Misuratore di capacità utilizzando arduino

Quando ci imbattiamo in circuiti stampati precedentemente progettati o ne estraiamo uno dal vecchio televisore o computer, nel tentativo di ripararlo. E a volte abbiamo bisogno di conoscere la capacità di un particolare condensatore nella scheda per eliminare il guasto. Quindi dobbiamo affrontare un problema nell'ottenere il valore esatto del condensatore dalla scheda, specialmente se si tratta di un dispositivo a montaggio superficiale. Possiamo acquistare apparecchiature per misurare la capacità, ma tutti questi dispositivi sono costosi e non per tutti. Con questo in mente, progetteremo un semplice misuratore di capacità Arduino per misurare la capacità di condensatori sconosciuti.

Questo misuratore può essere facilmente realizzato e anche conveniente. Ci accingiamo a fare misuratore di capacità utilizzando Arduino Uno, porta trigger di Schmitt e 555 Timer IC.

Componenti richiesti:

• 555 timer IC
• IC 74HC14 Schmitt trigger gate o NOT gate.
• Resistenza da 1K Ω (2 pezzi), resistenza da 10KΩ
• Condensatore 100nF, condensatore 1000µF
• LCD 16 * 2,
• Breadboard e alcuni connettori.

Spiegazione del circuito:

Lo schema del circuito del misuratore di capacità che utilizza Arduino è mostrato nella figura sottostante. Il circuito è semplice, un LCD è interfacciato con Arduino per visualizzare la capacità misurata del condensatore. Un circuito generatore a onda quadra (555 in modalità Astable) è collegato ad Arduino, dove abbiamo collegato il condensatore di cui è necessario misurare la capacità. Un trigger gate di Schmitt (IC 74LS14) viene utilizzato per garantire che solo l'onda rettangolare venga inviata ad Arduino. Per filtrare il rumore abbiamo aggiunto un paio di condensatori attraverso l'alimentazione.

Questo circuito può misurare con precisione le capacità nell'intervallo da 10 nF a 10 uF.

Generatore a onda quadra basato su IC 555 Timer:

Prima di tutto parleremo del generatore di onde quadre basato su 555 Timer IC, o dovrei dire 555 Astable Multivibrator. Sappiamo che la capacità di un condensatore non può essere misurata direttamente in un circuito digitale, in altre parole l'UNO si occupa di segnali digitali e non può misurare direttamente la capacità. Quindi utilizziamo il circuito generatore di onde quadre 555 per collegare il condensatore al mondo digitale.

In parole semplici, il timer fornisce un'uscita a onda quadra la cui frequenza è direttamente implicata nella capacità ad esso collegata. Quindi per prima cosa otteniamo il segnale ad onda quadra la cui frequenza è rappresentativa della capacità del condensatore sconosciuto e alimentiamo questo segnale a UNO per ottenere il valore appropriato.

Configurazione generale 555 in modalità Astable come mostrato nella figura seguente:

La frequenza del segnale di uscita dipende da RA, resistori RB e condensatore C.L'equazione è data come, Frequenza (F) = 1 / (Periodo di tempo) = 1,44 / ((RA + RB * 2) * C).

Qui RA e RB sono valori di resistenza e C è il valore di capacità. Mettendo i valori di resistenza e capacità nell'equazione sopra otteniamo la frequenza dell'onda quadra di uscita.

Collegheremo 1KΩ come RA e 10KΩ come RB. Quindi la formula diventa, Frequenza (F) = 1 / (Periodo di tempo) = 1,44 / (21000 * C).

Riorganizzando i termini che abbiamo, Capacità C = 1,44 / (21000 * F)

Nel nostro Codice di programma (vedi sotto), per ottenere il valore di capacità accuratamente abbiamo calcolato il risultato in nF moltiplicando i risultati ottenuti (in farad) per “1000000000”. Inoltre abbiamo usato "20800" invece di 21000, perché le resistenze precise di RA e RB sono 0.98K e 9.88K.

Quindi se conosciamo la frequenza dell'onda quadra possiamo ottenere il valore di capacità.

Schmitt Trigger Gate:

I segnali generati dal circuito del timer non sono completamente sicuri per essere dati direttamente ad Arduino Uno. Tenendo presente la sensibilità di UNO, utilizziamo il trigger gate di Schmitt. Il trigger gate di Schmitt è un gate logico digitale.

Questo gate fornisce OUTPUT in base al livello di tensione INPUT. Uno Schmitt Trigger ha un livello di tensione THERSHOLD, quando il segnale INPUT applicato al gate ha un livello di tensione superiore alla THRESHOLD del gate logico, OUTPUT diventa HIGH. Se il livello del segnale di tensione INPUT è inferiore a THRESHOLD, l'USCITA del cancello sarà BASSA. Con questo di solito non otteniamo il trigger di Schmitt separatamente, abbiamo sempre un gate NOT dopo il trigger di Schmitt. Il funzionamento di Schmitt Trigger è spiegato qui: Schmitt Trigger Gate

Stiamo per usare 74HC14 circuito integrato, questo chip ha 6 porte trigger di Schmitt in esso. Queste porte SIX sono collegate internamente come mostrato nella figura sottostante.

La tabella della verità del gate di trigger di Schmitt invertito è mostrata nella figura sottostante, con questo dobbiamo programmare l'UNO per invertire i periodi di tempo positivo e negativo ai suoi terminali.

Colleghiamo il segnale generato dal circuito del timer al gate ST, avremo un'onda rettangolare di periodi di tempo invertiti in uscita che è sicuro da dare a UNO.

Arduino misura la capacità:

Uno ha una funzione speciale pulseIn , che ci consente di determinare la durata dello stato positivo o la durata dello stato negativo di una particolare onda rettangolare:

Htime = pulseIn (8, HIGH); Ltime = pulseIn (8, LOW);

La funzione pulseIn misura il tempo per il quale è presente il livello High o Low al PIN8 di Uno. La funzione pulseIn misura questo tempo alto (Htime) e tempo basso (Ltime) in micro secondi. Quando aggiungiamo Htime e Ltime insieme avremo la Durata del ciclo, e invertendola avremo la Frequenza.

Una volta ottenuta la frequenza, possiamo ottenere la capacità utilizzando la formula che abbiamo discusso in precedenza.

Riepilogo e test:

Quindi, in sintesi, colleghiamo il condensatore sconosciuto al circuito del timer 555, che genera un'uscita ad onda quadra la cui frequenza è direttamente correlata alla capacità del condensatore. Questo segnale è dato a UNO attraverso il gate ST. L'ONU misura la frequenza. Con la frequenza nota, programmiamo l'UNO per calcolare la capacità utilizzando la formula discussa in precedenza.

Vediamo alcuni risultati che ho ottenuto, Quando ho collegato un condensatore elettrolitico da 1uF, il risultato è 1091,84 nF ~ 1uF. E il risultato con un condensatore in poliestere da 0,1 uF è 107,70 nF ~ 0,1 uF

Quindi ho collegato un condensatore ceramico da 0,1 uF e il risultato è 100,25 nF ~ 0,1 uF. Anche il risultato con un condensatore elettrolitico da 4,7 uF è 4842,83 nF ~ 4,8 uF

Quindi è così che possiamo misurare semplicemente la capacità di qualsiasi condensatore.