Как работает цифровой амперметр на микроконтроллере. Какие компоненты нужны для его сборки. Как правильно собрать и настроить цифровой амперметр с дисплеем. Какие преимущества у цифрового амперметра перед аналоговым.
Принцип работы цифрового амперметра на микроконтроллере
Цифровой амперметр на микроконтроллере — это современный измерительный прибор для точного определения силы тока в электрической цепи. Его принцип работы основан на использовании микроконтроллера и аналого-цифрового преобразователя (АЦП) для измерения падения напряжения на токовом шунте и пересчета его в значение тока.
Основные компоненты цифрового амперметра на микроконтроллере:
- Микроконтроллер (например, ATmega8 или PIC16F876)
- АЦП (может быть встроен в микроконтроллер)
- Токовый шунт (низкоомный резистор)
- Усилитель сигнала с шунта
- LCD дисплей для отображения результатов
- Источник питания
Принцип измерения тока заключается в следующем:
- Измеряемый ток проходит через токовый шунт
- На шунте создается падение напряжения, пропорциональное току
- Это напряжение усиливается и подается на вход АЦП
- АЦП преобразует напряжение в цифровой код
- Микроконтроллер обрабатывает код и рассчитывает значение тока
- Результат выводится на ЖК-дисплей
Схема цифрового амперметра на микроконтроллере ATmega8
Рассмотрим простую схему цифрового амперметра на популярном микроконтроллере ATmega8:
«` «`Основные элементы схемы:
- Микроконтроллер ATmega8 — мозг устройства
- ЖК-дисплей 16×2 для вывода измеренного значения тока
- Токовый шунт на 100 мВ (например, 0.01 Ом для диапазона 10А)
- Операционный усилитель для усиления сигнала с шунта
- Стабилизатор напряжения 5В для питания схемы
Программирование микроконтроллера для цифрового амперметра
Программа для микроконтроллера выполняет следующие основные функции:
- Инициализация АЦП и ЖК-дисплея
- Циклическое считывание значений с АЦП
- Пересчет кода АЦП в значение тока
- Вывод результата на дисплей
Пример основного цикла программы на C для ATmega8:
«`c #includeВ этом коде мы непрерывно считываем значение с АЦП, пересчитываем его в ток и выводим результат на ЖК-дисплей каждые 500 мс.
Калибровка цифрового амперметра
Для получения точных измерений необходимо выполнить калибровку амперметра. Процесс калибровки включает следующие шаги:
- Подключение эталонного источника тока известной величины
- Измерение показаний амперметра
- Расчет калибровочного коэффициента
- Внесение коэффициента в программу микроконтроллера
Калибровку рекомендуется проводить для нескольких точек во всем диапазоне измерений амперметра.
Преимущества цифрового амперметра на микроконтроллере
Цифровой амперметр на микроконтроллере имеет ряд преимуществ перед традиционными аналоговыми приборами:
- Высокая точность измерений
- Широкий диапазон измеряемых токов
- Возможность автоматического выбора предела измерений
- Цифровая индикация результата
- Дополнительные функции (сохранение данных, интерфейс с ПК и т.д.)
Применение цифровых амперметров
Цифровые амперметры на микроконтроллерах находят широкое применение в различных областях:
- Электротехника и электроника
- Автомобильная промышленность
- Системы электроснабжения
- Лабораторные исследования
- Бытовая техника
Их использование позволяет повысить точность измерений и автоматизировать процессы контроля тока в различных устройствах и системах.
Расширение функционала цифрового амперметра
Базовую схему цифрового амперметра на микроконтроллере можно расширить дополнительными функциями:
- Измерение напряжения (превращение в мультиметр)
- Запись данных на SD-карту
- Беспроводная передача показаний
- Графический дисплей для построения графиков
- Интерфейс для подключения к компьютеру
Это позволяет создать многофункциональный измерительный прибор на базе простого амперметра.
Меры предосторожности при работе с цифровым амперметром
При использовании цифрового амперметра необходимо соблюдать следующие правила безопасности:
- Не превышать максимально допустимый ток через шунт
- Обеспечить надежную изоляцию токоведущих частей
- Использовать предохранители для защиты от перегрузки
- Соблюдать полярность при подключении
- Не вскрывать корпус прибора при включенном питании
Соблюдение этих мер позволит безопасно эксплуатировать цифровой амперметр и продлить срок его службы.
Простой амперметр на AVR на 3 и 0.3А
Опубликовано 04.03.2014
Это продолжение статьи об универсальном измерительном приборе на микроконтроллере. В ней речь пойдет о том, как на нашей универсальной плате сделать простой амперметр с пределом либо на 3А, либо на 300мА.
Схема
Схема и плата разработанного прибора универсальна. Для сборки амперметра необходимо установить на плату измерительный шунт и операционный усилитель. При этом схема будет выглядеть так:
Схема амперметра на AVR
… и печатная плата
Печатная плата амперметра
Проект платы в формате Sprint-Layout 5.0 можно скачать по ссылке.
Амперметр на 3А
Для сборки версии с пределом измерения от 0 до 3А вам потребуется установить на плату:
- C2 — танталовый конденсатор, 22мкФ, 16В T491C226K016AT, 1шт.
- C1,C3,C4 — конденсаторы на 0,1мкФ в корпусе 0805, 3шт.
- DA1 — стабилизатор L7805 в корпусе D2PAK, 1шт.
- DA2 — операционный усилитель L358N в корпусе SO8, 1шт.
- DD1 — микроконтроллер Atmega8a-au, 1шт.
- J1 — чип-резистор 1206 с сопротивлением 0 Ом, 1шт. (перемычка)
- HL1 — сегментный индикатор BA56-12YWA, 1шт. (желательно устанавливать через колодку)
- R1 — резистор с сопротивлением 0,1 Ом мощностью 1Вт, 1шт.
- R4 — чип-резистор 0805 на 1кОм, 1шт.
- R5 — подстроечный резистор CA6V на 25кОм, 1шт
- R6-R8, R12 — чип-резисторы 0805 на 1кОм, 4шт.
- R9-R11 — чип-резисторы 0805 на 56Ом, 3шт. (можно взять с меньшим сопротивлением для увеличения яркости)
- VT1-VT3 — транзисторы BC807-40, 3шт.
- Гребенка PLS-контактов
При токе через шунт R1 3А, падение напряжения на нем составит 0,3В. Резисторами R4, R5 задается коэффициент усиления этого сигнала по напряжению примерно в 10 раз. Усиленное напряжение поступает на АЦП микроконтроллера. На шунте при этом будет выделяться мощность 0,9Вт, что близко к максимально допустимой мощности. Если вы планируете часто его использовать на пределе измерения, то поставьте резистор R1 с большей мощностью.
Собранный амперметр выглядит следующим образом:
Амперметр на МК с лицевой стороны
Амперметр на МК с обратной стороны
Амперметр на 300мА
Предосторожности
Все особенности схемы уже подробно описаны в предыдущей статье. Остается только напомнить, что амперметр необходимо подключать последовательно с нагрузкой. В противном случае есть риск порчи измерительного шунта и перегрузки входных усилительных каскадов.
Если у вас будут какие-то пожелания относительно пределов измерения, количества включенных разрядов, положения разрядной точки и т.д., то я могу скомпилировать прошивку под ваши нужно. Вам достаточно обратиться ко мне в комментариях или через форму обратной связи на сайте.
UPD:
Для того чтобы сделать версию на 50А необходимо установить элементы как в 3х-амперной версии, кроме резистора R1.
Его сопротивление нужно уменьшить до 0,01Ом. Прошивку можно скачать здесь.
Мы будем очень рады, если вы поддержите наш ресурс и посетите магазин наших товаров shop.customelectronics.ru.
Метки: 0.3А, 3А, Atmega8, AVR, Амперметр Просмотров: 26231
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 рисунке
Вольтметр 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.
