Ампервольтметр для лабораторного блоку живлення Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

 Коментарі до статті

Цей прилад призначений для спільної роботи з блоком живлення, опис якого опубліковано в [1], однак може бути підключений до іншого подібного блоку. Він не тільки показує вихідну напругу та струм навантаження блоку, але й виконує кілька додаткових функцій, що роблять лабораторний блок живлення більш надійним та полегшують практичну роботу з ним.

Основна функція пропонованого ампервольтметра (далі АВМ) - вимірювання вихідної напруги та струму навантаження блока живлення - доповнена можливістю індикації встановленого порога спрацьовування струмового захисту блоку, зібраного за описом [1]. Це позбавляє необхідності в процесі встановлення цього порога навантажувати блок заданим максимальним струмом, після чого акуратно "ловити" потрібне положення ручки управління. Наявний в АВМ мікроконтролер легко обчислює поточне значення порога за виміряним ним напругою на двигуні змінного резистора R5 (див. рис. 1 в [1]) і опору датчика резистора струму R13 (там же). Обчислене значення виводиться на РКІ.

Рис. 1

За результатами вимірювання напруги на вході та виході блоку і струму навантаження обчислюються і відображаються значення потужності навантаження та потужності, що розсіюється регулюючим транзистором блоку. Крім того, контролюється температура тепловідведення цього транзистора. За результатами її вимірювання автоматично вмикається та вимикається вентилятор, що обдує тепловідведення. А у разі значного перегріву блок живлення відключається від мережі.

Додаткова функція АВМ - обмеження викиду струму зарядки конденсаторів, що згладжують, живильного блоку випрямляча, який виникає при його включенні в мережу. Крім того, в АВМ передбачено режим самокалібрування.

Розміри приладу лише трохи перевищують габарити застосованого у ньому РКІ. Залежно від вибраного режиму відображення на його екран виводяться вихідна напруга, В і струм навантаження, А (рис. 1); потужність навантаження, Вт (рис. 2); поріг спрацьовування струмового захисту, А (рис. 3); температура тепловідведення регулюючого транзистора, ^оС, що розсіюється ним потужність, Вт (рис. 4). Якщо в процесі роботи будь-який з параметрів, які не виведені в даний момент на екран, змінився, його значення з'являється на ньому, а згодом колишній режим відображення відновлюється.

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Схема АВМ показано на рис. 5. Його основні вузли - вхідні дільники напруги та перешкододавлюючі фільтри, мікроконтролер DD1, що містить АЦП і виробляє всі необхідні обчислення, а також десятирозрядний РКІ HG1.

Рис. 5 (натисніть , щоб збільшити)

Керують АВМ за допомогою двох кнопок. Кнопкою SB1 перемикають режими відображення по кільцю представленої на рис. 1-4 послідовності. Кнопка SB2 призначена для включення та вимкнення блоку живлення, з яким працює АВМ.

Так як АЦП, вбудований в мікроконтролер, здатний вимірювати лише напругу, що не перевищує напругу його живлення, на двох входах АЦП встановлені дільники напруги. Перший, що складається з резисторів R1 і R3, зменшує вдесятеро вихідну напругу блоку живлення. Другий дільник складається з резисторів R2 і R10 і має коефіцієнт розподілу 20. Він зменшує до прийнятного АЦП значення напруга, що надходить на блок живлення від випрямляча. Вимірювання цієї напруги необхідно для обчислення потужності, що розсіюється на регулювальному транзисторі.

У ланцюгах вимірювання струму навантаження і порога спрацьовування струмового захисту дільники не потрібні, так як напруга на датчику струму R13 [1] і двигун змінного резистора R5 [1] не перевищує допустимого для АЦП значення.

На всі використовувані входи АЦП мікроконтролера вимірювана напруга подається через ФНЧ із частотою зрізу близько 7 Гц. Це R4C1 у каналі вимірювання вихідної напруги (U_вих), R5C2 у каналі вимірювання струму навантаження (I_н), R6C3 у каналі вимірювання порога спрацьовування струмового захисту (I_Макс), R7C4 у каналі вимірювання температури та R9C5 у каналі вимірювання випрямленої напруги U_{ви ПР} потрібні для зниження похибки, пов'язаної з пульсацією вимірюваної напруги.

Оброблені програмою результати роботи АЦП виводяться на індикатор HG1, підключений до мікроконтролера за інтерфейсом I²C. Оскільки згідно специфікації I²C, виходи інтерфейсних сигналів повинні бути виконані за схемою з відкритим колектором (стоком), програма конфігурує лінії PB0 та PB2 мікроконтролера відповідним чином. Навантажувальними для них є два резистори збірки DR1.

