электролитических конденсаторов [3, 4], они, как правило, оформлены в виде приставок и основаны на косвенных методах измерения. Микрофарадометр на PIC16F876A
         Вместе с тем, используя современную элементную базу и основные физические соотношения, можно построить простой и качественный прибор, имеющий достаточно высокие метрологические характеристики. В предлагаемом устройстве используется принцип пропорциональности электрической емкости заряду, а заряда, в свою очередь, току и времени: C=Q/U; где: Q=I*t . Если U и t константы, то емкость пропорциональна времени протекания зарядного тока [6]. Для отсчета временных интервалов, индикации результатов измерения и управления периферийными узлами оптимально использование микроконтроллера.
         Измеритель имеет следующие технические характеристики:
         
    габаритные размеры, мм 127*72*25
    масса с блоком питания, не более, кг 0,8
    напряжение питающей сети, В 220
    потребляемая мощность, Вт, не более 12
    диапазон измерения, мкФ 1 - 1 000 000
    погрешность во всем диапазоне, не более, % +/- 3
    максимальная разрешающая способность, мкФ 0,01
    время измерения, с, не более 2,5
    выбор пределов измерения автоматический
    число разрядов индикации 3

         Основу прибора составляет микроконтроллер PIC16F876A [5], выполняющий все основные функции: управление процессом измерения, вычисление его результатов и отображение полученного значения измеряемой емкости на индикаторе.
         Микроконтроллер DD1 работает по программе, которая прошивается в микроконтроллер. После включения питания и инициализации микроконтроллера устройство работает в автоматическом режиме. Вход RA0 сконфигурирован как вход компаратора, RA3 - вход опорного напряжения компаратора, RC0, RC1 - выходы управления источниками зарядного тока, RC2 - выход включения разряда измеряемого конденсатора.
         Цикл измерения начинается с разряда конденсатора через транзистор VT2 и резистор R5. Затем включается источник зарядного тока величиной 1мА на транзисторе VT3 [6]. Напряжение на конденсаторе начинает увеличиваться. По достижении им величины примерно 1В, равной опорному напряжению на входе RA3, процесс заряда останавливается и микроконтроллер DD1 фиксирует время заряда. Если напряжение на измеряемом конденсаторе не достигнет опорного в течение более чем 1,2 с, происходит переход на старший предел измерения: включается источник тока 1А на транзисторе VT1, индикация "х1000" и цикл измерения начинается вновь.
         Далее микроконтроллер вычисляет значение измеряемой емкости, по времени заряда, величине зарядного тока и напряжения на конденсаторе с учетом предела измерения и соответствующего ему калибровочного коэффициента. Цикл измерения повторяется. Динамическая индикация результатов измерения организована на трехразрядном светодиодном индикаторе VD7 - VD9, транзисторах VT5 - VT7 и портах микроконтроллера RC3 - RC5, RB0 - RB7 по классической схеме.
         Кнопки SB1 - SB3, подключенные к портам RA1, RA2, RA5, служат для ввода калибровочных коэффициентов при настройке и поверке прибора. Кнопка "Режим" - вход в режим калибровки, выбор коэффициента, выход в режим измерения. Кнопки "+" и "-" - установка величины выбранного коэффициента в пределах от 1 до 255.
         Калибровочный коэффициент для диапазона "мкФ" отображается без десятичных запятых, для "мкФ х 1000" - с запятой в разряде единиц. Установленные значения автоматически записываются в EEPROM микроконтроллера, сохраняются там после отключения питания и считываются при включении прибора.
         Исходный текст управляющей программы написан на языке С в среде программирования MPLAB IDE версии 6.5 [7], скомплектованной компилятором PICC версии 8.05PL1 фирмы HI TECH [8]. Листинг программы приведен в файле c-m_c.c. Программа осуществляет начальную конфигурацию микроконтроллера, затем работает в цикле: опрос кнопок, измерение по описанному выше алгоритму, вычисление значения емкости и автоматический выбор предела измерения. Если нажата кнопка "Режим" - проводится установка и запись калибровочных коэффициентов. По прерываниям TMR0 отрабатывается программа вывода результатов измерения на трехразрядный светодиодный индикатор. Более подробно работу программы можно рассмотреть, читая комментарии к ней в файле c-m_c.c.
         Конструктивно прибор оформлен в корпусе от мультиметра M-838.

