Вольтметр(амперметр)на микроконтроллере Attiny2313 / Микроконтроллеры / Блоги по электронике
Предлагаю вашему вниманию конструкцию цифрового вольтметра, который также может быть переделан в амперметр. Схема была взята из журнала Радио №2 за 2010 год. Схема представлена на рисункеВольтметр предназначен для измерения напряжения до 0-99,99 в, этот интервал разбит на два участка – 0-9,999в и 10-99,99 в. Переключение с одного диапазона на другой –автоматическое. Входное сопротивление на первом участке – 470 кОм, на втором – около 100 кОм, абсолютная погрешность измерения на первом участке составляет ±3мв, напряжение питания – 15-20 в, потребляемый ток – 60мА(зависит от примененного семисегментного индикатора). Период повторения измерения – 100мс, максимальное время одного цикла преобразования при входном напряжении 9,999 в – 10мс. При превышении измеряемым напряжением 99,99 в на индикаторе отображается число «9999», которое мигает с частотой 2Гц. Полярность входного напряжения — положительная.
Принцип работы вольтметра основан на методе преобразования измеряемого напряжения в частоту с помощью однократного интегрирования. Это позволяет по сравнению с микроконтроллерами, имеющими встроенные десятиразрядные АЦП, получить большую разрешающую способность в широком интервале измеряемого напряжения. Подсчет частоты, переключение пределов и вывод результатов измерения на светодиодный индикатор осуществляет микроконтроллер. Подробное описание работы можно прочитать в статье, в прилагаемом файле, так же исходный код и файл прошивки
Теперь про доработку этого вольтметра. Резистор делителя напряжения R2 я сделал составным – резистор ПТМН – 0,5Вт 100кОм, ±0,25% и последовательно с ним многооборотный подстроечный СП5-2 на 22 кОм, резистор R5 поставил подстроечный СП3-39А на 15 кОм. Это было сделано для точного подбора сопротивления делителя напряжения при настройке вольтметра.
depositfiles.com/files/rsbo4oebv
а вот печатка для SMD компонентов
depositfiles.com/files/zi6xq8x7f
Микроконтроллер прошивался при помощи программатора STK 200/300, в программе CodeVisionAVR.
Фьюзы для CodeVisionAVR
Фьюзы для Pony Prog
Питается вольтметр от трансформаторного блока питания с стабилизатором напряжения на микросхеме 7815, собранном по типовой схеме. Блок питания собран на печатной плате, так же на плате находится составной резистор R2 и R5. Файл печатной платы ниже.
Фото основной платы вольтметра
Фото блока питания
И теперь все в сборе
Настройка вольтметра заключается в установке резистором R3 тока зарядки конденсатора C2 и подбор сопротивления делителя напряжения. Предварительно делитель подстроечными резисторами настраивается – резистор R2 на сопротивление 117 кОм, резистор R5 на сопротивление 13 кОм. На вход прибора подают стабилизированное напряжение в интервале 9…9.8 в, контролируя образцовым вольтметром. Резистором R3 уравнивают показания налаживаемого и образцового вольтметров. Увеличивают напряжение до тех пор, пока вольтметр не переключится на второй диапазон измерений. Если показания вольтметра «зависли» при этом, то резисторами R2 и R5 добиваются переключения вольтметра на второй диапазон, после этого нужно повторить регулировку резистором R3. Подают на вольтметр максимально возможное напряжение до 100 в и резисторами R2 и R5 корректируют показания. Далее подают на вход от 5 до 10 в и при необходимости корректируют показания резистором R3. Проверяется показания вольтметра во всем диапазоне.
Фото показаний вольтметра на втором диапазоне и образцового прибора Щ301-1.
Вольтметр, собранный по этой схеме показал высокую точность показаний, по сравнению с китайскими мультиметрами, его можно применять и как лабораторный.
Так же данная схема вольтметра может быть переделана в амперметр.
Схема изменений приведена ниже
Показания могут лежать в диапазоне от 0,00 до 99,99А.
