Простой цифровой милливольтметр постоянного тока

Views: 4067


ch4020vm-05-150

Простой цифровой вольтметр постоянного тока. Три диапазона измерений с автоматическим переключением 1 – 0,001 – 0,999 V, 2 – 0,01-9,99 V, 3 – 0,1-99,9. Четыре управляемых выхода с возможностью задания функции контроля и времени реакции на событие. Программная калибровка. Функция амперметра, возможность использования для преобразования напряжения шунта для индикации тока.  Устройство выполнено на универсальной плате ch-4000.


 


 Функциональная схема вольтметра.

ch4030vm-11

АЦП – выполняет измерение напряжения и передает данные в модуль контроля. Модули контроля позволяют выполнять контроль напряжения по 4 функциям. 1-контроль наличия напряжения в заданных пределах, если напряжение находиться внутри диапазона заданных напряжений реле замкнуто. 2 – контроль выхода напряжение за установленные границы. Если напряжение выше или ниже заданных параметров – реле замкнуто. 3 – реле замкнуто если напряжение ниже минимального уровня и отключено если выше максимального. 4-реле замкнуто если напряжение выше максимального уровня и разомкнуто если напряжение ниже минимального уровня.


Схема вольтметра. 

Это конфигурации платы для функции аналогового входа. Это вариант для простого вольтметра с одним диапазоном от 0,01 до 10.00 вольт, если R1=180 k, R3=20k (1/10). Если удалить R3, будет диапазон от 0,001 до 1,000 вольта. Если R1=180 k, а R3=1,8 k, это будет 1/100 диапазон от 0,1 до 100,0 вольт.

ch-4030_01

Но плата позволяет сделать 2 автоматических диапазона, ну а если и еще извратиться (бросить проводок), то трех диапазонный. проблема только в том, что логический ноль на выходе контроллера не совсем ноль, это уровень порядка до 20 милливольт, но это терпимо, для диапазон измерения до 10 и 100 вольт. Эти вносимые погрешности можно программно скомпенсировать.

ch-4030_02


Монтажная схема платы.

Оставлены только используемые компоненты. Расположение элементов на верней стороне платы.

ch4020vm-02

Расположение элементов на нижней стороне платы.

ch4020vm-03


 Перечень элементов необходимых для сборки.  

Наименование  Типоразмер  Тип (замена)  Количество  Примечание 
Микроконтроллер SSOP PIC16F1829 1 PIC1
Стабилизатор SO-8 78L05 1 ST1
Ключи SO-14 ULN2003D 1 U1
Индикатор SR410561N/32 1 LD1
Диод SM4007 1 D1
Резистор 1206 0 1 R4
Резистор 1206 22 1 R5
Резистор 0805 680 8 R7,R8,R9,R24,
R25,R26,R27,R28
Резистор 0805 1K 4 R30,R31,R32,R33
Резистор 0805 10K 1 R12
Резистор 0805 180K 1 R1
Резистор 0805 1.8K 1 R13
CHIP BEADS 0805 LCBB-601 1 R11
Резистор 0603 0 1 R37,R39
Конденсатор 0805 0.1x50v 3 C4,C7,C5
Тактовая кнопка SMD TACT 6×6-15.0 4 PB1-PB4
Конденсатор керамический 1206 10,0х25v 1 C8
Конденсатор электролитический 220,0х25v 1 C3
Конденсатор электролитический 100,0х16v 1  C6
Стабилитрон SOT23 BZX84-C5V1 1 Z1
Стабилитрон SOT23 BZX84-C30 1 Z6

Проблема простоты и точности.

Первая простота заключена в самом микроконтроллере. в нем встроен источник опорного напряжения, который позволяет нам получить опорное напряжение 1024 милливольта. Т.е. мы сразу имеем точный отсчет. Это даст без преобразования измерять, просто подавая на вход контролера напряжения от 0,001 до 1,000 вольта.

Простота конструкции не дает возможности сделать высокую точность измерения. Дело в том, что на уровне 1 милливольта всегда присутствуют электронаводки от радио и электросети. Тем более в этом микроконтроллере нет отдельных цепей для аналоговой части, и здесь будет проблематично выполнить измерения в спящем режиме, так как динамическая индикация требует, чтобы контроллер был всегда в работе, ну и плюс цифровой шум, от самого контроллера будет мешать точности измерения. Но микроконтроллер и для того называется микроконтроллером, что здесь есть много вариантов для программной обработки данных.

