Algoritmo para medir a capacitância dos capacitores no AVR. Medição de capacitor

Este medidor de capacitância pode medir a capacitância de capacitores com resolução de 1 pF no limite inferior da faixa. A capacitância máxima medida é 10.000 µF. A precisão real é desconhecida, mas o erro linear está dentro de um máximo de 0,5% e geralmente inferior a 0,1% (obtido pela medição de vários capacitores conectados em paralelo). As maiores dificuldades surgem na medição de capacitores eletrolíticos de grande capacidade.

O medidor de capacitância opera no modo de seleção automática de limites de medição, ou na faixa de capacitância inferior ou superior à força. O dispositivo possui dois limites de medição diferentes, realizando duas medições para o mesmo capacitor. Isso permite verificar a precisão da medição e descobrir se a peça que está sendo medida é realmente um capacitor. Com este método, os eletrólitos exibem sua não linearidade característica, fornecendo valores diferentes em diferentes limites de medição.

O medidor de capacitância possui um sistema de menu que, entre outras coisas, permite calibrar o valor zero e a capacitância de 1 µF. A calibração é armazenada na EEPROM.

Um dos menores chips, o Atmega8, foi escolhido para o projeto. O circuito é alimentado por uma bateria de 9V através de um regulador linear 7805.

O dispositivo pode operar em três modos: medição na faixa inferior, na faixa superior e no modo de descarga. Esses modos são determinados pelo estado dos pinos do controlador PD5 e PD6. Durante a descarga, o PD6 possui um registro. 0 e o capacitor é descarregado através do resistor R7 (220 Ohm). Na faixa de medição superior, PD5 possui um log. 1, carregando o capacitor através de R8 (1,8K) e PD6 está no estado Z para permitir que o comparador analógico compare a tensão. Na faixa de medição inferior, PD5 também está no estado Z e o capacitor é carregado apenas através de R6 (1,8MΩ).

Qualquer display de 16x2 caracteres no controlador HD44780 pode ser usado como indicador. O layout do conector da tela é mostrado nesta figura:

O dispositivo é montado em uma placa de ensaio e alojado em uma caixa plástica retangular simples. A tampa da caixa possui furos para o indicador, botão e LED, que são fixados com adesivo termofusível:

Programa de medidor de capacitância

O dispositivo pode usar controladores da família atmega8 e atmega48/88/168. Ao substituir um controlador no programa, é necessário alterar a linha responsável pela configuração do temporizador de um determinado controlador.

Em um microcontrolador, mas depois de algumas discussões com colegas rádios amadores e uma série de experimentos, surgiram pensamentos sobre seu aprimoramento adicional. O novo dispositivo aumentou a precisão e um alcance mais amplo. É baseado no controlador PIC16F90.

Circuito medidor de capacitância e indutância

Características do medidor LCR

Capacitores:

• 1pF a 1nF - resolução: 0,1 PF, precisão: 1%
• de 1nF a 100nF - resolução: 1pF, precisão: 1%
• de 100nF a 1uF - resolução 1nF, erro: 2,5%

Eletrólitos:

• de 100 NF a 100.000uF - resolução de 1nF, precisão: 5%

Indutância:

• de 10nH a 20H - resolução 10nH, precisão: 5%

Resistência:

• 1 mOhm a 0,5 Ohm - resolução de 1 mOhm, precisão: 5%

Aqui você precisa melhorar - o dispositivo funciona mais como um miliohmímetro. Quase não mede resistores maiores que um ohm. A placa de circuito impresso do instrumento foi projetada de forma que um display LCD possa ser conectado na parte superior. Para ajustar o contraste da tela, use o resistor de corte R10.

Todos os resistores são de filme metálico, 1%. Dois capacitores de 1nF também com desvio de 1%. A capacitância CX1 - 33nF, também é crítica - deve ser de polipropileno com alta tensão de operação do capacitor (várias centenas de volts). O acelerador deve estar baixo em Rdc. O medidor possui um conector para um adaptador de rede separado, que ignora o botão liga/desliga.

Se o dispositivo funcionar com um adaptador de energia externo, você poderá aumentar o brilho da luz de fundo da tela diminuindo o valor do resistor R11. Consulte a documentação do seu display para selecionar o valor correto do resistor.

Tenha em mente que os capacitores eletrolíticos devem ser descarregados antes da medição, caso contrário existe o perigo de queimar o controlador. Todos os arquivos de montagem do circuito (várias opções de firmware, placas de circuito impresso) estão no arquivo. .

Os capacitores são amplamente utilizados em todos os tipos de circuitos eletrônicos e quase nenhum circuito de rádio pode funcionar sem eles. Neste projeto discutiremos a técnica de construção de um medidor de capacitância digital utilizando um microcontrolador PIC. Este projeto pode medir valores de capacitância de 1 nF a 99 uF (respectivamente, também mede picofarads). O microcontrolador utilizado neste projeto é o PIC16F628A.

O circuito consiste em duas partes, a primeira parte do circuito é apresentada abaixo:

Segunda parte:

As saídas da segunda parte do circuito são conectadas às saídas do microcontrolador, conforme designações nelas.

Este medidor de capacitância é baseado no princípio de carregar um capacitor através de um resistor em série. Se soubermos o tempo que leva para o capacitor carregar até uma tensão conhecida, então podemos resolver esta equação para C sabendo o valor de R.

Conhecendo o valor do resistor (neste caso é 22K) e o tempo de carga, podemos agora resolver a equação do capacitor para calcular a capacitância C. Este é o princípio utilizado no programa. A medição começa quando o botão de medição é pressionado. A capacitância medida é exibida no display LCD. Para alimentar o circuito, é necessária uma fonte de alimentação de 5V.

