Целью этого дела было собрать очень точный вольтметр, с 3 цифрами после запятой. Нужен был вольтметр постоянного напряжения показывающий значения напряжения в диапазоне 0-10 В. не подходили. Поэтому после принятия решения о самостоятельном исполнении выбор пал на микросхему ICL7135.
Схема точного цифрового вольтметра
Генератор сделан на микросхеме 4047, он должен также питать преобразователь отрицательного напряжения. Вольтметр имеет три диапазона измерений: 2 V, 20 V, 200 V.
В делителе применены резисторы 0,1%. При запуске системы возникла проблема её калибровки. Не имея доступа к эталонному прибору с точностью не менее 5 цифр, решено было купить готовый источник стабильных напряжений для калибровки. Основан он на AD584KH обеспечивает четыре уровня: 2,5 V и 5,0 V, 7,5 V и 10,0 V.
На прилагаемых фотографиях видно измеренные значения. Корпус вольтметра была изготовлен из листовой стали, выдранной из корпуса старого компьютера. Питание идёт постоянным напряжением от БП на 15 В.
Точность действительно сверх высокая. Показания реально стабильны, даже на открытых (не экранированных) измерительных проводах последняя цифра не «прыгает».
При работе с различными электронными изделиями возникает потребность измерять режимы или распределение переменных напряжений на отдельных элементах схемы. Обычные мультиметры, включённые в режиме AC, могут фиксировать лишь большие значения этого параметра с высокой степенью погрешности. При необходимости снятия небольших по величине показаний желательно иметь милливольтметр переменного тока, позволяющий производить измерения с точностью до милливольта.
Для того чтобы изготовить цифровой вольтметр своими руками, нужен определённый опыт работы с электронными компонентами, а также умение хорошо управляться с электрическим паяльником. Лишь в этом случае можно быть уверенным в успехе сборочных операций, осуществляемых самостоятельно в домашних условиях.
Вольтметр на основе микропроцессора
Выбор деталей
Перед тем, как сделать вольтметр, специалисты рекомендуют тщательно проработать все предлагаемые в различных источниках варианты. Основное требование при таком отборе – предельная простота схемы и возможность измерять переменные напряжения с точностью до 0,1 Вольта.
Анализ множества схемных решений показал, что для самостоятельного изготовления цифрового вольтметра целесообразнее всего воспользоваться программируемым микропроцессором типа РІС16F676. Тем, кто плохо знаком с техникой перепрограммирования этих чипов, желательно приобретать микросхему с уже готовой прошивкой под самодельный вольтметр.
Особое внимание при закупке деталей следует уделить выбору подходящего индикаторного элемента на светодиодных сегментах (вариант типового стрелочного амперметра в этом случае полностью исключён). При этом предпочтение следует отдать прибору с общим катодом, поскольку число компонентов схемы в этом случае заметно сокращается..
Дополнительная информация. В качестве дискретных комплектующих изделий можно использовать обычные покупные радиоэлементы (резисторы, диоды и конденсаторы).
После приобретения всех необходимых деталей следует перейти к разводке схемы вольтметра (изготовлению его печатной платы).
Подготовка платы
Перед изготовлением печатной платы нужно внимательно изучить схему электронного измерителя, учтя все имеющиеся на ней компоненты и разместив их на удобном для распайки месте.
Важно! При наличии свободных средств можно заказать изготовление такой платы в специализированной мастерской. Качество её исполнения в этом случае будет, несомненно, выше.
После того, как плата готова, нужно «набить» её, то есть разместить на своих местах все электронные компоненты (включая микропроцессор), а затем запаять их низкотемпературным припоем. Тугоплавкие составы в этой ситуации не подойдут, поскольку для их разогрева потребуются высокие температуры. Так как в собираемом устройстве все элементы миниатюрные, то их перегрев крайне нежелателен.
