Общая информация

            С момента изготовления стрелочного измерителя ЭПС прошло более двух лет. В течение этого вре­мени прибор постоянно эксплуатировался при ремонте различной техники и показал хорошие ре­зультаты. Помимо прочего, радует экономичность: установленный элемент питания работает до сих пор. Накопилась и некоторая статистическая информация:

                        - основная масса измерений приходится на диапазон сопротивлений 0...1 Ом. Большие зна­чения либо не имеют смысла для конденсаторов ёмкостью более нескольких микрофарад, либо нужны просто для справки;

                        - хотя длинная шкала прибора позволяет без труда определять сопротивления от 0,1 Ома, возможность измерения в пределах от 0 до 0,1 Ома с шагом 0,01 Ом представляется более полезной, не­жели измерение сопротивлений более 10 Ом;

                        - полностью подтвердилась мысль о том, что для ремонтных работ совершенно безраз­личны размерность и соответствие истинному значению ЭПС, поскольку выводы делаются исключи­тельно сравнительным способом. Достаточно чтобы измеритель просто обнаруживал разницу сопро­тивлений в требуемом диапазоне. Поэтому шкалу миллиамперметра можно было и не  градуировать.

             Тем не менее, практика показала, что несмотря на простоту изготовления, надёжность, экономич­ность, многих отпугивает суровый вид стрелочного индикатора эпохи расцвета тоталитарно-тёплого лампового звука.  Поразмыслив, автор поддался течению и заменил взывающую к совести стрелку на мирские блага микроконтроллера:

Рис. 1

            Не секрет, однако, что все блага имеют свою цену, которая неизбежно компенсирует иллюзорное представление о прекрасном.

            За основу измерения положен тот же принцип, что и в стрелочном измерителе. Поскольку основ­ной диапазон измерения теперь принят от 0 до 1 Ома (т.е. сдвинут в область малых значений), а полная кратность измеряемого сопротивления составляет 1000, становится ясно, что десять разрядов АЦП мик­роконтроллера ATmega8 хватит впритык.

            Основные характеристики:

                        - диапазон измеряемых сопротивлений 0,01...9,9 Ом;

                        - возможность коррекции и сохранения нулевых показаний;

                        - питание 9 Вольт, от батареи 6LR61 ("Крона") щелочного типа;

                        - индикация напряжения батареи после включения в течение двух секунд.

            Измеритель собран в корпусе от USB модема D-Link:

Рис. 2

            Размеры корпуса позволили использовать безымянный сегментный индикатор типа 2 1/2 разряда, без десятичных точек, высота символов 11 мм. Подобные индикаторы когда-то устанавливали на передние панели системных блоков.

Рис. 3

            Следует учесть, что символ единицы в данном индикаторе загорается сразу целиком, а аноды его сегментов объёдинены с анодами предыдущего разряда. При повторении конструкции можно использо­вать любые индикаторы с общим анодом и соответствующим объединением указанных сегментов.

            Выбор индикатора привёл к характерным извращениям при отображении информации:

                        - десятичная точка выполнена в виде углубления залитого белой краской на передней па­нели (рис. 1);

                        - величины от 0,1 до 9,9 (Ом или Вольт) отображаются "как есть", без гашения нуля в стар­шем разряде. При этом сотые доли не выводятся;

                        - величины менее 0,1 Ома отображаются с гашением нулей в старших разрядах. Выводится только значение сотой доли Ома.

            Возможные варианты индикации показаны на рис. 4:

Рис. 4

            Реализация прибора

            Преобразователем эквивалентного сопротивления в напряжение служит генератор на транзи­сторе VT1. Измеряемое ЭПС конденсатора уменьшает добротность контура C1, C2, L1, в резуль­тате чего амплитуда колебаний снижается. Сигнал с генератора подается на АЦП микроконтроллера и после необходимой обработки выводится на индикатор.

            Измерение сопротивления в диапазоне сотых долей Ома сопряжено с определёнными трудно­стями. Начинают сказываться такие явления, как шум АЦП, "дрожание" амплитуды генератора, неста­бильность питающего напряжения, температурный дрейф и т.д.

            Всё вместе это выливается в две составляющие:

                        - шум, т.е. кратковременные случайные изменения показаний;

                        - дрейф, т.е. относительно медленное и, как правило, однозначное изменение показаний, свя­занных  в основном с из­ме­не­нием температуры и питающего напряжения.

