TechShape.ru

Информационные технологии

Основные разделы

Решение

Для решения поставленной задачи была изучена функциональная схема аналогичного устройства - прототип «Измерение ёмкости и ЭПС конденсатора» (см. рис 1.). Для разрабатываемого устройства была разработана функциональная блок-схема (см. рис. 2).

Принципиальная схема «измеритель емкости и ЭПС конденсаторов»

Рис. 1 - Принципиальная схема «измеритель емкости и ЭПС конденсаторов»

Компараторы DA1.1-DA1.2 служат для определения интервала времени: t1,t2.

В процессе работы над проектом были составлены необходимые требования: диапазон измерения ёмкости конденсатора от 500пФ до 67.5нФ, следовательно, необходимо переделывать часть схемы с биполярными транзисторами, по причине того, что управляющие токи не соответствуют необходимому требованию измерений ёмкости. Для простоты и удобства создания устройства и пользования его был заменён Attiny2313 на Atmega168. В процессе разработки проекта - были устранены некоторые узлы в схеме: узел питания и com-порт. Представленный аналог работает следующим образом: измеряются два интервала времени t1, и t2, в течение которых напряжение между обкладками конденсатора при его зарядке неизменным током I достигает значений соответственно U и U2. Все эти величины значения связаны с параметрами конденсатора следующим образом:

U1=I(Rэп+t1/C);U2=I(Rэп+t2/c).

Зная их, можно независимо вычислить емкость и ЭПС конденсатора

Тактовый генератор микроконтроллера работает с внешним кварцевым резонатором ZQ1.Это обеспечивает необходимую точность программного измерения интервалов времени. Уточним, какие выводы за что отвечают:

. PDO и PD4 - выходы управления генераторами соответственно большого (Iб=7,69 мА) и малого (IМ=0,513 мА) тока зарядки измеряемого конденсатора;

. PD1 - выход передатчика (TXD) модуля USART, обеспечивающего связь с компьютером;

. PD2 и РDЗ - входы запросов прерывания;

. PD5 - выход управления транзистором VT3, разряжающим измеряемый конденсатор;

. PD6 - вход сигнала от кнопки SB3;

. РВО - выход сигнала управления питанием;

. РВ1 - инвертирующий вход встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора;

. РВ2-РВ7-выходы сигналов управления ЖКИ HG1. Не инвертирующий вход аналогового компаратора программно подключен к встроенному в микроконтроллер источнику образцового напряжения 1,0 . 1,2 В. Модуль USART программа настраивает на работу в асинхронном режиме со скоростью 9600 бит/спри восьми информационных и одном стоповом разряде без контроля четности. Информация пересылается только в направлении от прибора к компьютеру. Узел питания прибора состоит из аккумуляторной батареи GB1, гнезда XS1 для подключения внешнего источника питания, транзисторов VT4 и VT5. интегрального стабилизатора DA2, кнопок SB1 (включение прибора) и SB2(его выключение), а также связанных с этими элементами резисторов и конденсаторов. Подаваемое на вход РВ1 микроконтроллера напряжение с выхода резистивного делителя R16R17 предназначено для программного контроля напряжения питания.

Диоды VD3, VD4 служат для защиты прибора от повреждения в случае подключения к нему для измерения, заряженного конденсатора. Компараторы DA1.1 и DA1.2 сравнивают напряжение на измеряемом конденсаторе с заданными делителем из резисторов R6, R9, R10 пороговыми значениями U1 и U2. Подстроенным резистором R19 регулируют контрастность изображения на табло ЖКИ, а резистор R20 ограничивает ток в цепи его подсветки. Выключателем SA2 подсветку включают и выключают. Кнопка SB3 - внесение поправки в результаты измерения и ее исключение, переход в режим отладки. Транзисторный оптрон U1 согласует уровни сигналов микроконтроллера и СОМ-порта компьютера, одновременно обеспечивая их гальваническую развязку. Для питания этого узла со стороны компьютера используется импульсное напряжение на линии TXD СОМ-порта. Это напряжение выпрямляет диод VD5 и сглаживает конденсатор С9. Резистор R18 - коллекторная нагрузка фототранзистора оптрона. При разомкнутом выключателе SA1 связь с компьютером отсутствует. Для снижения погрешности малые значения емкости (0.1 . 150 мкФ) измеряют при малом токе зарядки (IM). Генератор этого тока собран на элементах VT2, VD2, R2, R4 Он включен при низком логическом уровне напряжения на выходе PD0 микроконтроллера. Измерение ЭПС при таком токе оказывается недостаточно точным за счет влияния утечки тока через диод VD3 и входные цепи компараторов DA1.1, DA1.2. По этой причине ЭПС конденсаторов любой емкости измеряется при увеличенном токе зарядки (Iб), генератор которого состоит из элементов VT1, VD1, R1, R3 и включается низким уровнем на выходе PD4 микроконтроллера. Стоит отметить, что на результат измерения емкости эта утечка влияет значительно меньше. Однако, чтобы предотвратить раннее переполнение программного счетчика времени, емкость более 150 мкФ измеряется при токе зарядки Iб. Включают прибор нажатием на кнопку SB 1, при этом с выхода стабилизатора DA2 напряжение питания поступает на микроконтроллер DD1. Он начинает работать и по окончании предварительных операций устанавливает на выводе 12 низкий логический уровень. Транзистор VT4 открывается, что приводит и к открыванию полевого транзистора VT5. Зашунтировав кнопку SB1, он удерживает прибор включенным и после ее отпускания. Для выключения прибора нажимают на кнопку SB2. Закрывшийся транзистор VT5 разомкнет минусовую цепь батареи GB1 или подключенного к гнезду XS1 внешнего источника питания. Кнопку следует удерживать нажатой не менее 0,5 с, пока не разрядятся конденсаторы узла питания. Выключение происходит автоматически, без нажатия на кнопку SB2 при одном из следующих условий (в скобках указано время, в течение которого условие должно оставаться выполненным): - к гнездам XS2, XS3 не подключен измеряемый конденсатор (4,5 мин); - напряжение питания микроконтроллера упало ниже 5В (2 .4 мин); - гнезда XS2, XS3 замкнуты или емкость подключенного к ним конденсатора превышает верхний предел измерения (50 с). На результат измерения (особенно малых значений емкости) оказывают влияние такие факторы, как задержка переключения транзистора VT3, сопротивление его канала в открытом состоянии, емкость между стоком и истоком, а также задержка срабатывания компараторов DA1.1, DA1.2.

Перейти на страницу: 1 2

Еще статьи

Космические системы связи
Освоение космоса, космические исследования относятся к одному из основных направлений научно-технической революции. Рассмотрение этого направления в технико-экономическом аспекте представит определенный интерес для специалистов, разрабатывающих международные программы сотрудничества в области ...

Все права защищены! 2021 - www.techshape.ru