Ще два резистори тієї ж збірки підтримують високий рівень на входах PB1 та PB3, коли під'єднані до них кнопки SB1 та SB2 не натиснуті. Натискання на будь-яку з них встановлює на відповідному вході низький рівень. Високий рівень на вході установки мікроконтролера у вихідний стан підтримує резистор R10.

Висновки мікроконтролера, які використовуються для завантаження програми на його пам'ять, виведені на роз'єм X3, який за необхідності з'єднують із програматором. Транзистор VT1 за сигналами мікроконтролера керує підсвічуванням екрана РКІ HG1.

Вимірювані сигнали подають гнучким кабелем, на якому встановлено розетку X1. Сигнали управління вентилятором, включенням блоку живлення, а також управління ланцюгом обмеження струму зарядки конденсаторів, що згладжують, випрямляча виведені на штирову колодку X2.

Напруга живлення 5 подається на висновки 5 і 15 мікроконтролера. Так як від виведення 15 живиться вбудований АЦП, для виключення перешкод його роботі ланцюг цього висновку включений фільтр L1C9. Через конденсатор С7 замикається імпульсна складова струму, що споживається мікроконтролером.

АВМ змонтовано на двосторонній друкованій платі (рис. 6). Перед монтажем її потрібно "продзвонити" та видалити виявлені непротруєні перемички між провідниками. Для мікроконтролера на платі рекомендується встановити панель, так як при помилках програмування мікроконтролерів сімейства AVR нерідкі випадки порушення їх зв'язку зі звичайним послідовним програматором. Її можна відновити тільки за допомогою так званого високовольтного програматора, в панель якого доведеться перенести мікроконтролер, витягнутий з панелі на платі АВМ.

Рис. 6 (натисніть , щоб збільшити)

Оскільки в домашніх умовах металізувати отвори плати важко, висновки деталей необхідно пропаювати з обох сторін. Панель для мікроконтролера при цьому має бути цанговою, інакше пропаяти її висновки з боку установки деталей не вдасться. Отвори, показані на рис. 6 залитими, за відсутності металізації необхідно вставити та пропаяти з двох сторін короткі відрізки неізольованого дроту.

Металізацію можна виконати і за допомогою порожнистих мідних заклепок (пістонів), вставляючи в отвори плати і розвальцьовуючи з двох сторін. Набори таких пістонів продаються, наприклад, під торговими марками LPKF EasyContac та BG9.S rivets, проте вони досить дорогі.

На платі передбачені отвори для її кріплення та місця для встановлення кнопок SB1 і SB2, а також ще однієї не показаної на схемі кнопки (вона позначена SB3 і через проміжне реле може використовуватися як кнопка SB1 [1]) і світлодіода HL1 [1]. Контакти кнопки SB3 та виводи світлодіода з'єднані з роз'ємом X5, який також на схемі не показаний.

При необхідності габарити плати можна зменшити до 65x42 мм, обрізавши її за наявною на рис. 6 штрихової лінії. У цьому випадку кнопки SB1 і SB2 розташовують у будь-якому зручному місці і з'єднують з роз'ємом X4 джгутом дротів або відрізком плоского кабелю.

Резистори дільників напруги (R1-R3, R10) – С2-23 з допустимим відхиленням від номіналу ±1 %. Якщо резистор R2 номіналом 191 ком знайти не вдасться, його можна скласти з двох номіналами 180 і 10 ком. Інші резистори - С1-4-0,125. Терморезистор RK1 з негативним температурним коефіцієнтом опору - B57703. Резисторне складання 5A332J може бути замінене вітчизняною НР-1-4-4М із резисторів номіналом 3,3 кОм. Конденсатори – керамічні К10-17 або імпортні. Дросель L1 – EC-24 на 100 мкГн.

В АВМ застосовані рознімання BLD-6 (X1), PLD-6 (X2), PLD-10 (X3), PLS-4 (X4, X5). Кнопки - будь-які тактові з довжиною штовхача, наприклад TS-A6PS.

Індикатор - MT-10T11 [2] з будь-якими буквеними та цифровими індексами, крім 3V0. Індикатори з таким індексом розраховані на напругу живлення 3 і при 5 В працювати не будуть. Підійде також індикатор MT-10T12, однак він вдвічі більший.

Польовий транзистор 2N7000 можна замінити будь-яким іншим n-канальним з ізольованим затвором і пороговою напругою не більше 3 В. Можна використовувати навіть біполярний транзистор структури npn, проте це призведе до більшої потужності, що розсіюється на ньому, і меншої яскравості підсвічування.