Децимальная точка зафиксирована, старший разряд при показаниях, меньших 10А не горит.
Делитель изъят, вместо С4 стоит танталовый конденсатор К53-4 6,8мкФ — для усреднения. В сток транзистора VT1 добавил резистор 1ом, ёмкость-то большая, хоть немного ограничивает пиковый ток разряда.
depositfiles.com/files/r753yeofl
Ну вот и все! Оценивайте, комментируйте, критикуйте!
Схема. Вольтметр на микроконтроллере ATtiny2313
Принцип работы вольтметра основан на методе преобразования измеряемого напряжения в частоту с помощью однократного интегрирования. Это позволяет, по сравнению с микроконтроллерами, имеющими встроенные десятиразрядные АЦП, получить большую разрешающую способность в широком интервале измеряемого напряжения. Подсчет частоты, переключение пределов и вывод результатов измерения на светодиодный индикатор осуществляет микроконтроллер. Он работает по программе, коды которой приведены в таблице.
:020000020000FC
:100000002FC0189518955AC11895E9C1ADC018951B
:100010001895189518951895189518951895189578
:06002000189518951895D3
:10006000F8944FED4DBF41E948B944274BBF4FEFDE
:1000800041BD9927442740936900409367004DBDC7
:100090004CBD40936A0042E049BF44E043BF40E0AA
:1000A00040936B0040E040936C0040E24093680056
:1000B00040EC4093700049EF4093710044EA409354
:1000C000720040EB4093730049E94093740042E9A9
:1000D0004093750042E84093760048EF40937700E4
:1000E00040E84093780040E94093790048E8409325
:1000F0007A0043E840937B0046EC40937C0041EA61
:1001000040937D0046E840937E004EE840937F0098
:10011000789440E84093610040EC4093620049E9E4
:100120004093630049EF409364004FEF40936900B0
:10013000409169004423E1F76BD102D00000FDCF6C
:1001400090FD089500916800002309F00895F89447
:100150001FB69160002708BF0AE809BF02E00EBD84
:100170002F933F934F935F93AF93BF93209168006A
:10018000222319F02A9520936800209169002223E8
:1001900019F02A952093690020916A0088942E33E3
:1001A00038F4239520936A002FEF209360000DC050
:1001B00088942A3738F4239520936A0022272093C5
:1001C000600003C0222720936A0004E011E0BB27EF
:1001D000A1E622B3207F212B22BB3D9140916700F5
:1001E000342B38BB54E04FEF4A9544230000000005
:1001F000D9F75A955523B9F7110F0A95002349F7F6
:100200002FEF28BB22B3207F22BBBF91AF915F911C
:100210004F913F912F911F910F911FBE18951FB6BF
:1002200088249924AA24BB240091650010916600BB
:10023000202F312F8894084E134020FOB394202FA4
:10025000A394202F312FF9CF8894022F132F0A4017
:10026000104020F09394202F312FF9CF8894022F43
:10027000132F802EBB27A1E6FF27E0E7E80D0081C2
:100280000D93E0E7E90D00810D93E0E7EA0D0081B1
:100290000D93E0E7EB0D00818894003C11F491FD93
:1002A0000FEF0C9392FB26F000270093670004C029
:1002B00000916000009367001FBE08951FB68F92E3
:1002C0009F92AF92BF920F93lF932F933F934F93Al
:1002D0005F93AF93BF93EF93FF9300270EBD0DBDC8
:1002E0000CBD02E009BF959A0CE00093680004B5CC
:1002F00015B591FB4EF12FE037E28894200B310BBE
:10030000F8F09B7F20916B0027FF0EC0402F512FEC
:100310002F778894420B504018F0042F152F09C0F6
:1003200088940027112705C08894020F2227121FE6
:1003 300038F0009365001093660071DF77D03EC0FF
:10035000310B20F094989D7F9B7F30C02FE037E2D7
:100360008894200B310B08F19B7F949A9260209126
:100370006C0027FF0EC0402F512F2F778894420B1F
:10038000504018F0042F152F09C08894002711271A
:1003900005C08894020F2227121F38F000936500D1
:1003A000109366003CDF42D009C0889494600FE04F
:1003B00017E2009365001093660031DF9E7FFF9186
:1003C000EF91BF91AF915F914F913F912F911F910D
:1003D0000F91BF90AF909F908F901FBE18951FB642
:1003E0000F9300270EBD0DBD0CBD0093650000935B
