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 .
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:
▼
Лицевая сторона
Общее описание:
Это простой, но в тоже время довольно точный вольтметр. Схема работает на основе АЦП (аналого-цифровой преобразователь) IC CL7107, сделанный компанией Intersil. В схеме имеется 40-контактная микросхема, которая отвечает за преоброзованике аналогового сигнала в цифровой. Схема, как это описано здесь может отображать любое напряжение постоянного тока в диапазоне 0-1999 Вольт.
Технические характеристики:
- Напряжение питания: + / - 5 В (симметричный)
- Требования к питанию: 200 мА (максимум)
- Диапазон измерения: + / - 0-1,999
Особенности:
- Малый размер
- Простота конструкции
- Низкая стоимость
- Простая настройка
- Малое количество внешних компонентов
Как это работает?
Схема:
Дисплей MAN6960
Аналого-цифровой преобразователь, (ADC отныне) более известен как двойной преобразователь наклона или интегрирующего преобразователя. Этот тип преобразователя, как правило, предпочтительнее, чем другие типы, так как он обладает более высокой точностью и прост в дизайне. Работу схемы проще понять, если она описана в два этапа. На первом этапе и в течение заданного периода входное напряжение интегрируется и на выходе интегратора в конце этого периода есть напряжение, которое прямо пропорционально входному напряжению. В конце установленного периода интегратор подается с внутренним опорным напряжением и на выходе схемы постепенно уменьшается, пока не достигнет уровня опорного напряжения (нуль). Второй этап известен как отрицательный период наклона и его продолжительность зависит от выхода интегратора в первом периоде. Поскольку продолжительность первой операции является фиксированной и длина второго является переменной можно сравнить два и таким образом входное напряжение на самом деле по сравнению с внутренним опорным напряжением, и результат кодируется и посылается на дисплей.
Задняя сторона
Все это звучит довольно просто, но это на самом деле серия очень сложных операций, которые все сделанные АЦП IC с помощью нескольких внешних компонентов, которые используются для настройки схемы и её работы. Более подробно схема работает следующим образом. Напряжение измеряется через точки 1 и 2 цепи и цепи через R3, R4 и C4, наконец, применяется к контактам 30 и 31 ИС. Это вход IC, как вы можете видеть из ее диаграммы (В высоких и в низких соответственно). Резистор R1 вместе с С1 используются для установки частоты внутреннего генератора (часы), который установлен на частоте около 48 Гц. В этот тактовой частоте насчитывается около трех различных показаний в секунду. Конденсатор C2, который соединен между выводами 33 и 34, ИС была выбрана, чтобы компенсировать погрешности, вызванной внутренним опорным напряжением, а также держит дисплей устойчивым. Конденсатор C3 и резистор R5 вместе образуют цепь, которая делает интеграцию входного напряжения и в то же время предотвращает разделение входного напряжения, делает контур быстрее и надежнее, возможность ошибки значительно снижается. Конденсатор C5 вынуждает инструмент отображать нуль, когда нет напряжения на его входе. Резистор R2 вместе с P1 используются для настройки прибора при вводе в эксплуатацию. Резистор R6 контролирует ток, который протекает через дисплей. Три правых дисплея подключены, чтобы они могли показать все цифры от 0 до 9, а первый слева может отображать только номер 1, и когда напряжение отрицательно знак минус. Вся схема работает от симметричной? 5 В постоянного тока, которая применяется в контактах 1 (+5 В) , 21 (0 В) и 26 (-5 В) из IC.
Изготовление:
Прежде всего рассмотрим несколько основ в изготовлении электронной схемы на печатной плате. Плата выполнена из тонкого изолирующего материала, покрытого тонким слоем токопроводящей меди, которая формируется таким образом, чтобы сформировать необходимые проводники между различными компонентами схемы. Использование правильно спроектированной печатной платы очень необходимо, поскольку это ускоряет изготовление и существенно уменьшает возможность совершения ошибок. Медь должна быть луженая в процессе производства и покрыта специальным лаком, который защищает её окисления, а также чтобы делать пайки проще. Пайка компонентов к плате является единственным способом, чтобы построить вашу схему и от того, как вы это делаете зависит в значительной степени ваш успех или неудача. Эта работа не очень сложная, и если вы будете придерживаться нескольких правил, с которыми вы не должны иметь никаких проблем. Паяльник, который вы используете, должен быть легким и его мощность не должна превышать 25 Ватт. Есть много различных типов припоя на рынке и вы должны выбрать тот, который содержит необходимый флюс, чтобы обеспечить идеальную совместимость. Для того, чтобы спаять компонент правильно, вы должны сделать следующее: очистить компонент с помощью небольшого куска наждачной бумаги. Согните их на правильном расстоянии от компонента и вставьте компонент на своё место на борту.