Мікроконтролер ATtiny26-16PU можна спробувати замінити на ATtiny26L-PU, але його робота гарантована при частоті кварцового резонатора трохи більше 8 МГц. Програма мікроконтролера розроблена серед Atmel AVR Studio і написана мовою асемблера. Завантажити їх у пам'ять микроконтроллера можна з допомогою фірмового програматора AVR ISP mk II безпосередньо із середовища розробки чи користуватися програмою AVReAl [3] і адаптером Altera ByteBlaster [4]. Розташування висновків роз'єму X3 відповідає саме цьому адаптеру. Не виключено використання інших програматорів для мікроконтролерів сімейства AVR. Коди з файлу avm.hex заносять у FLASH-пам'ять мікроконтролера, та якщо з файла avm.eep - у його EEPROM. Конфігурація мікроконтролера має відповідати рис. 7.

Рис. 7

Алгоритм роботи програми полягає у циклічному опитуванні п'яти каналів виміру з частотою 50 Гц. При вимірюваннях в каналах напруги і струму зразкова напруга АЦП дорівнює 2,56 і подається від вбудованого в мікроконтролер джерела. При вимірі температури зразковим служить напруга живлення мікроконтролера (5).

Результати роботи АЦП складаються в кільцевий буфер, у якому вміщаються 25 відліків, кожен із яких займає два байти (АЦП мікроконтролера - десятиразрядный). Фактично для кожного каналу зберігається історія з останніх п'яти відліків. Для зменшення флюктуації показань у кожному каналі обчислюється середнє п'ять останніх відліків [5]. Після обробки значення струму і напруги представляються цілими числами, що лежать в інтервалі 0-255, причому ціна молодшого розряду напруги - 0,1 В, а струму - 0,01 А. Отже, межі вимірювання напруги та струму рівні відповідно 25,5 В 2,55 А.

Значення випрямленої напруги на вході блока живлення [1] на індикаторі не відображається, але використовується для обчислення потужності, що розсіюється цим блоком.

Поправочні коефіцієнти кожного каналу (крім каналу температури), враховують розкид параметрів АЦП і резисторів дільників напруги, зберігаються в EEPROM мікроконтролера. За умовчанням усі вони дорівнюють 1, але в результаті виконання процедури самокалібрування можуть приймати значення від 0 до 2-1/64 з кроком 1/64.

Температура може набувати значення від -55 до +125 оС і відображається на РКІ в цілих градусах Цельсія. Для обчислення використовується табличне перетворення результату роботи АЦП. Якщо виміряне значення температури більше 45 ^оЗ формується команда на включення вентилятора, якщо менше 40 ^оЗ вентилятор вимикається. У разі перевищення температури 90 ^оЗ відбувається аварійне відключення блоку живлення, а на РКІ виводиться напис "Overheat".

Щоб запустити режим самокалібрування, необхідно кнопкою SB2 подати сигнал вимкнення блоку живлення (АВМ при цьому залишається увімкненим), потім натиснути на кнопку SB1 і, утримуючи її, ще раз натиснути на SB2. Після цього на роз'єм X1 АВМ подають такі зразкові напруги: на вхід U_{ви ПР} (конт. 6) – 40 В, на вхід U_вих (конт. 1) – 20 В, на входи I_н(конт. 2) та I_Макс (конт. 5) - 0,5 В, що відповідає падінню напруги на датчику струму (R13 [1]) при Iн = 2 A. На вхід контролю температури (у точку з'єднання резисторів R7, R8 і терморезистора RK1) подають напругу 4 Ст.

При калібруванні канали позначаються на індикаторі літерами в крайньому лівому знайомому: U - вихідна напруга, I - струм навантаження, L - струм спрацьовування захисту, t - температура, r - напруга випрямляча. Наприклад, перед калібруванням каналу вихідної напруги виводиться напис, показаний на рис. 8.

Рис. 8

Вибирають канали калібрування по черзі натисканнями на кнопку SB1, а за допомогою SB2 запускають процес калібрування обраного каналу. Про його завершення та запис результату в EEPROM повідомить напис "Saved", а ще через 2 с на індикаторі можна буде побачити значення відповідного параметра, обчислене з використанням підібраного коефіцієнта. Після цього можна натисканням кнопки SB1 перейти до наступного каналу або повторити калібрування колишнього, натиснувши на SB2.