:1003F000660002E009BF0CE000936800959A0A9538
:100400000EDF9E7F0CE0009368000F911FBE1895D1
:100410004F93AF93BF934FEFBB27AlE64D934D93FF
:100420004D934C93BF91AF914F91089591FB36F04E
:080440000F770093630008959B
:00000001FF
Схема устройства показана на рис. 1 Весь интервал измеряемого напряжения 0…99,99 В разбит на два участка — 0…9,999 и 10,00…99,99 В, которые переключаются автоматически Входное сопротивление на первом участке составляет 470 кОм, на втором — около 100 кОм, абсолютная погрешность измерения на первом участке составляет ±3 мВ. Напряжение питания вольтметра — 15…20 В, потребляемый ток — 60 мА. Период повторения измерений — 100 мс, максимальное время одного цикла преобразования при входном напряжении 9,999 В — 10 мс. При превышении измеряемым напряжением 99,99 В на индикаторе отображается число “9999”, мигающее с частотой 2 Гц.
Измерительная часть устройства состоит из интегратора, собранного на элементах DA1, R3, R4, С2, VT1, делителя напряжения на элементах R2, R5, VT2, компаратора напряжения DA3 и работает следующим образом. В момент запуска преобразования с линии порта PD5 (вывод 9) микроконтроллера DD1 на затвор транзистора VT1 поступает низкий логический уровень и он закрывается. В тот же момент программа записывает число 0x02 в управляющий регистр TCCR1B микроконтроллера DD1, что разрешает работу счетчика TCNT1 от импульсов с тактовой частотой контроллера, деленной на восемь, что составляет 1 МГц. Элементы DA1, R3, R4 образуют источник стабильного тока, от которого заряжается конденсатор С2. Компаратор DA3 сравнивает линейно нарастающее напряжение на этом конденсаторе с измеряемым (входным), поступающим на его неинвертирующий вход. Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение на этом входе компаратора, защищая его от перегрузки.
Как только нарастающее напряжение превысит измеряемое, на выходе компаратора DA3 установится низкий логический уровень. Спад сигнала на входе ISP (вывод 11) контроллера DD1 приведет к записи в регистр ICR1 содержимого счетного регистра TCNT1, запрос на прерывание по событию “захват” и вызов подпрограммы обработки прерывания. Если измеренное значение напряжения превысит 9,999 В, подачей высокого уровня на затвор транзистора VT2 с линии порта PD4 микроконтроллера DD1 будет включен резистивный делитель напряжения R2R5 Для исключения непрерывного переключения участков измерения на их границе программой предусмотрена зона гистерезиса шириной в 199 мВ.
На точность измерения напряжения влияют, главным образом, такие факторы, как нелинейность стабилизатора тока на стабилизаторе DA1, задержка переключения и напряжение смещения нуля компаратора DA3, сопротивление сток—исток открытого транзистора VT1, ТКЕ конденсатора С2. На втором участке на погрешность влияет точность сопротивлений резисторов R2 и R5. Меньшее влияние оказывают температурный и временной дрейфы частоты кварцевого резонатора ZQ1. Все они заметно ухудшают точность измерения в интервале от 0 до 100 мВ. Нестабильности кварцевого резонатора ZQ1, стабилизатора DA1 и ТКЕ конденсатора С2 носят случайный характер поэтому программной компенсации не поддаются. Но погрешности, вносимые компаратором и полевым транзистором VT1, систематические, поэтому их можно скомпенсировать программным путем Для этого после каждого цикла измерения программа прибавляет к полученному значению константу, вычисляемую в процессе налаживания.