Размещение:
PCB размеры: 77,6 мм х 44,18 мм или масштабировать его на уровне 35%
Возьмите горячий утюг и поместите его кончик на поводке компонентов, держа конец проволочного припоя в точке, где ведущий выходит. Когда припой начинает плавиться и течь, подождать, он охватит равномерно всю область вокруг отверстия и поток кипит и выходит из-под припоя. Вся операция не должна занимать более 5 секунд. Если все было сделано правильно поверхность шва должна иметь светлое металлическую отделку и ее края должны быть гладкие. Если припой в трещинах или имеет форму капли, то вы сделали сухой шов и вы должны удалить припой и переделывать. Постарайтесь, чтобы не перегреть дорожки, поскольку можно сместить их с доски и разбить их. Не используйте больше припои, так как вы работаете с риском короткого замыкания соседних дорожек на плате, особенно если они очень близко друг к другу. Когда вы закончите вашу работу, нужно отрезать избыток компонентов и очистите доску тщательно подходящим растворителем, чтобы удалить все остатки флюса, которые могут по-прежнему остаться на нем.
Рекомендуется начать работу по идентификации компонентов и разделения их на группы. Есть два момента, в изготовлении этого проекта, что вы должны соблюдать: перемычка используется для управления десятичной точки на дисплее. Если вы собираетесь использовать инструмент только для одного диапазона вы можете сделать перемычку соединение между самым правым отверстием на борту и соответствующим требуемой позиции для десятичной точки для конкретного приложения. Если вы планируете использовать вольтметр в различных диапазонах, вы должны использовать один полюс, трехпозиционный переключатель, сдвинуть десятичную точку в нужное место для диапазона измерения выбранного. (Этот переключатель может предпочтительно быть объединен с переключателем, который используется, чтобы фактически изменить чувствительность прибора). Помимо этого рассмотрения, и на то, что небольшой размер платы и большое количество стыков на нем что требует очень тонкого наконечника паяльника, строительство проекта очень простое. Вставить разъем IC и припаять его на месте, припаять флажки, резисторы, конденсаторы и многооборотный триммера Р1. Поверните доску и очень тщательно припаяйте дисплей ИС от медной стороны платы. Не забудьте проверить базу IC, как только одна строка будет покрыта за дисплеи и уже будет невозможно увидеть какую-либо ошибку, что вы возможно и сделали после того, как припаяли дисплеи на место. R3 контролирует диапазон измерения вольтметра и если вы предоставите для некоторых средств, для переключения различных резисторов на его месте вы можете использовать инструмент в диапазоне напряжений.
Замена резисторов:
- 0 - 2 В ………… R3 = 0 Ом 1 %
- 0 - 20 В ……….. R3 = 1,2 кОм 1 %
- 0 - 200 В ………. R3 = 12 кОм 1 %
- 0 - 2000 В ……… R3 = 120 кОм 1 %
Когда вы закончите всю пайку на доске и вы уверены, что все в порядке, вы можете вставить IC на свое место. ИК CMOS очень чувствительны к статическому электричеству. Это следует завернуть в алюминиевую фольгу, чтобы защитить его от статических разрядов и с ним следует обращаться с большой осторожностью, чтобы не повредить его. Старайтесь избегать касаясь его флажков руками. Подключите схему к подходящему источнику питания? 5 В постоянного тока и включите питание. Дисплеи должен загореться немедленно и должнен сформировать ряд. Короткое замыкание входной (0 В) и отрегулируйте триммер P1 пока на дисплее не будет « 0 ».
Компонеты:
- R1 180k
- R2 22k
- R3 12k
- R4 1M
- R5 470k
- R6 560 Ом
- С1 100 пФ
- C2, C6, C7 100нФ
- С3 47nF
- С4 10нФ
- С5 220nF
- P1 20k триммер многооборотный
- U1 ICL 7107
- LD1, 2,3,4 MAN 6960 общий анод LED дисплей
Если он не работает:
Проверьте остатки пайки, из-за низ могут вонзникнуть проблемы. Проверьте еще раз все внешние подключения к схеме, чтобы увидеть есть ли ошибка. Смотрите, что нет ли никаких недостающих компонетов или вставленных в неправильных местах. Убедитесь, что все поляризованные компоненты были припаяны правильно. Убедитесь, что питания имеет правильное напряжение и связано правильно, вокруг вашей схемы. Проверьте исправны ли, или может повреждены ваши компоненты.