         Для питания используется выносной выпрямитель (в сетевой вилке) обеспечивающий выходное напряжение 9 - 12В при токе до 1А, из числа имеющихся в продаже, например БП7Н-12-1000. Стабилизатор напряжения +5В установлен на плате прибора. На контактные площадки X1, X2 необходимо присоединить электролитический конденсатор емкостью не менее 1000 мкФ на напряжение 16В. Он займет место в батарейном отсеке корпуса прибора.
         Печатная плата измерителя - двусторонняя и с двусторонним расположением деталей.
         Для формирования переходных отверстий в плате вскрыты отверстия диаметром 0,5 мм, в которые расклепаны и запаяны отрезки выводов от резисторов МЛТ - 0,25. Микроконтроллер DD1 необходимо установить в плату прибора на панельку с цанговыми зажимами.
         В приборе использованы резисторы МЛТ или аналогичные, резистор R5 проволочный: манганин диаметр 1мм, длина 15мм или датчик тока от мультимера M-838.
         Конденсаторы КМ, К10-17, электролитические - К53-4, К53-14, К52-1, навесной - К50-35. Кварцевый резонатор в корпусе HC-49, на частоту 10 - 12 МГц. Кнопки малогабаритные тактовые SWT2, TS-A1PS-130. Светодиодные индикаторы TR319 можно заменить любыми другими с такой же цоколевкой, например SA05-11HWA. Транзистор VT2 - мощный КМОП с током стока не менее 10А и сопротивлением сток - исток не более 0,1 Ом. Клеммы Х3, Х4 используются от мультиметра M-838. Стабилизатор DA1 и транзистор VT1 установлены на пластинчатые радиаторы площадью 12 и 5 квадратных сантиметров соответственно.
         Настройку прибора начинают не устанавливая микроконтроллер в панель на плате. Включают питание выключателем SA1, проверяют наличие и правильность подачи напряжения питания +5В на контакты панельки микроконтроллера. Напряжение на контактах MCLR, RA1, RA2, RA5 должно быть примерно равно напряжению питания, RC3 - RC5 - около 4В, RB0 - RB7 - близко к нулю. Затем проверяют работоспособность кнопок SB1 - SB3: нажимая их контролируют появление низкого уровня на входах RA1, RA2, RA5. Цепи динамической индикации проверяют подачей уровня "земли" на соответствующие выводы портов RB0 - RB7 и RC3 - RC5: наблюдают свечение заданных сегментов в выбранном разряде. Источники тока включают поочередно подачей уровня "земли" на контакты RC0, RC1 и подключив амперметр к гнездам X4, X4 вместо измеряемого конденсатора. При включении RC0 ток должен быть в пределах 0,5 - 1мА; RC1 - 0,5 - 1А. Схему разрядки проверяют при включенном источнике тока 1А, подачей напряжения +5В на контакт RC2. Показания вольтметра, подключенного к гнездам X3, X4, при этом должны упасть до нуля.
         Далее, при отключенном питании, вставляем запрограммированный микроконтроллер в панельку и включаем прибор. На дисплее должны быть показания, близкие к нулю, индикатор "Цикл" подмигивает, "х 1000" - отключен. Теперь можно произвести пробные замеры для оценки работоспособности прибора в целом. Полученные результаты могут значительно отличаться от истинных в силу большого разброса параметров источников тока, погрешности установки опорного напряжения, ошибки компаратора, частоты использованного кварцевого резонатора и ряда других, менее заметных факторов. Необходима калибровка прибора.
         Для калибровки измерителя нужно иметь 4 образцовых конденсатора разных номиналов: два на диапазон "мкФ" - емкостью 100 - 900 мкФ, и два для диапазона "мкФ х1000" - номиналом более 10000 мкФ, для точного определения их емкости желетельно воспользоваться поверенным промышленным измерителем или каким-либо косвенным методом. Проводя измерения и изменяя калибровочные коэффициенты соответственно показаниям прибора, добиваются совпадения истинного значения емкости калибровочных конденсаторов и показаний прибора. После проведения калибровки прибор готов к эксплуатации.
         На старшем пределе измерения показания прибора в некоторой степени зависят от эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) измеряемого конденсатора. Это выражается в занижении истинного значения емкости. Чтобы погрешность прибора не превышала указанную, ЭПС не должно превышать 0,1 Ом. Для исправных электролитических конденсаторов, емкостью более 1000 мкФ, среднестатистическое значение ЭПС как раз и лежит в этих пределах [9], его влияние компенсируется при калибровке прибора. Для более объективной оценки работоспособности электролитических конденсаторов необходимо совместное измерение емкости и ЭПС - это тема следующей разработки.
         Опыт работы с описанным измерителем показал его хорошие потребительские характеристики: точность, долговременную стабильность показаний, удобство эксплуатации. Он позволяет решить многие вопросы, возникающие при разработке, изготовлении и ремонте электронного оборудования.

         ЛИТЕРАТУРА
    1. Радио, 2005, №12, с.1.
    2. Измерители RLC WayneKerr 4265, 4276. - Радио, 2005, №11, с. 73.
    3. Дергуз А. Измеритель емкости оксидных конденсаторов. - Радио, 2001,№12, с. 27.
    4. Савосин А. Микрофарадометр. - Радио, 2003, №5, с. 22.
    5. Microchip Technology Inc. DS39582B. PIC16F87xA. Data Sheet. 28/40/44 -Pin Enhanced Flash Microcontrollers.
    6. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 2001.
    7. Microchip Tecnology Inc. DS1281C. MPLAB IDE v6xx. Quic Start Guide.
    8. HI - TECH Software. PICC Manual.
    9. Peak Electronic Design Limited. Equivalent Series Resistance Analyser. Model ESR 60. Users Guide.


    Файлы в архиве:
    Печатные платы и Чертежи
    Исходный код на С и прошивка

    microfaradometr.rar [498,34 Kb] (cкачиваний: 585)

    Комментарии
    Информация
    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.