Миллиомметр своими руками

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 08.09.2024

Миллиомметр с ЖК-индикатором на Arduino своими руками

У каждого радиолюбителя, инженера, разработчика есть различного рода измерительные приборы. Это могут быть как сложные многофункциональные приборы промышленного изготовления, так и простые вольтметры, амперметры, измерители емкости аккумуляторов, омметры, измерители ESR, которые собраны своими руками. Об одном из таких приборов, который пригодиться любому радиолюбителю, пойдет речь в статье (Рисунок 1).

Миллиомметер – прибор, использующийся для измерения малых сопротивлений резисторов, проводников на печатной плате, обмоток двигателя, катушек индуктивности, обмоток трансформатора, а также может использоваться для расчета длины проводов. Он имеет высокое разрешение, несвойственное обычным мультиметрам, что позволяет получать точные данные измерений в диапазоне миллиом.


Рисунок 1.	Миллиомметр с ЖК-индикатором на Arduino.

В сети Интернет можно встретить много подобных конструкций, но в статье мы рассмотрим версию прибора, которая отличается реализацией аппаратной части. В миллиомметре используется прецизионный приемник тока и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) высокого разрешения. Управление приемником тока (для выбора диапазона измерений) и АЦП осуществляет микроконтроллер (МК) на плате Arduino Nano (Рисунок 2). Полный список компонентов, примененных в приборе, приведен в Таблице 1 ниже.


Рисунок 2.	Принципиальная схема миллиомметра на Arduino.

Микросхема LT3092 представляет собой интегральный прецизионный источник тока, но в данной конструкции используется в режиме приемника тока (или источника втекающего тока). Для управления приемником тока использованы цепи на транзисторах T1, T2, T3 и резисторах R12, R13, R14. Управление транзисторами (выбор диапазона измерения) выполняет МК через микросхему ULN2003 (набор мощных составных ключей).

Чтобы уменьшить влияние сопротивления измерительных проводов (щупов) на результаты измерений, в приборе для подключения исследуемого резистора к точке измерения используются специальные тестовые зажимы Кельвина (Рисунок 3). Это 4-проводные щупы предназначенные для измерения сопротивления методом Кельвина.


Рисунок 3.	Специализированные тестовые щупы Кельвина.

Прибор имеет три диапазона измерений:

Диапазон 0m1: от 0.1 мОм до 12.999 Ом;
Диапазон 1m0: от 1 Ом до 129.999 Ом;
Диапазон 10m: от 10 Ом до 1299.99 Ом.

Выбор диапазона измерения производится одной из двух кнопок в приборе. Результаты измерений и текущий диапазон измерения отображаются на двухстрочном ЖК индикаторе (стандартный ЖК индикатор 16×2).

Питается прибор от внешнего блока 12 В. Питание измерительных цепей, приемника тока, АЦП, ЖК индикатора осуществляется от встроенного на плату Arduino Nano регулятора напряжения 5 В.

Из-за сложности проекта не рекомендуется выполнять монтаж элементов на монтажной плате, это отнимет много времени и не исключит ошибки. Для прибора была разработана печатная плата в САПР Eagle. Внешний вид проекта печатной платы изображен на Рисунке 4. Схема и проект печатной платы доступны для скачивания в разделе загрузок. Вид готовой платы представлен на Рисунке 5. Как можно заметить (по печатной плате и по списку примененных компонентов), большинство элементов в корпусах для поверхностного монтажа, поэтому для их установки потребуется пинцет, паяльный фен или паяльник с тонким жалом.

В радиолюбительской практике иногда требуется измерить малые сопротивления, например, измерительных шунтов, обмоток дросселей и трансформаторов. Для этих целей применяется такой прибор, как миллиомметр, вариант реализации которого представлен в этой статье. Кроме того, одно из основных назначений описываемого прибора – внутрисхемный поиск мест короткого замыкания при ремонте радиоаппаратуры путем определения участка с минимальным сопротивлением.

Основные особенности описываемого прибора: измерение активного сопротивления резисторов и дросселей без выпаивания из схемы; определение участка схем с минимальным сопротивлением без выпаивания элементов при поиске КЗ; питание всего от одного щелочного элемента типа ААА; переход в спящий режим с малым потреблением при отсутствии измерений; защита от пробоя входа внешним напряжением, например, при случайном подключении к заряженному конденсатору.

