На, казалось бы, морально устаревшем контроллере 2051, мы не раз задумывались о том, чтобы собрать похожий измеритель, но на более современном контроллере, чтобы снабдить его дополнительными возможностями. Критерий поисков, в основном, был только один - это широкие диапазоны измерения. Однако, все аналогичные схемы, найденные в интернете, имели даже программное ограничение диапазонов, причём довольно значительное. Для справедливости стоит заметить, что вышеназванный прибор на 2051 вообще не имел ограничений (они были лишь аппаратными), а программно в нём даже были заложены возможности измерения - мега и -гига значений!
Как-то, изучая в очередной раз схемы, мы обнаружили полезнейший прибор - LCM3, обладающий приличным функционалом при небольшом количестве деталей. Прибор умеет в широчайших пределах измерять индуктивность, ёмкость неполярных конденсаторов, ёмкость электролитических конденсаторов, ESR, сопротивления (в том числе - сверхмалые), оценивать качество электролитических конденсаторов. Работает прибор на известном принципе измерения частоты, однако интересен тем, что генератор собран на встроенном в микроконтроллер PIC16F690 компараторе. Возможно, параметры этого компаратора не хуже, чем у LM311, ведь заявленные диапазоны измерений таковы:
- ёмкость 1пФ - 1нФ с разрешением 0,1пФ и точностью 1%
- ёмкость 1нФ - 100нФ с разрешением 1пФ и точностью 1%
- ёмкость 100нФ - 1мкФ с разрешением 1нФ и точностью 2,5%
- ёмкость электролитических конденсаторов 100нФ - 0,1Ф с разрешением 1нФ и точностью 5%
- индуктивность 10нГн - 20Гн с разрешением 10нГн и точностью 5%
- сопротивление 1мОм - 30Ом с разрешением 1мОм и точностью 5%
Применённые в измерителе решения нам понравились, и мы решили не собирать новый прибор на атмеловском контроллере, а применить PIC. От этого венгерского измерителя была взята частично (а затем - и полностью) схема. Затем была декомпилирована прошивка, и на её основе написана новая, под собственные нужды. Однако, авторская прошивка настолько хороша, что с ней прибор, наверное, не имеет аналогов.
Нажмите для увеличения
Особенности измерителя LCM3:
- при включении прибор должен находиться в режиме измерения ёмкости (если же он находится в режиме измерения индуктивности, то соответствующей надписью на экране попросит перевести с другой режим)
- танталовые конденсаторы должны быть с возможно меньшим ESR (менее 0,5 Ом). ESR конденсатора CX1 33нФ также должен быть низким. суммарный импеданс этого конденсатора, индуктивности и кнопки переключения режимов не должен превышать 2,2 Ом. Качество этого конденсатора вцелом должно быть очень хорошим, он должен иметь малый ток утечки, поэтому стоит выбирать из высоковольтных (например, на 630 вольт) - полипропилен (MKP), стирофлекс-полистирол (KS, FKS, MKS, MKY ?). Конденсаторы C9 и C10, как написано на схеме, - полистирол , слюда, полипропилен. Резистор сопротивлением 180 Ом должен иметь точность 1%, резистор 47 Ом также должен быть 1%.
- прибор оценивает "качество" конденсатора. точной информации, какие именно параметры рассчитываются, нет. вероятно, это - утечка, тангенс угла потерь диэлектрика, ESR. "качество" отображается в виде закрашенного стаканчика: чем меньше он заполнен, тем лучше конденсатор. у неисправного конденсатора стаканчик закрашен полностью. однако, такой конденсатор можно применять в фильтре линейного стабилизатора.
- дроссель, используемый в приборе, должен быть достаточно габаритным (выдерживать ток не менее 2А без насыщения) - в виде "гантельки" или на броневом сердечнике.
- иногда при включении прибор выдаёт на экране "Low Batt". при этом нужно отключить и снова включить питание (вероятно, глюк).
