Автор: Goblin
Опубликовано 22.08.2011.
Создано при помощи КотоРед.

Потребовалось мне зарядное устройство, а пары измерительных головок под рукой не оказалось, но была лишняя слаботочная обмотка на трансформаторе. Вот и возникла мысль сделать приборчик из того, что было. Было всего два требования к устройству: одно напряжение питания и калибровка измеряемых величин без подстроечных резисторов. Но, как известно, аппетит приходит во время еды, и мне показалось уместным сделать ещё пару таких девайсов для будущего лабораторного блока питания, к тому же появилась мысль о добавлении подсчёта времени работы с момента включения. Измерения будут производиться 1 раз в секунду, и с такой же периодичностью обновляться показания.

Свободной алфавитно-цифровой LCDшки, опять же, не оказалось, но были старые платёжные терминалы Lipman с графическим экранчиком – такой и решено было использовать. После разборки терминала и извлечения платы там оказалось вот такое «чудо»:

На данном экземпляре не распаян преобразователь отрицательного напряжения, этот факт надо учитывать при составлении схемы. К тому же назначение выводов несколько отличается от подобных дисплеев от DATAVISION или WINSTAR (datasheet прилагается).

Из МК был PIC16F877 – у него достаточно портов ввода-вывода и есть встроенные АЦП.

Микросхемы преобразователей напряжения и источника опорного напряжения – опять же из терминалов. Танталовые конденсаторы – с контроллеров HDD.

Принципиальная схема:

На операционном усилителе OP1 собран усилитель напряжения шунта R9, по схеме измерительного усилителя. Вход «А-» подключается к общему проводу источника, «А+»  - к общему проводу, идущему к нагрузке, «V+» - к положительному проводу нагрузки. В качестве OP1 были использованы LM324 и TL074.

На IC2 собран понижающий преобразователь для питания МК и LCD, схема полностью по даташиту. Инвертор, собранный на IC3 преобразует +5 вольт в -12,5 для питания операционного усилителя и LCD, также присутствует в даташите. Подсветка LCD подключена к источнику тока на IC6, в случае необходимости силу тока можно подстраивать, изменяя сопротивление резистора R25.

Практически все использованные детали в SMD исполнении расположены на двухсторонней печатной плате.

Микросхемы L5973 могут быть заменены на L5970, TL1431 на TL431.

Резистор R9 состоит из двух включенных параллельно резисторов сопротивлением 0,05 Ом, R7 – двух последовательных 10 kОм.

Сборку и настройку рекомендую производить в следующей последовательности: сначала устанавливается диодный мост и IC2 с обвязкой, затем подаётся питающее напряжение и проверяется наличие +5 вольт на выходе преобразователя. Затем устанавливаются IC3, IC4, IC5 (с обвесами) и, соответственно, проверяются напряжения -12,5, +12,5, +2,5 вольта. Стоит уделить особое внимание электролитическим конденсаторам инвертора напряжения: чтобы не перепутать полярность включения. Особой точности установок напряжения не требуется, важна только стабильность опорного напряжения +2,5 вольта с IC5. Далее собираем источник тока на IC6 и подключаем LCD, проверяем подсветку и выставляем контрастность резистором R20. Ещё стоит уделить внимание на монтаж самой LCDшки – её можно достаточно близко расположить к плате. В данном варианте сначала был напаян разъём на сам экранчик, потом «сделаны» втулочки из стоек крепления материнской платы (спилен дюймовый болт и досверлено отверстие), их высота получилась 6,5 мм. LCDшка была прикручена к плате, после этого вставлены штыри, обрезаны на нужную высоту и пропаяны.  Платы можно было и ближе располагать, но уже мешала высота гнёзд разъёма.

Проделав всё это, можно припаять все оставшиеся компоненты и прошивать MK. Для этой цели на плате установлен разъём подключения внутрисхемного программирования. В случае отсутствия перемычки на этом разъёме питающее напряжение на МК подаваться не будет. Также с помощью этого разъёма будет проводиться калибровка.

После полной сборки и промывки платы уже должно работать измерение тока и напряжения, но показания вряд ли будут правильными. Теперь настало время калибровки.

Она осуществляется в три этапа: 1) установка нулевого тока и напряжения на входе 2) установка фиксированного напряжения 3) установка фиксированного тока (значение напряжения абсолютно не важно). Переход к следующему режиму происходит при подключении и отключении порта МК RB7 к общему проводу. В нижней строчке LCD есть подсказка, на втором и третьем этапе дополнительно выводится измеренное значение после аналого-цифрового преобразования, минимальное значение – 0, максимальное 1023.

Для входа в режим калибровки выключаем питание устройства и замыкаем порт МК RB7 на массу, после этого включаем питание. Следующим шагом надо разомкнуть RB7 от массы.

Если такую операцию провести с портом МК RB6, это приведёт к записи в калибровочные константы значений по умолчанию. Во время обычной работы устройства замыкать порты МК RB6 и RB7 на общий провод не рекомендуется т.к. проверка этих портов происходит только при включении, после чего они переводятся в режим выхода.

Все константы,  верхняя и нижняя строчки по 16 символов (в режиме обычной работы), а также предустановленные ненулевые значения для калибровки (U=30,00 вольт, I=2,00А) сохраняются в EEPROM МК.

Содержимое EEPROM:

0x00 Коэффициент корректировки напряжения Hi

0x01 Коэффициент корректировки напряжения Lo

0х02 Коэффициент корректировки тока Hi

0х03 Коэффициент корректировки тока Lo

0х04 Коэффициент смещения тока Hi

0х05 Коэффициент смещения тока Lo

0x06 Напряжение корректировки * 100 Hi

0x07 Напряжение корректировки * 100 Lo

0x08 Ток корректировки * 100 Hi

0x09 Ток корректировки * 100 Lo

0х10 16 символов верхней строчки на LCD

...

0x1F 16 символов верхней строчки на LCD

0х20  16 символов нижней строчки на LCD

...

0x2F 16 символов нижней строчки на LCD

Максимальное значение напряжения может быть 99,99 вольт, тока – 9,99 ампера. По приведённой выше схеме максимальное входное напряжение – 50 вольт, ток – 5 ампер. Если требуется другие значения напряжения, нужно пересчитать делитель на резисторах R4 и R6 таким образом, чтобы при максимальном входном напряжении напряжение на выходе делителя было равным опорному напряжению, в данном случае +2,5 вольта.

В случае пересчёта тока можно менять сопротивление шунта R9  или изменять коэффициент усиления измерительного усилителя, но стоит учитывать тот факт, что при увеличении сопротивления шунта увеличится и рассеиваемая на нём мощность.

Коэффициент усиления измерительного усилителя можно посчитать по формуле:

Ку = (1 + 2*R1/R7)*(R3/R2) .

Дополнительно рекомендую изменять, в случае необходимости, предустановленные значения напряжения корректировки (адреса 0x06 и 0x07) и тока (адреса 0x08 и 0x09), расчёт записываемых значений производится просто: необходимое число умножается на 100, пересчитывается в шестнадцатеричный формат – получившие значения записываются в EEPROM. Значения по умолчанию: напряжение 30,00 вольт и сила тока 2,00 ампера были выбраны из возможностей имеющегося лабораторного блока питания, желательно выбирать эти значения в конце измеряемого диапазона.

Файлы:

Схема
Плата и прошивка
Исходник
L5973
MTG-12864B

Все вопросы в Форум.