В работе прибора возможна ситуация, при которой прерывание по “захвату” может не наступить. Например, если вход вольтметра соединен с общим проводом или измеряемое напряжение равно нулю, а смещение нуля компаратора DA3 таково, что на его выходе постоянно присутствует низкий логический уровень, то спада сигнала на входе ISP микроконтроллера DD1 не будет и возникнет прерывание по переполнению таймера TCNT1 вместо прерывания по событию “захват”. В такой ситуации подпрограмма обработки прерывания по переполнению таймера TCNT1 присвоит измеренному значению нулевое значение.
Конденсатор С7 установлен для подавления выброса напряжения при переключении компаратора DA3, что приводит к ложному возникновению прерывания по событию “захват” В этот момент счетный регистр TCNT1 пуст и на индикатор выводится значение “0,000”. Однако подобный эффект наблюдался у компараторов только одной фирмы-производителя, и, скорее всего, установка конденсатора С7 не потребуется.
Большинство деталей, за исключением индикаторов HG1, HG2, смонтированы на основной печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, чертеж которой показан на рис. 2, а вид смонтированной платы — на рис. 3 Светодиодные индикаторы монтируют на дополнительной монтажной плате и соединяют с основной изолированными проводами.
Применены постоянные резисторы С2-23, Р1 -4, подстроечный — проволочный многооборотный СП5-2. Резисторы R2, R5 необходимо подобрать с допуском не более 0,5 %, причем резистор R2 можно составить из двух, соединенных последовательно Кроме того, сопротивления резисторов R2 и R5 могут немного отличаться от указанных на схеме, главное, чтобы выполнялось соотношение R2 R5=9 Оксидные конденсаторы — импортные конденсатор С2 — металлопленочный на напряжение 100 В, также импортный, от его ТКЕ зависит температурная стабильность вольтметра, поэтому применение керамических конденсаторов недопустимо. Отличные результаты дает применение конденсаторов серий К73-16, К73-17, однако они имеют большие габариты, что потребует доработки печатной платы. Конденсаторы С9, С10 — КД-2, С1, С4, С6—С8 — керамические для поверхностного монтажа типоразмера 0805.
Микроконтроллер DD1 ATtiny2313-20РI можно заменить на AT90S2313 без каких-либо изменений в программе. При питании вольтметра напряжением, большим 15В. стабилизатор КР142ЕН5А необходимо заменить на L7805CV, который допускает работу при входном напряжении до 35 В. Кварцевый резонатор ZQ1 — РК374 или аналогичный импортный, его частота может лежать в диапазоне 7,5…8,5 МГц, точное значение 8 МГц не принципиально. Индикаторы HG1, HG2 — сдвоенные красного свечения с общим анодом, если применить аналогичные Е20362 зеленого свечения, необходимо уменьшить сопротивление резисторов R6—R13 до 100 Ом. Полевые транзисторы VT1, VT2 — любые n-канальные переключательные с изолированным затвором, рассчитанные на управляющие сигналы с ТТЛ уровнями и с сопротивлением канала открытого транзистора не более нескольких Ом. Транзисторы КТ3102А можно заменить на любые из этой серии либо заменить на транзисторы серии КТ503, подобрав экземпляры с коэффициентом передачи тока базы не менее 100. Стабилитрон VD1 — любой малогабаритный с напряжением стабилизации 12… 13 В и током утечки не более 10 мкА.
Налаживание вольтметра заключается в установке резистором R3 тока зарядки конденсатора С2. Напряжение питания вольтметра может быть в интервале 15…20 В и не стабилизированным, что не влияет на точность измерения во время налаживания и последующей эксплуатации. На вход от внешнего источника подают стабилизированное напряжение в интервале 9…9,8 В, контролируемое образцовым вольтметром В качестве такого вольтметра желательно использовать модели которые могут измерять напряжение до 10 В с точностью в 1 мВ. Резистором R3 уравнивают показания налаживаемого и образцового вольтметров. Затем напряжение на входе уменьшают, добиваясь индикации минимального измеряемого напряжения. Здесь возможны два варианта: при нулевом напряжении на входе налаживаемый вольтметр будет показывать 4…50 мВ или же он покажет “0,000” раньше, чем напряжение на входе уменьшится до нуля. По этим результатам вычисляют константу. И в первом и во втором случаях она равна разности показаний. Но в первом случае ее необходимо вычитать из показаний вольтметра, а во втором — прибавлять к ним.
Под константу в программе выделен 1 байт Старший разряд отводится под знак, поэтому максимальное число, на которое можно изменить показания вольтметра, равно 127. Если константу необходимо вычесть, в старший разряд байта записывают 1, если прибавить — 0. Предположим, вольтметр вместо нуля показывает 0,017 В. В двоичном коде число 17 выглядит как 00010001. Поскольку это число необходимо вычитать из показаний, в старший разряд запишем 1 и получим поправку 10010001 или 91 в шестнадцатеричной форме счисления. Эту константу следует записать в файл ATtiny2313.asm, а именно в строке 221 заменить значение 0x00 на 0x91
Для компенсации показаний вольтметра при работе с делителем, когда измеряемое напряжение лежит в интервале 10,00…99,99 В, исходную константу, в нашем примере 17, необходимо разделить на 10 и округлить до целого значения (до 2), т. е. до 00000010. Добавив знак в старший разряд, получим 10000010, т. е 82 в шестнадцатеричной форме исчисления. Эту константу записывают в файле ATtiny2313.asm, заменив в строке 223 число 0x00 на 0x82 После внесения изменений в файл ATtiny2313.asm его необходимо заново откомпилировать и получившимся файлом ATtiny2313.hex перепрограммировать микроконтроллер В завершение настройки, подавая напряжение от внешнего источника в интервале 9…9,8 В, повторной подстройкой резистором R3 добиваются показаний вольтметра, идентичных эталонному вольтметру.
При программировании микроконтроллера устанавливают его конфигурацию: SPMEN=1, DWEN=1, EESAVE=1, SPIEN=0, WDTON=1, BODLEVEL0…2=111, RSTDISBL=1, CKDIV8=1, CKOUT=1, SUT0,1 = 11. CKSEL0…3=1111, где 0 означает, что разряд запрограммирован, а 1 — нет.
Прилагаемые файлы: vmeter3.zip
С. БЕЛЯЕВ, г. Тамбов
“Радио” №2 2010г.
Похожие статьи:
USB программатор микроконтроллеров AVR – AVR910
Частотомер на микроконтроллере
Миниатюрный вольтметр на микроконтроллере
Лабораторный блок питания на микроконтроллере
Преобразователь USB-COM-LPT на микроконтроллере
Бегущие огни на микроконтроллере АТ89С4051
Часы с термометром и барометром на микроконтроллере ATmega8
Автомат световых эффектов на микроконтроллере
Универсальный таймер на PIC-контроллере
Музыкальный звонок на микроконтроллере
Post Views: 722
РадиоКот :: Универсальный вольтметр на Tiny26
РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Измерительная техника >Универсальный вольтметр на Tiny26
Предлагается к повторению универсальный вольтметр на микроконтроллере ATtiny26.
Особенностями конструкции является
— возможность установки децимальной точки в зависимости от выбранного диапазона измерений
— возможность включения встроенного усилителя на 20 входного напряжения , что позволяет использовать конструкцию в качестве амперметра
— возможность измерения входного напряжения дифференциально, по отношению к общему проводу
— сглаживание показаний по алгоритму «скользящее окно» с количеством элементов 32, что позволяет правильно измерять напряжение сложной формы, как, например, после СИФУ.
Измеряемое напряжение через делитель поступает на вход АЦП микроконтроллера, преобразуется в цифровую форму, переводится в десятичный вид и отображается на семисегментном трехразрядном светодиодном индикаторе с общим катодом. Если перемычка х20 не установлена, то число на индикаторе 999 соответствует напряжению на ножке входа АЦП МК около 2,5В. Если перемычку установить, перед преобразованием напряжение усилится в 20 раз, то есть числу 999 будет уже соответствовать около 125 мв. Такое напряжение можно снимать непосредственно с измерительного токового шунта. В этом случае делитель на входе не нужен.