- имеется несколько версий прошивки данного прибора: 1.2-1.35, причём последняя, по словам авторов, оптимизирована для дросселя на броневом сердечнике. однако, на дросселе в виде гантельки она также работает и только в этой версии оценивается качество электролитических конденсаторов.
- к прибору возможно подключить небольшую приставку для внутрисхемного (без выпаивания) измерения ESR электролитических конденсаторов. Она понижает напряжение, прилагаемое к проверяемому конденсатору, до 30мВ, при котором полупроводники не открываются и не влияют на измерение. Схему можно найти на авторском сайте.
- Режим измерения ESR включается автоматически перетыканием щупов в соответствующее гнездо. Если при этом вместо электролитического конденсатора будет подключен резистор (до 30 Ом), то прибор автоматически переключится в режим измерения малых сопротивлений.
- нажать кнопку калибровки
- отпустить кнопку калибровки
- замкнуть щупы прибора
- нажать кнопку калибровки
- дождаться появления сообщения R=....Ом
- отпустить кнопку калибровки
- дождаться сообщения об окончании калибровки
- замкнуть щупы прибора
- нажать кнопку калибровки, на экране будут отображены напряжение, прилагаемое к измеряемому конденсатору (рекомендуемые значения - 130...150 мВ, завитит от дросселя, который нужно размещать подальше от металлических поверхностей) и частота измерения ESR
- дождаться сообщения R=....Ом
- отпустить кнопку калибровки
- показания сопротивления на экране должны стать нулевыми
Затем:
- подключить схему (либо замкнуть vpp и gnd)
- включить прибор и нажать кнопку калибровки, при этом на экране появится значение калибровочной ёмкости
- кнопками DN и UP скорректировать значения (возможно, в разных версиях прошивки для ускоренной корректировки работают основные кнопки calibrate и mode)
- в зависимости от версии прошивки, возможен и другой вариант: после нажатия кнопки калибровки, на экране появляется значения калибровочной ёмкости, которое начинает расти. Когда доходит до нужного значения, нужно остановить рост кнопкой mode и разомкнуть vpp и gnd. Если же не успели вовремя остановить и перескочили нужное значение, то кнопкой калибровки можно его уменьшить
- отключить схему (либо разомкнуть vpp и gnd)
Печатная плата: lcm3.lay (один из вариантов с форума vrtp).
На прилагаемой печатной плате контрастность дисплея 16*2 задаётся делителем напряжения на резисторах сопротивлением 18к и 1к. При необходимости нужно подобрать сопротивление последнего. FB - ферритовый цилиндрик, вместо него можно поставить дроссель. Для большей точности вместо резистора 180 Ом используются два по 360 в параллель. Перед установкой кнопки калибровки и переключателя режимов измерения, обязательно проверьте тестером их распиновку: часто встречается такая, которая не подходит.
Корпус для прибора, следуя традиции (раз , два), сделан из пластмассы и окрашен краской "чёрный металлик". Изначально прибор питался от зарядного устройства для мобильного телефона 5В 500мА через гнездо mini-USB. Это - не лучший вариант, так как питание подключалось к плате измерителя уже после стабилизатора, а насколько оно стабильно в зарядке от телефона - неизвестно. Затем внешнее питание было заменено на литиевый аккумулятор с модулем зарядки и повышающим преобразователем , возможные помехи от которого прекрасно убираются обычным LDO стабилизатором , присутствующим на схеме.
В заключение хочется добавить, что автор вложил в этот измеритель максимум возможностей, сделав его незаменимым для радиолюбителя.
Сделал как то себе этот крайне полезный и не заменимый прибор, из-за острой необходимости в измерении емкости и индуктивности. Обладает на удивление очень хорошей точностью измерения при этом схема довольно простая базовым компонентом которой является микроконтроллер PIC16F628A.
Схема:
Как видно, основные компоненты схемы это PIC16F628A, знакосинтезирующий дисплей (можно использовать 3 типа дисплея 16х01 16х02 08х02), линейный стабилизатор LM7805, кварцевый резонатор на 4 Мгц, реле на 5В в DIP корпусе, двух секционный переключатель (для переключения режимов измерения L или C).
Прошивки для микроконтроллера:
Печатная плата:
Файл печатной платы в формате sprint layout:
Исходная плата разведена под реле в DIP корпусе.
У меня такого не нашлось и я использовал что было, старое компактное как раз подходящее по размерам реле. В качестве танталовых конденсаторов использовал совковые танталовые. Переключатель режима измерения, выключатель питания и кнопку калибровки использовал, снятые когда то со старых совковых осциллографов.
Провода измерительные:
Должны быть как можно короче.
Во время сборки и настройки руководствовался вот этой инструкцией:
Соберите плату, установите 7 перемычек. Установите в первую очередь перемычки под PIC и под реле и две перемычки рядом с контактами для дисплея.
Используйте танталовые конденсаторы (в генераторе) — 2 шт.
10мкф.
Два конденсатора 1000пФ должны быть полиэстеровые или лучше (прим. допуск не более 1%).
Рекомендуется использовать дисплей с подсветкой (прим. ограничительный резистор 50-100Ом на схеме не указан контакты 15, 16).
Установите плату в корпус. Соединение между плату и дисплей по вашему желанию можно припаять, или сделать используя разъем. Провода вокруг переключателя L/C сделайте как можно короткими и жесткими (прим. для уменьшения «наводок» и для правильной компенсации измерений особенно для заземленного конца L).
Кварц следует использовать 4.000MHz, нельзя использовать 4.1, 4.3 и т.п.
Проверка и калибровка:
- Проверьте установку деталей на плате.
- Проверьте установку всех перемычек на плате.
- Проверьте правильность установки PIC, диодов и 7805.
- Не забудьте – «прошить» PIC до установки в LC — метр.
- Осторожно включите питание. Если есть возможность, используйте регулируемый источник питания в первый раз. Измерять ток при увеличении напряжения. Ток должен быть не более 20мА. Образец потреблял ток 8мА. Если ничего не видно на дисплее покрутите переменный резистор регулировки контраста. На дисплее должно быть написано «Calibrating », затем C=0.0pF (или С= +/- 10пФ).
- Подождите несколько минут («warm-up»), затем нажмите кнопку «zero» (Reset) для повторной калибровки. На дисплее должно быть написано C=0.0pF.
- Подключите «калибровочный» конденсатор. На дисплее LC – метра увидите показания (с +/- 10% ошибкой).
- Для увеличения показаний емкости замкните перемычку «4» см. картинку ниже (прим. 7 ножка PIC). Для уменьшения показаний емкости, замкните перемычку «3» (прим. 6 ножка PIC) см. картинку ниже. Когда значение емкости будет совпадать с «калибровочным» удалите перемычку. PIC запомнит калибровку. Вы можете повторять калибровку множество раз (до 10,000,000).
- Если есть проблемы с измерениями, вы можете с помощью перемычек «1» и «2» проверить частоту генератора. Подсоедините перемычку «2» (прим. 8 ножка PIC) проверьте частоту «F1» генератора. Должно быть 00050000 +/- 10%. Если показания будут слишком большие (near 00065535), прибор выходит в режим «переполнение» и показывает ошибку «overflow» . Если показание слишком низкие (ниже 00040000), вы потеряете точность измерения. Подсоедините перемычку «1» (прим. 9 ножка PIC) для проверки калибровки частоты «F2». Должно быть около 71% +/- 5% от «F1» которые вы получили подсоединяя перемычку «2».
- Для получения максимально точных показаний можно регулировать L до получения F1 около 00060000. Предпочтительней устанавливать «L» = 82 мкГн на схеме 100мкГн (вы можете не купить 82мкГн;)).
- Если на дисплее 00000000 для F1 или F2, проверьте монтаж около переключателя L/C — это означает, что генератор не работает.