Источник питания:
Эта конструкция описывает простой вольтметр, с индикатороми на двенадцати светодиодах. Данное измерительное устройство позволяет отображать измеряемое напряжение в диапазоне значений от 0 до 12 вольт с шагом в 1 вольт, причем погрешность в измерении очень низкая.
На трех операционных усилителях LM324 собраны компараторы напряжения. Их инверсные входы подсоединены к резисторному делителю напряжения, собранного на резисторах R1 и R2, через который на схему идет контролируемое напряжение.
На неинвертирующие входы операционных усилителей поступает опорное напряжение с делителя, выполненного на сопротивлениях R3 - R15. Если на входе вольтметра отсутствует напряжение, то на выходах ОУ будет высокий уровень сигнала и на выходах логических элементов будет логический ноль, поэтому светодиоды не светятся.
При поступление на вход светодиодного индикатора измеряемого напряжения, на определенных выходах компараторов ОУ установится низкий логический уровень, соответственно на светодиоды поступит высокий логический уровень, в результате чего загорится соответствующий светодиод. Для предотвращения подачи уровня напряжения на входе устройства имеется защитный стабилитрон на 12 вольт.
Этот вариант рассмотренной выше схемы отлично подойдет любому автовладельцу и даст ему наглядную информацию о состоянии заряда аккумуляторной батареи. В данном случае задействованы четыре встроенных компаратора микросборки LM324. Инвертирующими входами формируются опорные напряжения 5,6V, 5,2V, 4,8V, 4,4V соответственно. Напряжение аккумулятора напрямую поступает на инвертирующий вход через делитель на сопротивлениях R1 и R7.
Светодиоды выступают в роли мигающих индикаторов. Для настройки, вольтметр, подсоединяют к АКБ, затем регулируют переменный резистор R6 так, чтобы нужные напряжения присутствовали на инвертирующих выводах. Зафиксируйте индикаторные светодиоды на передней панели авто и нанесите рядом с ними напряжение аккумулятора, при котором загораются тот, или иной индикатор.
Итак, хочу сегодня рассмотреть очередной проект с применением микроконтроллеров, но еще и очень полезный в ежедневных трудовых буднях радиолюбителя. Это цифровое устройство на современном микроконтроллере. Конструкция его была взята из журнала радио за 2010 год и может быть с легкостью перестроена под амперметр в случае необходимости.
Это простая конструкция автомобильного вольтметра используется для контроля напряжения бортовой сети автомобиля и расчитана на диапазон от 10,5В до 15 вольт. В роли индикатора применены десять светодиодов.
Сердцем схемы является ИМС LM3914. Она способна оценить уровень входное напряжение и отобразить приблизительный результат на светодиодах в режиме точка или столбик.
Светодиоды выводят текущее значение напряжения аккумулятора или бортовой сети в режиме точки (вывод 9 не подключен или подсоединен на минус) или столбика (вывод 9 к плюсу питания).
Сопротивление R4 регулирует яркость свечения светодиодов. Резисторы R2 и переменный R1 образуют делитель напряжения. При помощи R1 осуществляется настройка верхнего порога напряжения, а при помощи резистора R3 нижнего.
Калибровка схемы делается по следующуму принципу. Подаем на вход вольтметра 15 вольт. Затем изменяя сопротивление R1, добивемся, зажигания светодиода VD10 (в режиме точка) или всех светодиодов(в режиме столбик).
Затем на вход подаем 10,5 вольт и R3 добиваемся свечения VD1. А затем увеличиваем уровень напряжение с шагом в половину вольта. Тумблер SA1 используется для переключения между режимами индикации точка/столбик. При замкнутом SA1 – столбик, при разомкнутом – точка.
Если напряжение на аккумуляторной батареи ниже уровня 11 вольт, стабилитроны VD1 и VD2 не пропускают ток, из-за чего светится только HL1, говорящий о низком уровне напряжения бортовой сети автомобиля.
Если напряжение лежит в интервале от 12 до 14 вольт, стабилитрон VD1 отпирает VT1. HL2 горит, указывая на нормальный уровень АКБ. Если напряжение батареи выше 15 вольт, стабилитрон VD2 отпирает VT2, и загорается светодиод HL3, показывающий значительное превышение напряжения в сети автомобиля.
