מד קיבוליות באמצעות ארדואינו

כאשר אנו נתקלים במעגלים שתוכננו בעבר או שאנו מוציאים אחד מהטלוויזיה או המחשב הישנים, בניסיון לתקן אותו. ולפעמים עלינו לדעת את הקיבול של הקבל המסוים בלוח כדי לסלק את התקלה. אז אנו נתקלים בבעיה בהשגת הערך המדויק של הקבל מהלוח, במיוחד אם מדובר במכשיר להתקנת משטח. אנו יכולים לקנות ציוד למדידת הקיבול, אך כל המכשירים הללו יקרים ולא לכולם. עם זאת בחשבון אנו הולכים לעצב מד קיבוליות ארדואינו פשוט למדידת הקיבול של קבלים לא ידועים.

מד זה יכול להתבצע בקלות וגם לחסכוניות. אנו הולכים להכין מד קיבוליות באמצעות ארדואינו אונו, שער ההדק של שמיט וטיימר IC 555.

רכיבים נדרשים:

• 555 IC טיימר
• IC 74HC14 שער ההדק של שמיט או שער לא.
• נגד 1K Ω (2 חלקים), נגד 10KΩ
• קבלים 100nF, קבלים 1000µF
• 16 * 2 LCD,
• לוח לחם וכמה מחברים.

הסבר מעגל:

תרשים המעגל של מד הקיבוליות באמצעות ארדואינו מוצג באיור להלן. המעגל פשוט, LCD מממשק עם Arduino כדי להציג את הקיבול המדוד של הקבל. מעגל מחולל גל מרובע (555 במצב Astable) מחובר לארדואינו, שם חיברנו את הקבל שצריך למדוד את הקיבול שלו. נעשה שימוש בשער ההדק של שמיט (IC 74LS14) כדי להבטיח כי רק ארבע מלבניות מוזנות לארדואינו. לסינון הרעש הוספנו כמה קבלים על פני הספק.

מעגל זה יכול למדוד במדויק את הקיבולים בטווח של 10nF עד 10uF.

555 גנרטור גל מרובע מבוסס טיימר IC:

קודם כל נדבר על גנרטור גל מרובע מבוסס טיימר IC 555, או שאני צריך לומר 555 Astable Multivibrator. אנו יודעים שלא ניתן למדוד את הקיבול של הקבל ישירות במעגל דיגיטלי, במילים אחרות ה- UNO עוסק באותות דיגיטליים והוא לא יכול למדוד את הקיבול באופן ישיר. אז אנו משתמשים במעגל גנרטור גל מרובע 555 לקישור הקבל לעולם הדיגיטלי.

במילים פשוטות, הטיימר מספק פלט גל מרובע שתדירותו נוגעת ישירות לקיבול המחובר אליו. אז ראשית אנו מקבלים את אות הגל המרובע שתדירותו מייצגת את הקיבול של הקבל הלא ידוע, ומזינים את האות הזה ל- UNO לקבלת הערך המתאים.

תצורה כללית 555 במצב Astable כפי שמוצג באיור להלן:

תדר אות הפלט תלוי בנגדי RA, RB וקבל C. המשוואה ניתנת כ, תדר (F) = 1 / (פרק זמן) = 1.44 / ((RA + RB * 2) * C).

כאן RA ו- RB הם ערכי התנגדות ו- C הוא ערך קיבול. על ידי הצבת ערכי ההתנגדות והקיבול במשוואה לעיל אנו מקבלים את תדר גל הריבוע המוצא.

אנו הולכים לחבר 1KΩ כ- RA ו- 10KΩ כ- RB. אז הנוסחה הופכת, תדר (F) = 1 / (פרק זמן) = 1.44 / (21000 * C).

על ידי סידור מחדש של התנאים שיש לנו, קיבוליות C = 1.44 / (21000 * F)

בקוד התוכנית שלנו (ראה להלן), לשם קבלת ערך הקיבול במדויק, חישבנו את התוצאה ב- nF על ידי הכפלת התוצאות שהושגו (בפרדות) עם "1000000000". כמו כן השתמשנו ב- '20800' במקום ב- 21000, מכיוון שהנגדים המדויקים של RA ו- RB הם 0.98K ו- 9.88K.

אז אם אנו יודעים את תדירות הגל המרובע אנו יכולים לקבל את ערך הקיבול.

שער הדק שמיט:

האותות הנוצרים על ידי מעגל הטיימר אינם בטוחים לחלוטין שיינתנו ישירות ל- Arduino Uno. עם הרגישות של UNO בחשבון, אנו משתמשים בשער ההדק של שמיט. שער ההדק של שמיט הוא שער לוגיקה דיגיטלי.

שער זה מספק OUTPUT בהתבסס על רמת מתח INPUT. טריגר של שמיט הוא בעל מתח מתח THERSHOLD, כאשר אות ה- INPUT המופעל על השער הוא בעל רמת מתח גבוהה יותר מה- THRESHOLD של השער הלוגי, ה- OUTPUT הולך גבוה. אם רמת אות הכניסה נמוכה מ- THRESHOLD, יציאת השער תהיה נמוכה. עם זאת אנו בדרך כלל לא מקבלים את ההדק של שמיט בנפרד, תמיד יש לנו שער NOT בעקבות ההדק של שמיט. הסבר על עבודת שמיט טריגר מוסבר כאן: שער הדק שמיט

אנו הולכים להשתמש בשבב 74HC14, שבב זה כולל 6 שערי טריגר. שערי SIX אלה מחוברים באופן פנימי כפי שמוצג באיור להלן.

טבלת האמת של שער הפוך שמיט טריגר היא להראות להלן דמות, עם זה אנחנו צריכים לתכנת את UNO עבור היפוך תקופות זמן חיוביות ושליליות במסופים שלה.

אנו מחברים את האות שנוצר על ידי מעגל טיימר לשער ST, יהיה לנו גל מלבני של פרקי זמן הפוכים ביציאה שבטוח שיינתן ל- UNO.

ארדואינו מודד את הקיבולציה:

ל- Uno יש pulseIn פונקציה מיוחדת , המאפשרת לנו לקבוע את משך המצב החיובי או משך המצב השלילי של גל מלבני מסוים:

זמן = pulseIn (8, HIGH); Ltime = pulseIn (8, LOW);

PulseIn אמצעים פונקציה הזמן עבורו ברמה גבוהה או נמוכה הוא נוכח PIN8 של אונו. PulseIn פונקציה אמצעים גבוה הפעם (Htime) ונמוכה זמן (Ltime) בתוך שניות במיקרו. כאשר אנו מוסיפים את זמן ה- Htime ו- Ltime נקבל את משך המחזור, ועל ידי היפוך זה נקבל את התדר.

ברגע שיש לנו את התדר, נוכל לקבל את הקיבול באמצעות הנוסחה עליה דנו קודם.

סיכום ובדיקה:

לסיכום, אנו מחברים את הקבל הלא ידוע למעגל טיימר 555, המפיק פלט גל מרובע שתדירותו קשורה ישירות לקיבול של הקבל. אות זה ניתן ל- UNO דרך שער ST. האו"ם מודד את התדירות. עם התדר הידוע, אנו מתכנתים את ה- UNO לחישוב הקיבול באמצעות הנוסחה שנדונה קודם לכן.

בוא נראה כמה תוצאות שקיבלתי, כאשר חיברתי קבל אלקטרוליטי 1uF, התוצאה היא 1091.84 nF ~ 1uF. והתוצאה עם קבלים פוליאסטר 0.1uF היא 107.70 nF ~ 0.1uF

ואז חיברתי קבלים קרמיים של 0.1uF והתוצאה היא 100.25 nF ~ 0.1uF. גם התוצאה עם קבלים אלקטרוליטיים 4.7uF היא 4842.83 nF ~ 4.8uF

אז ככה אנחנו יכולים פשוט למדוד את הקיבול של כל קבלים.