Для удешевления конструкции мы используем в делители обычные резисторы с 5% допуском, это нам добавит нелинейности которую необходимо будет скорректировать программно, эта функция и функция коррекции нуля на уровнях 10 и 100, реализовано в режиме настройки.

ch-4000_volt01

Для реализации механизма устранения “блыманья” надо будет применить три метода, что-бы получить индикацию приемлемого вида.

Для борьбы с помехами мы применим три метода

  1. Вычисление среднего из N – измерений.
  2. Применение “накапливающего интегратора”.
  3. Поиск минимального сигнала в циклах “накапливающего интегратора”.

 Что дает каждый метод в отдельности.

1. Вычисление среднего их N – измерений. Позволяет выполнить несколько измерений и найти среднее значение, что естественно “сгладит” поверхностные пульсации вызванные электронаводками и цифровым шумом.

	if(GO==0)
	{
//------------------------------------------		
		volt[ctetizm]=ADRESL;			// чтение данных их АЦП
		volt[ctetizm]+=ADRESH<<8;		// ADC data read them
		if(++ctetizm>IZMR)ctetizm=0;
		GO=1;                                   // запуск измерения/start of measurement
		voltage=0;
		for(a=0;a<IZMR;a++)
		{
			voltage+=volt[a];
		}
		voltage=voltage/IZMR;
                if(voltage<voltageMIN)voltageMIN=voltage;

2. Применение “накапливающего интегратора”. Позволит выполнять смену индикации напряжения с “первого” показания (которое в настоящий момент на индикаторе) на “второе” (которое подготовлено блоком обработки сигнала), когда “второе” встречается  в N раз чаще чем “первое”.

	    // ФИЛЬТР устранения дрожания индикации при смене напряжения "накапливающий интегратор"
	    // FILTER jitter display by changing the voltage to "accumulate integrator"
		if(voltage!=voltager && timery)timery--;
		else 
		{
		   	voltager=voltageMIN;
		   	timery=500;				// нельзя делать очень большим, появится эффект тригерности
			voltageMIN=1023;
		}

3. Поиск минимального сигнала в циклах “накапливающего интегратора”. Будут выводить на индикатор минимальное значение, что как показала практика, является более достоверным. А так-ка поиск минимума, должен происходить не во всем времени, а только в моменты периода работы “накапливающего интегратора”, то как раз в эти моменты будет происходить сброс минимума текущего измерения. Сброс будет выполняться к максимальному значению АЦП.

Для автоматического выбора пределов используем условие превышения уровня сигнала выше 1000, для возврата на уровень ниже если ниже 99. Для предотвращения перепрыгивания на уровень выше необходимо сбросить уровень сигнала в буфере на среднее значение.

// функция автоматического переключения на нужный уровень
	if(voltage>1000&&tochraraz==1)
	{
		// выбор уровня 2
		LEVEL01=0;
		LEVEL02=1;
		tochraraz=2;
		for(a=0;a<IZMR;a++)// сброс значение в среднее хначение
		{
			volt[a]=200;
		}
	}	
	else if(voltage>1000&&tochraraz==2)
	{
		// выбор уровня 3
		LEVEL01=1;
		LEVEL02=0;
		tochraraz=3;
		for(a=0;a<IZMR;a++)// сброс измерение в среднее значение
		{
			volt[a]=200;
		}
	}	
	else if(voltage<99&&tochraraz==3)
	{
		// выбор уровня 2
		LEVEL01=0;
		LEVEL02=1;
		tochraraz=2;
		for(a=0;a<IZMR;a++)// сброс измерение в среднее значение
		{
			volt[a]=200;
		}
	}
	else if(voltage<99&&tochraraz==2)
	{
		LEVEL01=1;
		LEVEL02=1;
		tochraraz=1;
		for(a=0;a<IZMR;a++)// сброс измерение в среднее значение
		{
			volt[a]=200;
		}
	}

Расширение функций.

Простое измерение напряжения – малофункционально, поэтому в вольтметре предусмотрено два модуля для контроля напряжения. (для варианта трехдиапазонного измерителя, если использовать один диапазон, то можно сделать 4 управляющих выхода). Функция таймера задержи включения работы модулей-регуляторов, которые задерживают работу модулей от момента включения или изменения параметров настройки.


Описание назначений клавиш управления.

Позиционное расположение клавиш:

[←][→][↓][↑]

Основной режим работы:

[←] выключение или уменьшение задания таймера.

[→] запуск таймера и задание времени его работы.

[↓] вход в режим настройки параметров милливольтметра.

[↑] выбор предела измерений (АВТО/0,000/00,00/000,0).