Подробное описание работы можно прочитать в статье, в прилагаемом файле, так же исходный код и файл прошивкиdepositfiles.com/files/9p9spo2oo
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.depositfiles.com/files/nsaa4kzkj
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 первом диапазоне и образцового прибора Щ301-1.
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.
Для данного вольтметра корпус не изготавливался, вольтметр был встроен в корпус электролизера, для контроля напряжения на электродах, вместо штатного стрелочного вольтметра.
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.
Для имеющегося шунта необходимо пересчитать ёмкость С2: Сх=(Uпоказ./Uшунт)*С2, где Сх, мкФ — искомая ёмкость конденсатора, Uпоказ., мВ — требуемое максимальное показание амперметра, Uшунт, мВ — напряжение на шунте, соответствующее максимальному измеряемому току, С2 — 2,2мкФ. Пусть на шунте падает 300мВ. Для 10А получается: (1000/300)*2,2 = 7,33 мкФ. Ёмкость лучше округлить в большую сторону, до 8,2мкФ. Номинал резистора R4 придется подобрать, он будет меньше, чем в исходной схеме. Немного измененная прошивка прилагается ниже (так же и исход)
depositfiles.com/files/r753yeofl
Ну вот и все! Оценивайте, комментируйте, критикуйте!
Вольтметр Амперметр с использованием микроконтроллера
picСреда, 5 октября 2022 г. / Ибрар Айюб
|
|
Вольтметр Амперметр Описание
Этот вольтметр-амперметр предназначен для измерения выходного напряжения 0–70 В / 0–500 В с разрешением 100 мВ и силы тока 0–10 А или более с разрешением 10 мА.
Это идеальное дополнение к любому домашнему лабораторному блоку питания, зарядным устройствам и другим электронным устройствам, где необходимо контролировать напряжение и потребляемый ток. Благодаря дополнительной калибровке с помощью кнопок SETUP, UP и DOWN теперь можно откалибровать измеритель для измерения напряжения выше 70 В и тока выше 10 А.
Сердцем вольтметра-амперметра является микроконтроллер PIC16F876A со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и ЖК-дисплеем 2×16 зелено-синей подсветки.
Вольтметр Амперметр использует очень мало внешних компонентов, что позволяет разместить этот удобный измеритель на небольшой печатной плате. Измеритель обеспечивает исключительно точные показания благодаря встроенной программной калибровке и использованию 1% металлопленочных резисторов. Ему требуется только одно напряжение питания, которое можно получить непосредственно от основного источника питания. Весь вольтметр потребляет всего 10 мА при включенной подсветке ЖК-дисплея и 3 мА при выключенной подсветке.
Подсветку ЖК-дисплея можно отключить, отключив резистор 10 Ом от ЖК-дисплея.
Напряжение измеряется с помощью двух соединенных последовательно резисторов 100K и 6,8K.
Чувствительный к току шунтирующий резистор 0,47 Ом включен последовательно с нагрузкой на шину отрицательного напряжения и через резистор 100К подается на микросхему микроконтроллера.
Схема печатной платы вольтметра-амперметра
Схема подключения вольтметра-амперметра
Процесс калибровки вольтметра-амперметра
Кроме того, вольтметр-амперметр можно легко откалибровать, временно подключив три сенсорные кнопки (SETUP, UP & DOWN) или даже кусок провода к портам C1, C2 и C3 микроконтроллера PIC16F876.
Чтобы войти в режим настройки калибровки, убедитесь, что измеритель выключен. Нажмите и удерживайте кнопку SETUP в течение двух секунд при включении питания измерителя, пока на ЖК-дисплее не отобразится сообщение «Setup Mode».
После того, как сообщение «Режим настройки» исчезнет, мы будем калибровать показания напряжения, и показания напряжения будут отображаться на дисплее в реальном времени. Подключите самое высокое напряжение к входу , которое вы обычно измеряете, а затем также подключите к входу коммерческий мультиметр. Мы будем сопоставлять напряжение вольтметра PIC с коммерческим мультиметром. Используйте кнопки ВВЕРХ и ВНИЗ, чтобы согласовать напряжение на обоих устройствах.