Блок питания (БП)
Для того чтобы будущий вольтметр нормально функционировал, ему потребуется отдельный или встроенный блок питания постоянного тока. Этот модуль собирается по классической схеме и рассчитан на выходное напряжение 5 Вольт. Что касается токовой составляющей этого устройства, определяющей его расчетную мощность, то для питания вольтметра вполне достаточно половины ампера.
Исходя из этих данных, подготавливаем сами (или отдаём для изготовления в специализированную мастерскую) печатную плату под БП.
Обратите внимание! Рациональнее будет сразу подготовить обе платы (для самого вольтметра и для блока питания), не разнося эти процедуры по времени.
При самостоятельном изготовлении это позволит за один раз выполнять сразу несколько однотипных операций, а именно:
- Вырезка из листов стеклотекстолита нужных по размеру заготовок и их зачистка;
- Изготовление фотошаблона для каждой из них с его последующим нанесением;
- Травление этих плат в растворе хлористого железа;
- Набивка их радиодеталями;
- Пайка всех размещённых компонентов.
В случае, когда платы отправляются для изготовления на фирменном оборудовании, их одновременная подготовка также позволит выгадать как по цене, так и по времени.
Сборка и настройка
При сборке вольтметра важно следить за правильностью установки самого микропроцессора (он должен быть уже запрограммирован). Для этого необходимо найти на корпусе маркировку его первой ножки и в соответствии с ней зафиксировать корпус изделия в посадочных отверстиях.
Важно! Лишь после того, как есть полная уверенность в правильности установки самой ответственной детали, можно переходить к её запаиванию («посадке на припой»).
Иногда для установки микросхемы рекомендуется впаивать в плату специальную панельку под неё, существенно упрощающую все рабочие и настроечные процедуры. Однако такой вариант выгоден лишь в том случае, если используемая панелька имеет качественное исполнение и обеспечивает надёжный контакт с ножками микросхемы.
После запайки микропроцессора можно набить и сразу же посадить на припой все остальные элементы электронной схемы. В процессе пайки следует руководствоваться следующими правилами:
- Обязательно использовать активный флюс, способствующий хорошему растеканию жидкого припоя по всей посадочной площадке;
- Стараться не задерживать жало на одном месте слишком долго, что исключает перегрев монтируемой детали;
- По завершении пайки следует обязательно промыть печатную плату спиртом или любым другим растворителем.
В том случае, если при сборке платы не допущено никаких ошибок, схема должна заработать сразу после подключения к ней питания от внешнего источника стабилизированного напряжения 5 Вольт.
В заключение отметим, что собственный блок питания может быть подключен к готовому вольтметру по завершении его настройки и проверки, производимой по стандартной методике.
Видео
Амперметры - это устройства, которые используются с целью определения силы тока в цепи. Цифровые модификации изготавливаются на базе компараторов. По точности измерения они различаются. Также важно отметить, что приборы могут устанавливаться в цепи с постоянным и переменным током.
По типу конструкции различают щитовые, переносные, а также встроенные модификации. По назначению есть импульсные и фазочувствительные устройства. В отдельную категорию выделены селективные модели. Для того чтобы более подробно разораться в приборах, важно узнать устройство амперметра.
Схема амперметра
Обычная схема цифрового амперметра включает в себя компаратор вместе с резисторами. Для преобразования напряжения применяется микроконтроллер. Чаще всего он используется с опорными диодами. Стабилизаторы устанавливаются только в селективных модификациях. Для увеличения точности измерений используются широкополосные фильтры. Фазовые устройства оснащаются трансиверами.
Модель своими руками
Собрать цифровой амперметр своими руками довольно сложно. В первую очередь для этого потребуется качественный компаратор. Параметр чувствительности должен составлять не менее 2.2 мк. Минимальное разрешение он обязан выдерживать на уровне в 1 мА. Микроконтроллер в устройстве устанавливается с опорными диодами. Система индикации подсоединяется к нему через фильтр. Далее, чтобы собрать цифровой амперметр своими руками нужно установить резисторы.
Чаще всего они подбираются коммутируемого типа. Шунт в данном случае должен располагаться за компаратором. Коэффициент деления прибора зависит от трансивера. Если говорить про простую модель, то он используется динамического типа. Современные устройства оснащаются сверхточными аналогами. Источником стабильного тока может выступать обычная батарейка литий-ионного типа.
Устройства постоянного тока
Цифровой амперметр постоянного тока выпускается на базе высокочувствительных компараторов. Также важно отметить, что в приборах устанавливаются стабилизаторы. Резисторы подходят только коммутируемого типа. Микроконтроллер в данном случае устанавливается с опорными диодами. Если говорить про параметры, то минимальное разрешение устройств равняется 1 мА.
Модификации переменного тока
Амперметр (цифровой) переменного тока можно сделать самостоятельно. Микроконтроллеры у моделей используются с выпрямителями. Для увеличения точности измерения применяются фильтры широкополосного типа. Сопротивление шунта в данном случае не должно быть меньше 2 Ом. Чувствительность у резисторов обязана составлять 3 мк. Стабилизаторы чаще всего устанавливаются расширительного типа. Также важно отметить, что для сборки понадобится триод. Припаивать его необходимо непосредственно к компаратору. Допустимая ошибка приборов данного типа колеблется в районе 0.2 %.
Импульсные приборы измерения
Импульсные модификации отличаются наличием счетчиков. Современные модели выпускаются на базе трехразрядных устройств. Резисторы используются только ортогонального типа. Как правило, коэффициент деления у них равняется 0.8. Допустимая ошибка в свою очередь составляет 0.2%. К недостаткам устройств можно отнести чувствительность к влажности среды. Также их запрещается использовать при минусовых температурах. Самостоятельно собрать модификацию проблематично. Трансиверы в моделях применяются только динамического типа.
Устройство фазочувствительных модификаций
Фазочувствительные модели продаются на 10 и 12 В. Параметр допустимой ошибки у моделей колеблется в районе 0.2%. Счетчики в устройствах применяются только двухразрядного типа. Микроконтроллеры используются с выпрямителями. Повышенной влажности амперметры данного типа не боятся. У некоторых модификаций имеются усилители. Если заниматься сборкой устройства, то потребуются коммутируемые резисторы. Источником стабильного тока может выступать обычная литий-ионная батарейка. Диод в данном случае не нужен.
Перед установкой микроконтроллера важно припаять фильтр. Преобразователь для литий-ионной потребуется переменного типа. Показатель чувствительности у него находится на уровне 4.5 мк. При резком в цепи необходимо проверить резисторы. Коэффициент деления в данном случае зависит от пропускной способности компаратора. Минимальное давление приборов данного типа не превышает 45 кПа. Непосредственно процесс преобразования тока занимает около 230 мс. Скорость передачи тактового сигнала зависит от качества счетчика.
Схема селективных устройств
Селективный цифровой амперметр постоянного тока изготавливается на базе компараторов с высокой пропускной способностью. Допустимая ошибка моделей равняется 0.3 %. Работают устройства по принципу одностадийного интегрирования. Счетчики используются только двухразрядного типа. Источники стабильного тока устанавливаются за компаратором.
Резисторы применяются коммутируемого типа. Для самостоятельной сборки модели потребуются два трансивера. Фильтры в данном случае могут значительно повысить точность измерений. Минимальное давление приборов лежит в районе 23 кПа. Резкое падение напряжения наблюдается довольно редко. Сопротивление шунта, как правило, не превышает 2 Ом. Токоизмерительная частота зависит от работы компаратора.