В роли индикатора, как и в предыдущей конструкции, применены три светодиода.
При низком напряжении уровне загорается HL1. Если норма HL2. А более 14 вольт, вспыхивает третий светодиод. Стабилитрон VD1 формирует опорное напряжение для работы ОУ.
Многие начинающие радиолюбители, собирая себе, сначала, простой , без наворотов, в дальнейшем, думаю, захотят расширения его функциональности. Здесь есть два варианта, можно собрать новый блок питания, идущий сразу с защитой, с регулировкой тока, и возможно какими-либо другими, расширенными возможностями. Либо пойти тем путем, каким пошел я, произведя апгрейд или говоря по другому, усовершенствование существующего, проверенного временем блока питания.
В свое время собрал, для своего простого регулируемого блока питания, плату регулировки тока и плату защиты от КЗ, дополнив, таким образом, его схему. Но при пользовании этим блоком питания, напряжение на выходе, по прежнему, приходилось выставлять ориентируясь по показаниям мультиметра, включенным как вольтметр. Также и ток, при включенной регулировке выходного тока, приходилось выставлять по показаниям миллиамперметра тестера. Это показалось мне неудобным, хотелось, чтобы была цифровая индикация тока и напряжения, и тогда начал уже было подыскивать схему ампер-вольтметра на микроконтроллере AVR Меге 8 и подобную. Как при просмотре одного из видео на Ю-тубе, увидел в блоке питания такой встраиваемый в различные электронные приборы ампер - вольтметр, как на фото ниже:
Под видео была приведена ссылка на китайский интернет магазин Али - экспресс. У меня уже имелся опыт заказа с Али, для тех, кто еще не пользовался их услугами, скажу, что если в лоте указана бесплатная доставка, то доставка действительно бесплатная, без подвоха. Товар приходит в Россию в течении 45 дней.
Причем в случае недоставки или подобных неприятностей, покупатель получает всю уплаченную сумму целиком, возвращают оперативно, был опыт. Стоимость такого ампер-вольт метра всего 3,6 доллара, что составляет даже с учетом роста долларов, небольшую сумму. Поэтому колебался я недолго, и подыскав наиболее выгодное предложение, заказал. Проводки с разъемами для подключения, идут в комплекте с прибором.
Подключается к измеряемому устройству ампер-вольт метр с помощью трех-пинового разъема. С помощью второго двух пинового разъема на ампер - вольтметр подается питание, которое может быть в диапазоне от 4.5 до 30 вольт. Более подробно со всеми характеристиками можно ознакомиться, посмотрев рисунок, находящийся выше. Поначалу вызвало затруднение подключение разъема 3 Pin, на странице заказа была лишь путаная схема. Впоследствии, на странице другого продавца, аналогичного товара, нашел следующий рисунок - схему подключения:
На практике все выглядит проще, плюс питания у нас идет на красный провод и на нагрузку. Минус питания идет на черный провод, а оставшийся синий провод (на рисунке желтый) идет на минус нагрузки. Таким образом, у нас амперметр включается в разрыв цепи минуса. Если нам амперметр не нужен при пользовании, мы подключаем только черный и красный провода, синий (желтый) провод просто никуда не подключаем, возможно, это не совсем правильно, но все работает. Мой ампер-вольт метр работал немного неточно, как по току, так и по напряжению, и был мной откалиброван сверяясь с показаниями двух мультиметров, на случай если на одном из них подсела батарея, и он начал врать.
В устройстве предусмотрена калибровка по току и напряжению, путем вращения двух головок под крестовую отвертку. Крепится ампер - вольтметр с помощью четырех пластмассовых распорок находящихся попарно сверху и снизу. Аналогично крепятся малогабаритные клавишные выключатели. Единственный недостаток, выявленный при пользовании ампер-вольт метром это то, что он, несмотря на заявленное разрешение 0.01 А. показывает ток не от нуля, а примерно от 30 - 50 миллиампер, поэтому выставлять по нему небольшие токи может быть проблематично.
В целом прибором остался доволен, если бы стал собирать ампер-вольт метр сам, на МК, наверняка и размеры были бы больше, и по стоимости выше. Разумеется, сфера применения этого прибора не ограничивается одними регулируемыми блоками питания, его можно встроить в любое устройство, где важен контроль тока и напряжения. А/В-метр идет со встроенным шунтом и позволяет измерять токи до 10 Ампер, при напряжении до 100 Вольт. Если необходимо самому собрать подобное устройство - принципиальная схема и прошивка есть в .