Технические характеристики устройства:

Напряжение питания, В ………………………….……………………..… 1.2 – 1.6
Ток потребления: в режиме измерения, не более, мА ………………..… 200
в режиме ожидания, мА ……….……….………..….. 6
в спящем режиме, мА ………………..…………. … 0.03 – 0.05
Погрешность измерения: в диапазоне 0.01 – 0.9 Ом, не более, % …….. ±(1+2 ед. индикации)
в диапазоне 0.01 – 3 Ом, не более, % …….. ±(2+2 ед. индикации)
Общий диапазон измерения, Ом ………………………………………… 0.001 – 3.6
Время перехода в спящий режим из режима ожидания, с ………….…. 40

Рассмотрим принципиальную схему устройства.

Основным элементом схемы является микроконтроллер (МК) PIC16F690, который тактируется от внутреннего генератора частотой 8 МГц. Питание 3 В на МК подается с LDO (Low Drop Out) стабилизатора DA3 типа XC6206P301, который характеризуется экстремально низкими током потребления (1 мкА) и минимальным падением напряжения. На DA3 поступает напряжение 3.3 В с повышающего преобразователя на элементах DA2, L1, VD5, C3 – C5. Здесь преобразователь DA2 типа NCP1402SN33 включен по типовой схеме. Необходимость стабилизатора DA3 обусловлена чрезмерно высоким уровнем помех на выходе повышающего преобразователя, которая отрицательно влияет на точность измерений.

Индикация осуществляется посредством четырехразрядного светодиодного индикатора красного цвета свечения, сегментные выводы которого подключены к порту C МК, а выводы разрядов – к порту B. Здесь, как и в (1), применена посегментная динамическая индикация (ДИ) – в каждый момент времени опрашивается только один сегмент (по кругу все за 32 цикла). Такой способ ДИ позволил отказаться как от разрядных ключей, так и от гасящих резисторов в цепях сегментов, при этом, импульсный ток выходов МК не превышает 15 мА. В данной схеме тип индикатора определяется автоматически, для чего при включении прибора на выход RC0 подается высокий уровень при низком на разрядных выводах RB4-RB7. Напряжение на выводе RC0 измеряется АЦП (AN4) и по его значению делается вывод о типе индикатора, ОА или ОК. При этом, не требуется никаких внешних элементов!

Собственно, ДИ организована в прерываниях от таймера TMR1 с интервалом 512 мкс. Частота опроса индикатора – 1/(0.5*32), примерно равна 63Гц. Яркость индикатора, несмотря на небольшой средний ток через сегмент, вполне достаточна и комфортна.

Измерительный ток (примерно 45 мА) задается резистором R6 и, отчасти R1, через открытый в этом случае транзистор VT1. Подобная простая схема подачи измерительного тока многим может показаться примитивным и не обеспечивающим достойную погрешность, ведь в подобных приборах часто используется сложный источник тока (ИТ) на активных элементах. Однако, это не совсем так. Применение активного ИТ, а так же источника питания МК, как опорного для АЦП, приводит к температурному дрейфу как одного, так и другого. Это снижает точность измерения либо требует сложных схем термокомпенсации. В данном же случае, сопротивление резистора вычисляется по формуле Rx = N * Ro / (1023*Kop – N), где Ro = R6+R1, Kop – коэффициент усиления (КУ) ОУ, N – величина отсчета АЦП. Как видно из формулы, результат не зависит от напряжения питания (при его равенстве с напряжением, подаваемым на R6) и, вообще, не зависит от активных элементов. Как результат, по моему мнению, данная схема при своей простоте обеспечивает более высокую точность измерений, чем при использовании активного ИТ.

При каждом измерении измерительный ток подается непрерывно в течении всего цикла, что минимизирует влияние больших емкостей и индуктивностей на результат при внутрисхемных измерениях.

Напряжение элемента питания измеряется по выводу 9 (AN9), также задействованному в ДИ, что потребовало использовать цепочку R10VD4. Резистор R10 ограничивает паразитный ток при работе ДИ, а диод Шоттки VD4 уменьшает утечку тока от имеющего высокий потенциал вывода 9 МК на элемент питания в спящем режиме. При измерении напряжения он не оказывает существенного влияния, так как при малом (не более 0.5 мкА) протекающем прямом токе, на нем падает всего около 20мВ (компенсируется программно).

Все детали устройства, включая элемент питания, размещены на печатной плате размерами 35мм на 85мм из фольгированного стеклотекстолита с односторонней металлизацией.

Применены как обычные, так и SMD компоненты. Микроконтроллер установлен на разъемной колодке. Индикатор можно заменить на FYQ3641AH, а так же, практически любой подобных размеров и красного цвета свечения как с ОА, так и с ОК. ОУ можно применить MCP601, но с коррекцией рисунка платы. В качестве DA3 подойдет XC6206P302MR. MOSFET транзистор VT1 можно заменить транзистором типа AO3401. Диод VD1 меняется на любой из серии 1N100x, а VD2 - VD4 – на 1N5818. Стабилитрон VD3 – любой на напряжение 2.7 - 3.3 В.