            Шум достаточно эффективно устраняется программным способом. Так, при измерении сопротивле­ний от 0,01 до 0,09 Ом  или обнулении могут наблюдаться нечастые изменения показаний на 1 единицу. Дрейф и все начальные смещения приходится устранять путём компенсации те­кущего значения. Для оперативного обнуления показаний на переднюю панель выведена кнопка S2.

            Следует отметить, что подобные сложности возникли из-за довольно большого, для такой про­стой схемы, диапазона измеряемых сопротивлений. Но любая разработка - это всегда поиск оптималь­ного решения, которого невозможно достичь без компромиссного подхода.

            Принципиальная схема измерителя приведена на рис. 5:

Рис. 5

            Напряжение питания измеряется по линии CPWR.

            Одноимённые катоды индикатора HG1 соединены. На схеме через точку показаны номера выво­дов для используемого автором индикатора. При этом слева даны номера выводов старшего разряда. Например: 11 - вывод катода сегмента "A" младшего разряда, 16 - вывод катода сегмента "A" старшего разряда. Номер вывода зажигающего единицу - 9.

            Технологическая перемычка J1 устанавливается во время наладки прибора и блокирует чтение изEEPROM сохранённого смещения. При этом после включения питания в ОЗУ пишется фиксированное значение смещения, необходимое для задания правильного режима работы генератора.

            Наладка прибора

            Для налаживания, кроме обычного мультиметра, желательно иметь осциллограф и лабораторный источник питания. Вся работа ограничивается, в основном, проверкой сигналов в разных точках.

            Перед подачей питающего напряжения + 9 В следует выставить резистор R6 в нижнее по схеме положе­ние и замкнуть пайкой выводы Cx. Микроконтроллер вставлять не нужно.

            Проверить наличие напряжения питания +5 В на выходе стабилизатора, коллекторе транзистора и выводах панельки микроконтроллера.

            Установив щуп осциллографа на 23 выводе панельки, убедиться в наличии сигнала подобного вида:

Рис. 6

            Частота генерируемых колебаний должна быть около 30 кГц. Вращая резистор R6 убедиться, чтоамплитудное значение сигнала может достигать 4,5 Вольт. Если этого не происходит, скорее всего, низка добротность катушки L1 (применён неподходящий материал сердечника). После этого установить амплитуду сигнала 3,5 Вольт. Указанная на рисунке амплитуда получится после того, как вращением R6 будут выставлены нулевые показания индикатора.

            Проверить сигнал измерения питающего напряжения на 24 выводе панельки. Он должен быть ра­вен половине напряжения питания.

            Замыкая перемычками выводы 9, 10 панельки на +5 В, а выводы порта PD на землю, убедиться в правильной распайке индикатора HG1. Буквенное обозначение сегментов индикатора:

Рис. 7

            Вставить запрограммированный контроллер в панельку и установить перемычку J1. Подать пита­ние и наблюдать за отображением величины питающего напряжения на индикаторе. Оно должно сов­падать с истинным до десятых долей вольта.

            Через две секунды будет отображаться измеренное сопротивление. Кнопку S2 не нажимать. Враще­нием резистора R6 необходимо добиться показаний индикатора в границах 0,01...0,09 Ом. После этого резистор трогать не следует.

            Нажимая на кнопку S2 убедиться в том, что показания обнуляются.

            Снять перемычку J1 и убедиться, что сохранённое смещение восстанавливается после выключе­ния питания.

            Разомкнуть выводы Cx и убедиться, что показания индикатора соответствуют режиму "Зашкал" (см. рис. 4).

            Наладка прибора закончена.

            Работа с измерителем

            Последовательность действий классическая:

                        - включаем питание;

                        - с некоторым усилием замыкаем щупы;

                        - ждём 3 секунды;

                        - нажимаем и отпускаем кнопку >0<;

                        - подключаем щупы к исследуемому конденсатору;

                        - ждём 2...3 секунды и считываем резуль­тат.

            В процедуру обнуления можно выполнять в любое время, например, непосредственно перед точным замером  конденсатора с низким ЭПС.

            Нюансов два.

            Если нажать на кнопку >0< при разомкнутых щупах - показания с "зашкала" изменятся на нулевые. Поскольку отрицательные значения прибор не показывает, нуль будет теперь при любом сопротивлении между щупами. Возврат показаний "на место" производится обычным способом - через замыкание щупов с последующим нажатием кнопки обнуления. Главное при этом - выждать времямежду замыканием щупов и нажатием кнопки, не менее 3 секунд.