Положением перемычки PIX можно управлять местом размещения децимальной точки на индикаторе. Снятие ее совсем — уберет точку. При указанных на схеме положении перемычки и номиналах делителя (1:40) вольтметр будет измерять и отображать диапазон напряжений 0 — 99.9 В. Процедура гашения незначащих нулей работает в соответствии с выбраным форматом индикации.
Удалением перемычки Gnd можно отвязать, при необходимости, общий провод вольтметра от общего провода конструкции, где он будет установлен, но, при этом, нельзя допускать большей разницы потенциалов, чем питание МК минус 0,7 В. Программа немедленно реагирует на изменение всех конфигурационных перемычек. При необходимости, вместо них можно подключить контакты переключателя.
Индикатор Е30361 имеет аналог ТОТ3361. Типоразмер СМД 0805. Сборки по цепям анодов индикатора были взяты на материнских платах. Номинал их может быть 470 ом — 1,5 ком. От этого будет зависеть только яркость свечения индикатора и, соответственно, ток потребления. Микроконтроллер может быть любым из Tiny26 в корпусе SO20. Фузы при программировании — заводские, изменять не надо.
Выложены две версии прошивки со сглаживанием и без.
Файлы:
Плата в SL5
Прошивка со сглаживанием показаний
Прошивка без сглаживания
Оба исходных текста в ассемблере для AVR Studio 4
Все вопросы в Форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
Вольтметр переменного напряжения (трехфазный) на Atmega48
Для оперативного контроля напряжения промышленной сети или в частном доме (гараже) где проведено 3 фазы, для световой и звуковой сигнализации колебаний сети, и наконец, для удобства использования был разработан этот прибор.Индикация реализована на семисегментном 4-х разрядном светодиодном индикаторе в котором самый старший 4-й разряд показывает выбранную фазу элементами a, g и d (горизонтальными полосками), а оставшиеся три разряда — непосредственно напряжение на выбранной фазе. При выходе напряжения на любой из фаз за установленные пределы в обе стороны загорается красный светодиод и звучит зуммер.
Зарядное устройство для мобильного телефона, это миниатюрный блок питания с током до полампера и входным напряжением 90-240 В! Если покупать отдельно комплектующие, то обойдётся однозначно дороже. Некоторые блоки можно доработать, заменив выходной стабилизатор, а некоторые — использовать сразу в своих конструкциях. Вот его и используем для питания всего этого:
Особых разъяснений схема не требует — всё стандартно включено: питание, фильтры, индикация, звук. Вообще с портов микроконтроллера удобнее управлять через полевые транзисторы, но в загашниках осталась куча прекрасных советских транзисторов в металло-стеклянных корпусах с позолоченными ножками — их же нужно куда-то совать?!
Плата:
Все поместилось в корпус от 830-го мультиметра.
Для того, чтобы при повторении конструкции не пришлось подбирать указанные радиоэлементы, после установки вольтметра в конкретную сеть, к нему в разъём ISP подключается выносной блочок, состоящий из двух кнопок. Перебирая кнопкой «фаза» на вольтметре соответственно фазу, кнопками «+» «-» на выносном блоке подгоняем напряжение ориентируясь на подключенный параллельно образцовый вольтметр. При этом во внутреннюю EEPROM контроллера записывается изменённый коэффициент входного делителя соответствующей фазы.
Фьюзы настроены на работу от внутреннего генератора частотой 8 МГц. Для этого снимем галочку с фьюза CKDIV8. Обязательно включите схему BOD на 2,7 В, чтобы прибор не глючил в отсутствии сети, а то ионистор (подключен параллельно питанию, для поддержания работы прибора в момент отсутствия сети) очень долго разряжается.
Автор: s_black
Исходный текст программы(СИ), файл прошивки микроконтроллера, макет печатной платы SprintLayout5