Резисторы R5 - R8 следует брать с допуском не более ±0.5 %. В крайнем случае, их можно отобрать из экземпляров с допуском ±5%, подбирая с точностью не менее ±0.25% омметром с классом точности не хуже 0.25%. Но есть еще один вариант - использовать точные только резисторы R5 и R8 с последующей программной коррекцией. В случае отказа от применения точных резисторов совсем, скорее всего, программно настроить до заявленной точности удастся только один из диапазонов измерения (0 – 0.9 Ом или 0.9 – 3.6) . Остальные резисторы – с допуском ±5%. Все SMD конденсаторы – типоразмера 1206, а резисторы – 0805.

Программа для МК написана на языке Си и оттранслирована в среде MikroC for PIC.

При прошивке, слово конфигурации (00EC) загружается автоматически.

Устройство не требует наладки и начинает работать сразу, при отсутствии ошибок. При применении деталей с указанными допусками, заявленная погрешность обеспечивается автоматически. При необходимости можно установить коэффициент коррекции показаний прибора для обеспечения требуемой точности.

Перейдем к подробному описанию работы прибора

РЕЖИМ ОЖИДАНИЯ. При неподключенных щупах прибор переходит в режим ожидания и на экране загораются средние сегменты 2-го и 3-го разрядов. В этом режиме, через 8 секунд и далее, каждые 16 с, в течении 2 с индицируется напряжение батареи питания в виде ”uX.XX” , где Х.ХХ – напряжение элемента питания. Причем, в первый раз измеряется напряжение при максимальной нагрузке, а в последующие – без нагрузки. Если к прибору ничего не подключено в течении 40 с, он переходит в спящий режим (выключается) с полным гашением индикатора. В таком состоянии прибор может находиться сколь угодно долго, пока щупы не будут замкнуты между собой либо не будет к ним подключен низкоомный резистор.

Название разделов
Источники питания В данном разделе собраны конструкции иточников питания. Рассмотены способы преобразования и получения электрической энергии
Реклама на ВРТП Реклама на вртп.

Мы предлагаем вам два вида интернет рекламы:
- контекстная реклама
- баннерная реклама

Это наиболее продуктивные средства рекламы, позволяющие ускорить раскрутку сайта и улучшить узнаваемость бренда.

Предпочтение отдается технической тематике рекламы или теме HI-TECH.

- Баннер слева сайта: ширина 180 пикселей, высота от 100 до 250 пикселей. При большей высоте баннера цена оговаривается

отдельно.
Сквозное размещение рекламного баннера на главной странице — в левой колонке сайта. Размещение статическое. Стоимость

- Баннер внизу сайта: ширина от 150 до 250 пикселей, высота 150 пикселей.
При большей ширине баннера цена оговаривается отдельно
сквозное размещение рекламного баннера в нижней части центральной колонки. Размещение статическое. Стоимость — 3000р в

Баннерная реклама должна быть в формате GIF или FLASH.

простота конструкции при минимуме деталей;
сборка доступна даже начинающему радиолюбителю;
дешевизна приставки;
диапазон измерений от 6 мОм до 3 Ом;
высокая достоверность измерений;
лёгкость настройки;
нет необходимости в пересчёте показаний мультиметра;
питание от порта USB.

Мой вариант несколько отличается от авторского, в частности, применены другие (имеющиеся в наличии) ИОН и ОУ, а также токовый монитор с др. буквенным индексом.
В принципе, проект, как по мне, очень годный, рекомендую к изготовлению.
Подробности по моей реализации и все необходимые файлы (включая оригинальные) будут ниже.

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Т.к. не всё, указанное в оригинальной схеме, у меня было в наличии, то пришлось разрабатывать печатку под имеющееся.
В качестве ИОН я применил REF5025, ОУ - AD8551, токовый монитор - MAX4372F.
Последний имеет бОльший Ку (50 против 20 у м/с с индексом Т), поэтому источник тока настроен на 20мА, вместо 50, как в оригинале.
В итоге, получилась коробочка, которая "нахлобучивается" на мультиметр и через разъём мини-USB запитывается от сетевого адаптера или USB-порта компьютера.

Измерения.
Показания, при включенном на мультиметре пределе измерения вольт, считываются непосредственно в омах,
если переключить на милливольты - в миллиомах.

Константановый китайский шунт 0.01 Ом и резистор 0.27Ом 1%

резисторы ПТМН-0.5 номиналом 1Ом и 2Ом 0.5% и С2-13 номиналом 3.92Ом 1% (предположительно).

Читайте также: