Arduino kullanarak kapasite ölçer

Daha önce tasarlanmış devre kartlarına rastladığımızda veya eski TV veya bilgisayardan bir tane çıkardığımızda, onu tamir etmeye çalışıyoruz. Ve bazen arızayı gidermek için karttaki belirli bir kapasitörün kapasitansını bilmemiz gerekir. Daha sonra, özellikle bir Yüzey Montaj Cihazı ise, karttan kondansatörün tam değerini almakta bir sorunla karşılaşıyoruz. Kapasitansı ölçmek için ekipman satın alabiliriz, ancak tüm bu cihazlar maliyetlidir ve herkes için değildir. Bunu göz önünde bulundurarak , bilinmeyen kapasitörlerin kapasitansını ölçmek için basit bir Arduino Kapasitans Ölçer tasarlayacağız.

Bu sayaç kolaylıkla yapılabilir ve aynı zamanda uygun maliyetli olabilir. Arduino Uno, Schmitt trigger gate ve 555 IC timer kullanarak Kapasitans Ölçer yapacağız.

Gerekli Bileşenler:

555 zamanlayıcı IC
IC 74HC14 Schmitt tetik kapısı veya DEĞİL kapısı.
1K Ω direnç (2 adet), 10KΩ direnç
100nF kapasitör, 1000µF kapasitör
16 * 2 LCD,
Breadboard ve bazı konektörler.

Devre Açıklaması:

Arduino kullanan Kapasitans Ölçerin devre şeması aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Devre basittir, bir LCD kapasitörün ölçülen Kapasitansını görüntülemek için Arduino ile arayüzlenir. Kapasitansının ölçülmesi gereken Kondansatörü bağladığımız Arduino'ya bir Kare dalga Jeneratör Devresi (Astable modunda 555) bağlanır. Arduino'ya sadece dikdörtgen dalganın beslendiğinden emin olmak için bir Schmitt tetik kapısı (IC 74LS14) kullanılır. Gürültüyü filtrelemek için güç boyunca birkaç kapasitör ekledik.

Bu devre, 10nF ila 10uF aralığındaki kapasitansları doğru bir şekilde ölçebilir.

555 Timer IC Tabanlı Kare Dalga Üreteci:

Öncelikle 555 Timer IC tabanlı kare dalga üreteci hakkında konuşacağız veya 555 Astable Multivibrator demeliyim. Bir kondansatörün kapasitansının doğrudan dijital bir devrede ölçülemeyeceğini biliyoruz, yani UNO dijital sinyallerle ilgileniyor ve kapasitansı doğrudan ölçemiyor. Bu yüzden kapasitörün dijital dünyaya bağlanması için 555 kare dalga jeneratör devresi kullanıyoruz.

Basitçe söylemek gerekirse, zamanlayıcı, frekansı doğrudan kendisine bağlı kapasitansla ilişkili olan kare dalga çıkışı sağlar. İlk olarak, frekansı bilinmeyen kapasitörün kapasitansının temsilcisi olan kare dalga sinyalini alıyoruz ve uygun değeri elde etmek için bu sinyali UNO'ya besliyoruz.

Astable modunda genel konfigürasyon 555, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi:

Çıkış sinyali frekansı RA, RB dirençleri ve kapasitör C'ye bağlıdır. Denklem şu şekilde verilir:

Frekans (F) = 1 / (Zaman periyodu) = 1.44 / ((RA + RB * 2) * C).

Burada RA ve RB direnç değerleridir ve C kapasitans değeridir. Direnç ve kapasitans değerlerini yukarıdaki denkleme koyarak çıktı kare dalga frekansını elde ederiz.

RA olarak 1KΩ ve RB olarak 10KΩ bağlayacağız. Böylece formül, Frekans (F) = 1 / (Zaman periyodu) = 1.44 / (21000 * C).