Виводячи на індикатор значення вихідної напруги, АВМ враховує падіння напруги на датчику струму, віднімаючи його з результату виміру. Тому після завершення калібрування, поки зразкова напруга з входів АВМ знята, на індикатор, що працює в режимі відображення вихідної напруги і струму навантаження, буде виведено 19,5 В (на 0,5 В менше зразкової напруги 20 В) і 2 А (відповідає падінню напруги 0,5 на датчику струму).

До блоку живлення [1] АВМ підключають за схемою, зображеною на рис. 9. Резистор R13, згідно з описом блоку, складений з трьох одноватних резисторів номіналом 1 Ом, з'єднаних паралельно, і має опір 0,33 Ом. До них потрібно додати ще один такий самий резистор, зменшивши загальний опір до 0,25 Ом. Це спрощує розрахунки, які проводять мікроконтролер АВМ.

Рис. 9

На тій же схемі показаний службовець джерелом вхідної напруги блоку живлення випрямляч на трансформаторі T1 і діодах VD1-VD4, з вузлом обмеження струму зарядки конденсатора, що згладжує після включення. Для його роботи одночасно з сигналом, що відкриває транзистор VT1, що призводить до спрацьовування реле K1 і подачі напруги мережі на мережеву обмотку трансформатора, мікроконтролер подає і сигнал, що відкриває фототранзистор оптрона U1. В результаті транзистор VT2 після включення блоку залишається закритим, а струм зарядки конденсаторів, що згладжують, випрямляча тече через обмежує його резистор R5.

Програма мікроконтролера АВМ стежить за швидкістю зміни напруги цих конденсаторах. Як тільки вона достатньо зменшиться (це означає, що конденсатори зарядилися майже повністю), сигнал, що відкриває фототранзистор оптрона U1, буде знятий. В результаті напруга затвор-витік транзистора VT2 збільшиться. Його канал сток-витік відкриється. Оскільки опір відкритого каналу всього 0,018 Ом, помітний струм через резистор R5 більше не тече і на подальшу роботу пристрою не впливає.

Трансформатор T1 - ТТП-60 2x12 Ст. Діоди Шоттки 90SQ045, з яких зібраний мостовий випрямляч, можуть бути замінені на 1N5822.

Сам АВМ живиться від окремого джерела U2 напругою 5, основна вимога до якого - мінімум пульсацій. Мікроконтролер споживає трохи більше 20 мА, підсвічування індикатора - близько 100 мА, ще 100 мА потрібно реле K1 (TRIL-5VDC-SD-2CM).

Файл друкованої плати АВМ у форматі Sprint Layout 5.0 та програму його мікроконтролера можна завантажити з ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/02/avm.zip.

література

1. Височанський П. Простий лабораторний блок живлення 1...20В з регульованим струмовим захистом. – Радіо, 2006, № 9, с. 37.
2. Рідкокристалічний модуль MT-10T11. - melt.com.ru/docs/MT-10T11.pdf.
3. AVReAl - ISP програматор AVR. - real.kiev.ua/avreal/.
4. Адаптери, з якими може працювати AVReAl. - real.kiev.ua/old/avreal/ru/adapters.html.
5. AVR222: 8-point Moving Average Filter. - atmel.com/Images/doc0940.pdf.

Автор: В. Рибаков

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Колір за прикладом восьминога 09.08.2003 Восьминіг змінює свій колір, скорочуючи або розширюючи пігментні клітини, розсіяні у шкірі. Матеріал із такими властивостями отримали японські хіміки з фірми "Фуджі-Ксерокс". Вони виготовили мікроскопічні капсули діаметром 20 - 200 мікронів з прозорого полімеру ніпам, що змінює свої розміри в залежності від температури, наповнили ці бульбашки фарбою і змішали з прозорим гелем. При кімнатній температурі капсули з ніпаму розширені і матеріал непрозорий, пофарбований в колір пігменту, що укладений в ніпам. При нагріванні до 40 градусів Цельсія полімер зіщулюється більш ніж удесятеро, і матеріал стає майже прозорим. Уклавши гель з капсулами між двома стеклами, можна отримати вікно зі змінною прозорістю. Можлива розробка комп'ютерного дисплея на цій основі.

Інші цікаві новини:

▪ Алмазний носій даних

▪ Зміна клімату вплинула смак пива

▪ Перші 60 супутників глобального інтернету

▪ Виробництво водню у відкритому морі

▪ Плаваючий мікроробот розвозить ліки

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Електрику. ПУЕ. Добірка статей

▪ стаття Тепловізійна діагностика. Історія винаходу та виробництва

▪ стаття Що таке щеплення рослин? Детальна відповідь

▪ стаття Снити звичайна. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Активна KB антена. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Смолоскип з рота. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024