            Работа при разряженной батарее. Для нормальной работы стабилизатора DA1 входное напряжение должно быть не меньше 6,5 Вольт. В противном случае напряжение на выходе снижается. Помимо прочего, это влияет на точность измерения питающего напряжения - показания становятся завышенными. Однако спутать такой режим с нормальным нельзя по двум причинам:

                        - яркость свечения индикатора явно занижена;

                        - во время отображения питающего напряжения показания не уменьшаются, а наоборот - увеличиваются, чего при нормальной работе быть никак не может.

            Конструктивное оформление

            В авторском варианте вся конструкция собрана на  печатной плате из односторонне фоль­ги­ро­ван­ного стеклотекстолита. Посадочные размеры сняты с оригинальной платы модема D-link (см. сбороч­ный чертёж). Для индикатора HG1 предусмотрена выемка по переднему краю платы.

Рис. 8

            Нижние выводы индикатора (с 1 по 9) припаиваются непосредственно к контактным площадкам. Так обеспечивается механическое крепление индикатора. Весь остальной монтаж выполнен перемыч­ками из одножильного провода в ПВХ изоляции. До установки индикатора следует запаять:

                        - 3 перемычки в отверстия на плате (соединяют выводы 1-5, 2-6, 3-8);

                        - 3 перемычки непосредственно на индикаторе (соединяют 11-16, 10-15, 12-18);

                        - 7 отводов с выводов 11, 12, 13, 14, 15 и 17 (2 шт), которые после установки индикатора впаи­вают в соответствующие отверстия платы.

            Номиналы элементов колебательного контура C1, С2, L1, R3 должны быть точно такими, как ука­зано на принципиальной схеме. Конденсаторы - плёночные К73-17.

            Катушка L1 намотана на кольце К10х4х2 из феррита марки М2000НМ и содержит 22 витка про­вода ПЭВ-2 диаметром 0,35 мм. Не следует брать внешне похожие кольца от распространённых сейчас элек­тронных трансформаторов, дросселей, балластов энергосберегающих ламп. Индуктивность будет в норме, зато добротность такой катушки оказывается значительно ниже.

            Дроссель L2 - SMD, подойдут типоразмеры 1812, 2220, 2525.

            Конденсаторы C5, C6, C9 - танталовые, SMD, тип корпуса А или B; C4, C7, C8 - керамические, ти­поразмер 0805.

            Все постоянные резисторы - выводные, 0.125 или 0.25 Вт; впрочем, за исключением резистораR3, конфигурация контактных площадок позволяет установить и SMD резисторы типоразмеров 0805 или 1206.

            Переменный резистор R6 - 3006P-1-501, 500 Ом.

            Диоды VD1, VD2 устанавливают "как один", спаяв выводы средней точки между собой.

            До установки панельки под микроконтроллер необходимо запаять одну перемычку (см. сбороч­ный чертёж).

            Во время прошивки микроконтроллера DD1 следует запрограммировать (т.е. установить = "0") сле­дующие фьюзы:

            Схема соединения программатора и контроллера показана на рис. 9:

Рис. 9

            Нумерация выводов программатора использована авторская, нестандартная. Ссылка на описаниепрограмматора и способов программирования МК дана в конце статьи.

            На плате измерителя отсутствует разъём для внутрисхемного программирования. Для отладки про­граммы к указанным на рис. 9  выводам МК был временно припаян шлейф с разъёмом под программатор. При повторении конструкции можно поступить аналогично. Если МК новый или у него не отключено так­тирование от собственного RC генератора, сигнал 1 МГц не используется.

            Батарейный отсек согнут из полоски нержавеющей стали. К полосе снаружи отсека припаива­ются короткие отрезки одножильного провода. На печатной плате имеются 4 контактные площадки, к ним и припаивается вся конструкция.

Рис. 10

            Кнопка S2 изначально была выключателем типа SPA-101A1, как S1. Чтобы устранить защёлкивание, нужно отвин­тить хвостовую часть выключателя, вынуть контактную шайбу с пружинами и толкателем. Вместо пружины, что находится ближе к лицевой части кнопки, нужно поставить отрезок ПВХ трубки. Длину подобрать экспериментально так, чтобы не происходило срабатывания механизма.

            Собранная конструкция выглядит следующим образом:

Рис. 11

 АРХИВ:Скачать

Автор: Олег Иванов