Sahip olduğumuz şartları yeniden düzenleyerek, Kapasitans C = 1.44 / (21000 * F)

Program Kodumuzda (aşağıya bakınız), kapasitans değerini doğru bir şekilde elde etmek için, elde edilen sonuçları (farad cinsinden) “1000000000” ile çarparak nF'deki sonucu hesapladık. Ayrıca 21000 yerine '20800' kullandık çünkü RA ve RB'nin doğru dirençleri 0.98K ve 9.88K.

Yani kare dalganın frekansını bilirsek, kapasitans değerini elde edebiliriz.

Schmitt Tetik Kapısı:

Zamanlayıcı devresi tarafından üretilen sinyallerin doğrudan Arduino Uno'ya verilmesi tamamen güvenli değildir. UNO'nun hassasiyeti göz önünde bulundurularak, Schmitt tetik geçidini kullanıyoruz. Schmitt tetik kapısı, dijital bir mantık kapısıdır.

Bu geçit, GİRİŞ voltaj seviyesine göre ÇIKIŞ sağlar. Bir Schmitt Tetikleyicinin bir THERSHOLD voltaj seviyesi vardır, kapıya uygulanan GİRİŞ sinyali mantık geçidinin EŞİĞİNDEN daha yüksek bir voltaj seviyesine sahipse, ÇIKIŞ YÜKSEK olur. INPUT voltaj sinyal seviyesi THRESHOLD'dan düşükse, kapının OUTPUT'u DÜŞÜK olacaktır. Bununla birlikte, genellikle Schmitt tetikleyicisini ayrı ayrı almıyoruz, her zaman Schmitt tetikleyicisini izleyen bir NOT geçidimiz var. Schmitt Trigger çalışması burada açıklanmıştır: Schmitt Trigger Gate

74HC14 yongası kullanacağız , bu yonganın içinde 6 Schmitt Tetik geçidi var. Bu SIX geçitleri, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi dahili olarak bağlanır.

Ters Schmitt tetik kapısının Doğruluk Tablosu, bu biz kendi terminallerinde pozitif ve negatif zaman aralıklarını evirmek için UNO program bilgisi, Şekil aşağıda göstermeleridir.

Zamanlayıcı devresinin ürettiği sinyali ST geçidine bağlarız, çıkışta UNO'ya verilmesi güvenli olan ters çevrilmiş zaman periyotlarının dikdörtgen dalgasına sahip olacağız.

Arduino Kapasitansı ölçer:

Uno özel bir işlevi vardır pulseIn , pozitif durum süresini ya da belirli bir dikdörtgen dalganın negatif durum süresini belirlememizi sağlayan:

Htime = pulseIn (8, YÜKSEK); Ltime = pulseIn (8, DÜŞÜK);

PulseIn fonksiyon önlemleri Yüksek veya Düşük seviyeli Uno Pin8 mevcut olduğu zaman. PulseIn mikro saniye içinde işlev önlemler bu Yüksek süresi (Htime) ve Alçak Süresi (Ltime). Htime ve Ltime'ı birlikte eklediğimizde Döngü Süresine sahip olacağız ve onu tersine çevirerek Frekansa sahip olacağız.

Frekansı elde ettikten sonra, daha önce tartıştığımız formülü kullanarak kapasitansı elde edebiliriz.

Özet ve Test:

Özetle, bilinmeyen kondansatörü, frekansı doğrudan kondansatörün kapasitansı ile ilgili olan bir kare dalga çıkışı üreten 555 zamanlayıcı devresine bağlarız. Bu sinyal UNO'ya ST geçidi üzerinden verilir. UNO, frekansı ölçer. Bilinen frekansla, UNO'yu daha önce tartışılan formülü kullanarak kapasitansı hesaplaması için programlıyoruz.

Aldığım bazı sonuçları görelim, 1 uF Elektrolitik Kondansatörü bağladığımda sonuç 1091,84 nF ~ 1uF oldu. Ve 0.1 uF Polyester Kondansatör ile sonuç 107.70 nF ~ 0.1uF