После согласования напряжения нажмите кнопку SETUP, чтобы начать калибровку показаний тока. Теперь вы можете снизить напряжение и подключить нагрузку от 500 мА до примерно 2 А последовательно с коммерческим мультиметром на Выход мультиметра PIC. Наконец, снова нажмите кнопку SETUP, и настройки калибровки будут сохранены в энергонезависимой памяти EEPROM микроконтроллера PIC16F876. Процесс калибровки завершен. Память EEPROM сохраняется даже при отключении питания. Калибровка должна быть выполнена только один раз. Если вам когда-нибудь понадобится снова изменить настройки калибровки, вы можете сделать это, следуя инструкциям по калибровке. Теперь мультиметр PIC готов к использованию в источнике питания или любом другом проекте по вашему выбору. Вольтметр Амперметр Комплект |
Опять же, мы будем сопоставлять текущие показания обоих счетчиков.Вы можете приобрести полный комплект вольтметра-амперметра премиум-качества в магазине Electronics-DIY.
Источник: Вольтметр Амперметр
Категории: Metering — Instrument Projects
Теги: pic микроконтроллер, вольтметр амперметр
с использованием микроконтроллера pic
Вторник, 3 января 2023 г.
/ Ибрар Айюб,
В этом проекте у нас есть тенденция разрабатывать схему для построения электронного вольтметра, не используя микроконтроллер. Здесь мы имеем тенденцию использовать очень умеренную ИС для работы по напряжению, особенно ICL7107/CS7107. Используя ICL7107, мы можем построить правильный и действительно недорогой цифровой измеритель напряжения. ICL7107 может быть 3,5-разрядным аналого-цифровым устройством (АЦП), потребляющим чрезвычайно мало энергии. ИС имеет внутреннюю схему для управления четырьмя семисекционными индикаторами для отображения измеренного напряжения. Он дополнительно включает в себя схему синхронизации и источник опорного напряжения.
Шаг 1: Требования к компонентам
- IC7107
- ЛМ555
- Печатная плата (Wellpcb.com)
- ЛМ7805
- 7-сегментный светодиодный индикатор с общим анодом (количество: 4)
- Клеммная колодка 2 контакта (2)
- 47к
- 1к (5)
- 22к
- 10К
- 120К
- Горшок 5K
- 100 нФ (3)
- 10 мкФ (2)
- 100 пФ
- 220 нФ
- 47 нФ
- Блок питания 9 В/12 В
- Палочки Berg (2)
- 40-контактная база ИС
- 8-контактная база ИС
- Зонд или провод
- Диод 1N4148 (2)
Шаг 2: Принципиальная схема и пояснение к работе
Работа этого электронного вольтметра Принципиальная схема чрезвычайно проста.
АЦП в ИС представляет собой устройство десегрегации или аналого-цифровое устройство двойного типа. Внутренний АЦП этой микросхемы считывает измеряемое напряжение, сравнивает его с эталонным напряжением в помещении и преобразует его в цифровой эквивалент. Затем этот цифровой эквивалент декодируется для семисегментных дисплеев с помощью схемы драйвера в ICL7107, и таким образом отображается более четырех семисегментных диодных дисплеев.
Здесь электрическое устройство R1 и электрический конденсатор C1 не будут устанавливать частоту внутренних часов ICL7107. Электрический конденсатор C2 фильтрует колебания внутреннего опорного напряжения и обеспечивает стабильные показания на семифазных дисплеях. R5 виноват в доминировании вариаций метра. (R5=1K для диапазона 0-20В и 10K для диапазона 0-200В). RV1 может быть потенциометром, который можно использовать для калибровки напряжения измерителя или можно установить опорное напряжение для внутреннего АЦП.
Эта схема включает в себя четыре семифазных светодиодных дисплея с общим анодом и индикатором отрицательного напряжения.