Режим ввода пароля:

Сообщение [PASS] предупреждает о необходимости ввода пароля.  Сообщение [0.000] говорит от необходимости ввода пароля. Клавишей [→] выбираем разряд в который необходимо ввести число. Клавишей [←] вводится число, диапазон вводимого числа 0-9, A, B, C, D, E, F, G, H. Цифры выбираются последовательно и повторяются по кругу. При вводе пароля нажать клавишу [↓] – для перехода на уровень программирования функций. Каждый уровень имеет свой индивидуальный пароль. Если пароль введен, то до входа в основной режим работы, при движении по уровням, пароль в дальнейшем вводить не надо.

Режим настройки параметров:

[←] выбор функций на уровне функций, уменьшение задания параметра  на уровне параметра функции.

[→] выбор функций на уровне функций, увеличение задания параметра  на уровне параметра функции.

[↓] вход/выход в режим настройки параметра или переход на уровень ниже.

[↑] выход из режима настройки или настройки параметра функции.


 

Продолжение следует…

Схемы в формате pdf

Значок

Простой цифровой милливольтметр постоянного тока - cхемы формате pdf 27.29 KB 903 downloads

Простой цифровой милливольтметр постоянного...

Предварительная прошивка для тестирование, функции измерения и регулирования полностью работают, мастер пароль для всех уровней “1000”

Значок

Простой цифровой милливольтметр постоянного тока - прошивка beta 9.67 KB 756 downloads

Простой цифровой милливольтметр постоянного...

Это может быть интересно


  • TDA7294 part 2TDA7294 part 2
    Views: 300 Це друга частина проекту TDA7294, початок дивись тут. Тут ви знайдете повністю проект високоякісного підсилювача на TDA7294, схема, 3D моделі, гербер файли для виготовлення друкованої плати. І звичайно …
  • CAN – Controller Area NetworkCAN – Controller Area Network
    Views: 1069 Controller Area Network (CAN) первоначально был создан немецким поставщиком автомобильных систем Робертом Бош в середины 1980-х для автомобильной промышленности как метод для обеспечения возможности надежной последовательной связи. Целью было сделать автомобили более надежными, …
  • Trimax – кодирование и декодирование ИК-командTrimax – кодирование и декодирование ИК-команд
    Views: 2161 Первое, что надо понять назначение кнопок клавиш пульта, а также, что за кодирование реализовано в ИК- пульте. Для назначения клавиш обратимся к описанию, а для взлома кодирования воспользуемся …
  • Real-time music visualization technologyReal-time music visualization technology
    Views: 107 Music visualization technology in real time (RTMV-technology). Я не музикант і я не маю спеціальної музичної освіти, я інженер розробник вбудованих систем. Але моє хобі розроблення технології візуалізації …
  • Проект с использованием MCC часть 13Проект с использованием MCC часть 13
    Views: 1044 Так как используя MCC мы можем его использовать со своими библиотеками, поэтому настало время и свое создать. Для начала откроем наш заголовочный файл в нем очень много букв: По …
  • My libraries for Altium DesignerMy libraries for Altium Designer
    Views: 3868 Attention, this version of the database is outdated today. See updates in articles https://catcatcat.d-lan.dp.ua/altium-designer-my-setup-system-and-project-structure  and https://catcatcat.d-lan.dp.ua/altium-designer-my-setup-system-and-project-structure-v23-2/    My libraries for Altium designer  (Updated V – 29/05/2022) (c) 2021 …
  • JDY-62A Audio bluetooth moduleJDY-62A Audio bluetooth module
    Views: 1656 Простой модуль для простого аудио блютуса. Встроенные подсказки на английском языке. Модуль включён, режим муте – после подачи питания. Контроль разряда батареи предупреждение что батарея разряжена и необходима …
  • Интерактивные LedИнтерактивные Led
    Views: 456 Тема проекта   продолжение следует…. Это может быть интересно
  • Проект с использованием MCC часть 14Проект с использованием MCC часть 14
    Views: 815 С выводом данных на дисплей мы справились (но могу сразу сказать библиотеку графики к этой статьи пришлось доработать, поэтому в этом проекте она обновлена). У нас на текущем …
  • Проект с использованием MCC часть 05Проект с использованием MCC часть 05
    Views: 1893 Эту часть назовем так как избавься от delay, там где а это реально не надо. Для это нам потребуется научиться использовать прерывания и работать с таймерами. Что такое …



Поделись этим!

Catcatcat

catcatcat

Development of embedded systems based on Microchip microcontrollers.

Продолжайте читать

НазадДалее