مقياس السعة باستخدام اردوينو

عندما نصادف لوحات الدوائر التي تم تصميمها مسبقًا أو نخرج واحدة من التلفزيون القديم أو الكمبيوتر ، في محاولة لإصلاحها. وأحيانًا نحتاج إلى معرفة سعة مكثف معين في اللوح لإزالة الخطأ. ثم نواجه مشكلة في الحصول على القيمة الدقيقة للمكثف من اللوحة خاصةً إذا كان جهاز Surface Mount. يمكننا شراء معدات لقياس السعة ، لكن كل هذه الأجهزة مكلفة وليست للجميع. مع وضع ذلك في الاعتبار ، سنقوم بتصميم مقياس اردوينو بسيط للسعة لقياس سعة المكثفات غير المعروفة.

يمكن صنع هذا العداد بسهولة كما أنه فعال من حيث التكلفة. نحن ذاهبون لجعل متر السعة باستخدام اردوينو أونو ، شميت الزناد البوابة والمؤقت 555.

المكونات المطلوبة:

• 555 الموقت IC
• IC 74HC14 Schmitt بوابة الزناد أو البوابة NOT.
• 1K المقاوم (2 قطعة) ، 10KΩ المقاوم
• مكثف 100nF ، مكثف 1000 درجة فهرنهايت
• 16 * 2 LCD ،
• اللوح وبعض الموصلات.

شرح الدائرة:

يظهر الرسم التخطيطي لمقياس السعة باستخدام Arduino في الشكل أدناه. الدائرة بسيطة ، شاشة LCD متصلة بـ Arduino لعرض السعة المقاسة للمكثف. دائرة مولد الموجة المربعة (555 في الوضع Astable) متصلة بـ Arduino ، حيث قمنا بتوصيل المكثف الذي يجب قياس سعته. يتم استخدام بوابة الزناد Schmitt (IC 74LS14) لضمان تغذية الموجة المستطيلة فقط في Arduino. لتصفية الضوضاء أضفنا مكثفات عبر الطاقة.

يمكن لهذه الدائرة قياس السعات بدقة في النطاق 10nF إلى 10uF.

555 الموقت IC القائم على مولد الموجة المربعة:

بادئ ذي بدء ، سنتحدث عن مولد الموجة المربعة 555 Timer IC ، أو هل ينبغي أن أقول 555 Astable Multivibrator. نحن نعلم أن سعة المكثف لا يمكن قياسها مباشرة في دائرة رقمية ، بمعنى آخر ، تتعامل UNO مع الإشارات الرقمية ولا يمكنها قياس السعة مباشرة. لذلك نستخدم دائرة مولد الموجة المربعة 555 لربط المكثف بالعالم الرقمي.

ببساطة ، يوفر المؤقت خرج موجة مربعة يرتبط ترددها مباشرة بالسعة المتصلة بها. لذلك نحصل أولاً على إشارة الموجة المربعة التي يكون ترددها ممثلًا لسعة مكثف غير معروف ، ونرسل هذه الإشارة إلى UNO للحصول على القيمة المناسبة.

التكوين العام 555 في وضع Astable كما هو موضح في الشكل أدناه:

يعتمد تردد إشارة الخرج على مقاومات RA و RB ومكثف C. يتم إعطاء المعادلة على النحو التالي ،

التردد (F) = 1 / (الفترة الزمنية) = 1.44 / ((RA + RB * 2) * C).

هنا RA و RB قيم مقاومة و C هي قيمة السعة. من خلال وضع قيم المقاومة والسعة في المعادلة أعلاه ، نحصل على تردد الموجة المربعة الناتجة.

سنقوم بتوصيل 1KΩ كـ RA و 10KΩ كـ RB. هكذا تصبح الصيغة ،

التردد (F) = 1 / (الفترة الزمنية) = 1.44 / (21000 * C).

من خلال إعادة ترتيب الشروط لدينا ،

السعة C = 1.44 / (21000 * F)

في كود البرنامج الخاص بنا (انظر أدناه) ، للحصول على قيمة السعة بدقة ، قمنا بحساب النتيجة في nF بضرب النتائج التي تم الحصول عليها (بالفاراد) بـ "1000000000". كما أننا استخدمنا 20800 بدلاً من 21000 ، لأن المقاومة الدقيقة لـ RA و RB هي 0.98 كيلو و 9.88 كيلو.