Универсальные приборы измерений
Универсальные подходят больше для бытового использования. Компараторы в устройствах часто устанавливаются не большой чувствительности. Таким образом, допустимая ошибка лежит в районе 0.5%. Счетчики используются трехразрядного типа. Резисторы применяются на базе конденсаторов. Триоды встречаются как фазового, так и импульсного типа.
Максимальное разрешение приборов не превышает 12 мА. Сопротивления шунта, как правило, лежит в районе 3 Ом. Допустимая влажность для устройств составляет 7 %. Предельное давление в данном случае зависит от установленной системы защиты.
Щитовые модели
Щитовые модификации производятся на 10 и 15 В. Компараторы в устройствах устанавливаются с выпрямителями. Допустимая ошибка приборов составляет не менее 0.4 5. Минимальное давление устройств равняется около 10 кПа. Преобразователи применяются в основном переменного типа. Для самостоятельной сборки устройства не обойтись без двухразрядного счетчика. Резисторы в данном случае устанавливаются со стабилизаторами.
Встраиваемые модификации
Цифровой встраиваемый амперметр выпускается на базе опорных компараторов. у моделей довольно высокая, и допустимая погрешность равняется около 0.2 %. Минимальное разрешение приборов не превышает 2 мА. Стабилизаторы используются как расширительного, так и импульсного типа. Резисторы устанавливаются высокой чувствительности. Микроконтроллеры часто применяются без выпрямителей. В среднем процесс преобразования тока не превышает 140 мс.
Модели DMK
Цифровые амперметры и вольтметры данной компании пользуются большим спросом. В ассортименте указанной фирмы имеется множество стационарных моделей. Если рассматривать вольтметры, то они выдерживают максимальное давление 35 кПа. В данном случае транзисторы применяются тороидального типа.
Микроконтроллеры, как правило, устанавливаются с преобразователями. Для лабораторных исследований устройства данного типа подходят идеально. Цифровые амперметры и вольтметры этой компании производятся с защищенными корпусами.
Устройство Торех
Указанный амперметр (цифровой) производится с повышенной проводимостью тока. Максимальное давление устройство выдерживает в 80 кПа. Минимальная допустимая температура амперметра равняется -10 градусов. Повышенной влажности указанный не боится. Устанавливать его рекомендуется рядом с источником тока. Коэффициент деления равняется только 0.8. Максимальное давление амперметр (цифровой) выдерживает в 12 кПа. Потребляемый ток устройства составляет около 0.6 А. Триод используется фазового типа. Для бытового использования данная модификация подходит.
Устройство Lovat
Указанный амперметр (цифровой) делается на базе двухразрядного счетчика. Проводимость тока модели равняется только 2.2 мк. Однако важно отметить высокую чувствительность компаратора. Система индикации используется простая, и пользоваться прибором очень комфортно. Резисторы в этот амперметр (цифровой) установлены коммутируемого типа.
Также важно отметить, что они способны выдерживать большую нагрузку. Сопротивление шунта в данном случае не превышает 3 Ом. Процесс преобразования тока происходит довольно быстро. Резкое падение напряжения может быть связано только с нарушением температурного режима прибора. Допустимая влажность указанного амперметра равняется целых 70 %. В свою очередь максимальное разрешение составляет 10 мА.
Модель DigiTOP
Этот постоянного тока выпускается с опорными диодами. Счетчик в нем предусмотрен двухразрядного типа. Проводимость компаратора находится на отметке в 3.5 мк. Микроконтроллер применяется с выпрямителем. Чувствительность тока у него довольно высокая. Источником питания выступает обычная батарейка.
Резисторы используются в приборе коммутируемого типа. Стабилизатор в данном случае не предусмотрен. Триод установлен только один. Непосредственно преобразование тока происходит довольно быстро. Для бытового использования этот прибор подходит хорошо. Фильтры для увеличения точности измерения предусмотрены.
Если говорить про параметры вольтметра-амперметра, то важно отметить, что рабочее напряжение находится на уровне 12 В. Потребление тока в данном случае равняется 0.5 А. Минимальное разрешение представленного прибора составляет 1 мА. Сопротивление шунта располагается на отметке в 2 Ом.