O firmware do microcontrolador é escrito em C. Pro para o compilador PIC. O valor máximo da capacitância mensurável é 99,99 uF. O programa exibe a mensagem “Fora da faixa” se o valor medido estiver fora da faixa. É claro que microfarads levarão mais tempo para medir do que pico ou nanofarads. O dispositivo é bastante preciso e o erro é de apenas 1 nF.

Observação: Os capacitores de alta tensão devem ser descarregados com um resistor de alta resistência antes de iniciar a medição.

Exemplos de capacidades medidas:

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Certa vez, encontrei um artigo na Internet de um desenvolvedor asiático que descrevia um dispositivo medidor de capacitância. Foi montado usando um microcontrolador e um monte de peças “extras”. Uma vez fornecidas as fórmulas e o princípio de cálculo da capacidade, decidi fazer o meu próprio dispositivo com o número mínimo necessário de elementos que satisfaçam as minhas necessidades. Como ainda havia memória livre, decidi adicionar uma função de medidor de frequência.

O dispositivo possui apenas dois botões, um botão de reset (definido como “0”) e um botão para alternar os modos de operação:

"Medidor de frequência", "medição de pF", "medição de nF"

O princípio de operação do dispositivo é baseado na medição do tempo que leva para carregar um capacitor até uma certa tensão “limiar”. O cálculo é feito no microcontrolador através da fórmula abaixo:

onde T é o tempo de carga, R é a resistência do circuito de carga, C é a capacitância do capacitor, VC1 é a tensão no capacitor no momento T, E é a EMF do circuito.

O medidor de capacitância opera em duas faixas de medição: “gradação pF 1pF” e “gradação nF 1nF”.

Faixa de medição do primeiro modo.........................1 pF - 20 nF, precisão 1 pF
Faixa de medição do segundo modo.........................1 nF - 22 µF, precisão 1 nF
Faixa de medição do terceiro modo.........................1 µF - 2000 µF, precisão 1 µF
Faixa de medição de frequência................................10 Hz(*1Hz) - 8 MHz, precisão de 10Hz (*1Hz)
* - Para a versão do dispositivo com indicador no controlador HD44780

PROJETO:

Os bits fusíveis do microcontrolador podem ser programados para serem sincronizados a partir de um oscilador RC interno a uma frequência de 8 MHz ou a partir de um ressonador de quartzo externo.

Para aqueles que estão tendo problemas para encontrar um display adequado, estou postando o diagrama de conexão e firmware para o display de caracteres com o driver KS0066U (HD4478).

Display TIC 8148...Analógico TIC55M

Com este medidor de capacitância você pode medir facilmente qualquer capacitância, desde unidades de pF até centenas de microfarads. Existem vários métodos para medir capacitância. Este projeto usa o método de integração.

A principal vantagem de utilizar este método é que a medição é baseada na medição do tempo, o que pode ser feito com bastante precisão em um MC. Este método é muito adequado para um medidor de capacitância caseiro e também pode ser facilmente implementado em um microcontrolador.

Princípio de funcionamento de um medidor de capacitância

Os valores são expressos em unidades SI, t segundos, R ohms, C farads. O tempo durante o qual a tensão no capacitor atinge o valor V C1 é expresso aproximadamente pela seguinte fórmula:

Desta fórmula segue-se que o tempo t1 é proporcional à capacitância do capacitor. Portanto, a capacitância pode ser calculada a partir do tempo de carga do capacitor.

Esquema

A Fórmula 2 expressa o tempo que leva para carregar o capacitor de 0 volts. Porém, é difícil trabalhar com tensão próxima de zero pelos seguintes motivos:

• A tensão não cai para 0 volts. Leva algum tempo para o capacitor descarregar completamente. Isto levará a tempos de medição maiores.
• Tempo necessário entre partidascarregando e iniciando o cronômetro. Isso causará erro de medição. Para AVR isto não é crítico porque isso requer apenas um ciclo de clock.
• Corrente de fuga na entrada analógica. De acordo com a ficha técnica do AVR, o vazamento de corrente aumenta quando a tensão de entrada está próxima de zero volts.

Para evitar essas dificuldades, foram utilizadas duas tensões limite VC 1 (0,17 Vcc) e VC 2 (0,5 Vcc). A superfície da PCB deve estar limpa para minimizar as correntes de fuga. A tensão de alimentação necessária para o microcontrolador é fornecida por um conversor DC-DC alimentado por uma bateria de 1,5VAA. Em vez de um conversor DC-DC, é aconselhável usar 9 Vbateria e conversor 78 eu05, de preferênciaTambémnão desligueDBO, caso contrário poderão surgir problemas com EEPROM.

Calibração

Para calibrar a faixa inferior: Usando o botão SW1. Em seguida, conecte o pino 1 e o pino 3 em P1, insira um capacitor de 1nF e pressione SW1.

Para calibrar a faixa alta: Feche os pinos 4 e 6 do conector P1, insira um capacitor de 100nF e pressione SW1.

A inscrição “E4” quando ligada significa que o valor de calibração não foi encontrado na EEPROM.

Uso

Alcance automático

O carregamento começa através de um resistor de 3,3M. Se a tensão no capacitor não atingir 0,5 Vcc em menos de 130 mS (>57nF), o capacitor é descarregado e recarregado, mas através de um resistor de 3,3 kOhm. Se a tensão no capacitor não atingir 0,5 Vcc em 1 segundo (>440µF), aparece a inscrição “E2”. Quando o tempo é medido, a capacidade é calculada e exibida. O último segmento exibe a faixa de medição (pF, nF, µF).

Braçadeira

Você pode usar parte de um soquete como braçadeira. Ao medir pequenas capacitâncias (unidades de picofarads), o uso de fios longos é indesejável.