لذا إذا عرفنا تردد الموجة المربعة ، يمكننا الحصول على قيمة السعة.

بوابة شميت الزناد:

الإشارات التي تم إنشاؤها بواسطة دائرة المؤقت ليست آمنة تمامًا ليتم تقديمها مباشرة إلى Arduino Uno. مع مراعاة حساسية UNO ، نستخدم بوابة الزناد Schmitt. بوابة الزناد شميت هي بوابة منطقية رقمية.

توفر هذه البوابة الإخراج بناءً على مستوى جهد الدخل. يشتمل مشغل Schmitt على مستوى جهد THERSHOLD ، عندما يكون لإشارة الإدخال المطبقة على البوابة مستوى جهد أعلى من THRESHOLD للبوابة المنطقية ، فإن الإخراج يرتفع. إذا كان مستوى إشارة جهد الدخل أقل من THRESHOLD ، فسيكون خرج البوابة منخفضًا. مع ذلك لا نحصل عادةً على مشغل Schmitt بشكل منفصل ، فلدينا دائمًا بوابة NOT تتبع مشغل Schmitt. تم شرح عمل Schmitt Trigger هنا: بوابة Schmitt Trigger

سنستخدم شريحة 74HC14 ، تحتوي هذه الشريحة على 6 بوابات من نوع Schmitt Trigger. هذه البوابات الستة متصلة داخليًا كما هو موضح في الشكل أدناه.

يظهر جدول الحقيقة لبوابة Schmitt Trigger المقلوبة في الشكل أدناه ، وعلينا أن نبرمج UNO لعكس الفترات الزمنية الإيجابية والسلبية في نهاياتها.

نقوم بتوصيل الإشارة الناتجة عن دائرة الموقت ببوابة ST ، سيكون لدينا موجة مستطيلة من الفترات الزمنية المقلوبة عند الإخراج وهو أمر آمن لإعطاء UNO.

اردوينو يقيس السعة:

يحتوي Uno على نبضة خاصة بوظيفة ، والتي تمكننا من تحديد مدة الحالة الإيجابية أو مدة الحالة السلبية لموجة مستطيلة معينة:

Htime = pulseIn (8، عالي) ؛ Ltime = pulseIn (8، منخفض) ؛

و pulseIn التدابير وظيفة في الوقت الذي ارتفاع أو انخفاض مستوى موجود في PIN8 من أونو. و pulseIn التدابير وظيفة هذه المرة العليا (Htime) ومنخفضة الوقت (Ltime) في ثوان الصغيرة. عندما نضيف Htime و Ltime معًا ، سيكون لدينا مدة الدورة ، وبعكسها سيكون لدينا التردد.

بمجرد أن نحصل على التردد ، يمكننا الحصول على السعة باستخدام الصيغة التي ناقشناها سابقًا.

الملخص والاختبار:

باختصار ، قمنا بتوصيل المكثف غير المعروف بدائرة المؤقت 555 ، والتي تولد خرج موجة مربعة يرتبط ترددها مباشرة بسعة المكثف. يتم إعطاء هذه الإشارة إلى UNO من خلال بوابة ST. يقيس UNO التردد. مع معرفة التردد ، نقوم ببرمجة UNO لحساب السعة باستخدام الصيغة التي تمت مناقشتها سابقًا.

دعونا نرى بعض النتائج التي حصلت عليها ،

عندما قمت بتوصيل 1uF Electrolytic Capacitor ، تكون النتيجة 1091.84 nF ~ 1uF. والنتيجة باستخدام مكثف بوليستر 0.1 فائق التوهج هي 107.70 نانوفاراد ~ 0.1 فائق التوهج

ثم قمت بتوصيل مكثف سيراميك 0.1 فائق التوهج وكانت النتيجة 100.25 نانوفاراد ~ 0.1 فائق التوهج. كما أن النتيجة باستخدام المكثف الكهربائي 4.7 فائق التوهج هي 4842.83 نانوفاراد ~ 4.8 فائق التوهج

هذه هي الطريقة التي يمكننا بها قياس سعة أي مكثف.