Коэффициент деления вольтметра-амперметра только 0.7. Максимальное разрешение указанной модели составляет 15 мА. Непосредственно процесс преобразования тока занимает не более 340 мс. Допустимая ошибка указанного прибора располагается на уровне в 0.1 %. Минимальное давление система выдерживает в 12 кПа.
Придумать все самому не получается – пока знаний программирования микропроцессоров не достаточно (только учусь), а отставать не хочется. Серфинг Интернета дал несколько разных вариантов как по сложности схемотехники и выполняемых функций, так и самих процессоров. Анализ ситуации на местных радиорынках и трезвый подход (покупать то что по карману; делать то, что реально сможешь, а процесс изготовления да время настройки не затянется на неограниченное время) остановил мой выбор на схеме вольтметра описанного на www.CoolCircuit.com.
Итак, нижеприведенная принципиальная схема уже исправлена
. Прошивка осталась родная (main.HEX - приобщаю).
Те, кто процессоры «держит в руках часто» дальше могут не читать, а остальным, особенно кто в первый раз, расскажу, как все сделать хоть и не оптимально (да простят мне профессионалы стиль изложения), но в итоге правильно.
Итак, для справки: семейство процессоров РІC на 14 ножек имеют разную распиновку поэтому нужно проверить подходит ли имеющийся у Вас программатор с панельками под этот чип. Обратите внимание именно на 8-пиновую панельку, как правило, именно она и подходит, а крайние справа выводы просто висят. Я пользовался обычным программатором «PonyProg» .
Следует учесть при пограммировании РІС важно не затереть калибровочную константу внутреннего генератора чипа ибо внешний кварц здесь не используется. Она записана в последней ячейке (адресе) памяти процессора. Если использовать IcProg, выбрав тип МК, то в окне – «Адрес программного кода» в последней строке обозначенной адресом - 03F8 крайние справа четыре символа и есть указанная индивидуальная константа. (Если микросхема новая и ни разу не программированная то после кучи символов 3FFF – последним будет что то типа 3454 – это самое то).
Чтобы расчет показаний вольтметра соответствовал истине, все сделать правильно и понять процесс происходящего предлагаю хоть не оптимальный но надеюсь понятный алгоритм:
Перед программированием МК, необходимо в IcProg сначала дать команду «Читать все» и посмотреть на вышеуказанную ячейку памяти – там будет значится индивидуальная константа этого чипа. Ее надо переписать на бумажку (в памяти не держать!- забудешь).
- загрузить программный файл прошивки МК – с расширением *.hex (в даном случае -"main.hex") и проверить какая константа записана в той же ячейке в данном программном продукте. Если она отличается – поставить курсор и ввести туда данные, ранее записанные на бумажке.
- нажимаем команду программировать - после появившегося вопроса типа: «использовать ли данные осцилятора из файла» – соглашаетесь. Ибо Вы уже проверили, что там то что надо.
Еще раз прошу прощения у тех, кто программирует много и так не делает, но я пытаюсь донести до начинающих информацию о достаточно важном программном элементе данного микропроцессора и не потерять его из-за разных иногда совсем непонятных, а то и необъяснимых потом ситуаций. Особенно если дрожащими от волнения руками воткнул чип в только что сооруженный и впервые соединенный с компом программатор и, волнуясь, нажимаешь кнопку программировать, а оное чудо техники начинает еще и непонятные вопросы задавать – вот тут то все неприятности и начинаются.
Итак, если все этапы пройдены верно, – микросхема МК готова к использованию. Дальше дело техники.
От себя хочу добавить, что транзисторы здесь не критичные – подходят любые р-n-р структуры, в т.ч. советские, в пластмассовом корпусе. Я использовал выпаянные из импортной бытовой техники после проверки на соответствие структуры проводимости. В этом случае присущ еще один нюанс – расположение вывода базы транзистора может быть по середине корпуса или с краю. Для работы схемы это безразлично, нужно только соответственно формировать выводы при пайке. Постоянные резисторы для делителя напряжения – именно указанного номинала. Если найти импортный подстроечный резистор на 50 кОм не удастся, то советского производства желательно взять чуточку больше - 68 кОм, а 47 кОм брать не рекомендую ибо в случае одновременного совпадения пониженных номиналов - потеряется расчетное соотношение сопротивлений делителя напряжения, которое может быть трудно исправить подстоечником.
Как я уже писал у моего блока питания два плеча – поэтому сделал сразу два вольтметра на одной плате, а индикаторы вывел на отдельную плату для экономии места на лицевой панели. Развел под обычные элементы. Файлы с разводкой плат, исходник и hex прилагаются в архиве. У Вас - SMD, то переделать ее не трудно, если надо обращайтесь.
Для тех, кто захочет повторить этот вольтметр и имеет, как у меня, двухполярный блок питания с общей средней точкой - напоминаю о необходимости питания обоих вольтметров от двух отдельных (гальванически разделенных) источников. Скажем - отдельных обмоток сылового трансформатора или, как вариант – импульсный преобразователь, но обязательно с двумя обмотками по 7 Вольт (нестабилизированных). Для тех, кто будет делать «импульсник»: ток потребления вольтметра от 70 до 100 мА в зависимости от размера и цвета индикатора. Иначе никак ибо на порт МК нельзя подавать отрицательное напряжение.
Если кому понадобится и схема преобразователя, спрашивайте на форуме, я сейчас над этим вопросом работаю.
Архив с нужными даными и печатками в SLayout-5rus:
▼
Автомобильные , лабораторные источники питания, могут иметь токи, которые достигают до 20 ампер и более. Ясно, что пару ампер можно легко померять обычным дешёвым мультиметром, а как быть с 10, 15, 20 и более ампер? Ведь даже на не очень больших нагрузках встроенные в амперметры шунтирующие резисторы в течение длительного времени замера, иногда даже часов, могут перегреться и в худшем случае поплавится.
Профессиональные инструменты для измерения больших токов, достаточно дорогие, так что имеет смысл собрать схему амперметра самому, тем более ничего тут сложного нет.
Электрическая схема мощного амперметра
Схема, как вы можете видеть, очень простая. Её работа уже испытана многими производителями, и большинство промышленных амперметров работают таким же образом. Например, вот эта схема тоже использует данный принцип.
Рисунок платы мощного амперметра
Особенность заключается в том, что в данном случае используется шунт (R1) с сопротивлением очень низкого значения - 0.01 Ом 1% 20W - это дает возможность рассеять совсем немного тепла.
Работа схемы амперметра
Работа схемы довольно проста, при прохождении определенной тока через R1 будет падение напряжения на нём, его можно измерить, для этого напряжение усиливается операционным усилителем OP1 и поступает далее на выход через контакт 6 на внешний вольтметр, включенный на пределе 2V.
Настройки будут заключаться в установке ноля на выходе амперметра при отсутствии тока, и в калибровке, сравнивая его с другим, образцовым инструментом для замера тока. Питается амперметр стабильным симметричным напряжением. Например от 2-х батареек по 9 вольт. Для измерения тока подключите датчик к линии и мультиметр в диапазоне 2V - смотрите показания. 2 вольта будет соответствовать току 20 ампер.
С помощью мультиметра и нагрузки, например небольшой лампочки или сопротивления, мы будем измерять ток нагрузки. Подключим амперметр и получаем показания тока с помощью мультиметра. Рекомендуем выполнить несколько тестов с разными нагрузками, чтобы сравнить показания с эталонным амперметром и убедиться, что все работает правильно. Скачать файл печатной латы можете .