- Функция калибровки индуктивности автоматически калибруется, когда происходит калибровка емкости. (прим. калибровка происходят в момент срабатывания реле когда замыкаются L иC в приборе).
Тестовые перемычки
- Проверка F2
- Проверка F1
- Уменьшение C
- Увеличение C
Как проводить измерения:
Режим измерения емкости:
- Переводим переключатель выбора режима измерения в положение «C»
- Нажимаем кнопку «Zero»
- Появляется надпись «Setting! .tunngu.» ждем пока не появится «C = 0.00pF»
Режим измерения индуктивности:
- Включаем прибор, ждем пока загрузится
- Переводим переключатель выбора режима измерения в положение «L»
- Замыкаем измерительные провода
- Нажимаем кнопку «Zero»
- Появляется надпись «Setting! .tunngu.» ждем пока не появится «L = 0.00uH»
Ну вроде все, вопросы и замечания оставляйте в комментариях под статьей.
Этот точный LC метр построен на базе недорогих компонентов, которые очень легко найти в радиомагазинах. Диапазон измерителя LC-метра достаточно широк и подходит для измерения даже очень низких значения емкости и индуктивности.
Печатная плата - рисунок
Индуктивности - диапазоны измерений:
- 10nH - 1000nH
- 1uH - 1000uH
- 1mH - 100mH
Диапазоны измерения емкости:
- 0.1pF - 1000pF
- 1nF - 900nF
Большим плюсом устройства является автоматическая калибровка при включении питания, поэтому исключена ошибка в калибровке, что присуще некоторым аналогичным , особенно аналоговых. При необходимости, можно выполнить повторную калибровку в любой момент, нажатием кнопки reset. В обем данный LC метр полностью автоматический. Прошивку МК PIC16F628 .
Компоненты прибора
Слишком точные компоненты являются необязательными, за исключением одного (или более) конденсаторов, которые используются для калибровки измерителя. Два 1000 пФ конденсатора по входу должны быть достаточно хорошего качества. Пенополистирол является более предпочтительным. Избегайте керамических конденсаторы, ведь некоторые из них могут иметь большие потери.
Два конденсатора по 10 мкФ в генераторе должен быть танталовые (у них низкое последовательное сопротивление и индуктивность). Кварцевый резонатор на 4 МГц должен быть строго 4.000 МГц, а не что-то приближенное к этому значению. Каждый 1% ошибки в частоте кварца добавляет 2% ошибок при измерении значения индуктивности. Реле должно обеспечить около 30 мА тока срабатывания. Резистором R5 выставляется контраст ЖК дисплея LC метра. Питается прибор от обычной батарейки Крона, так как дальше напряжение стабилизируется микросхемой 7805 .
Вот еще один образец лабораторного оборудования — LC метр. Данный режим измерения, особенно замер L практически невозможно найти в дешевых заводских мультиметрах.
Схема данного LС метра на микроконтроллере была взята с сайта www.sites.google.com/site/vk3bhr/home/index2-html. Прибор построен на PIC микроконтроллере 16F628A, и так как я недавно приобрел программатор PIC, я решил испытать его это с помощью этого проекта.
Я убрал регулятор 7805, так как решил использовать зарядное устройство на 5 вольт от сотового телефона.
В схеме подстроичный резистор на 5 кОм, но на самом деле я поставил 10 кОм, согласно datasheet на приобретенный LCD модуль.
Все три конденсаторы 10 мкФ танталовые. Необходимо заметить что конденсатор C7 – 100мкФ на самом деле 1000мкФ.
Два конденсатора по 1000пФ конденсаторы styroflex с допустимым отклонением в 1%, индуктивная катушка 82мкГн.
Общий ток потребления с подсветкой составляет около 30мА.
Резистор R11 ограничивает ток подсветки и должен быть рассчитан в соответствии с фактически используемым LCD-модулем.
Я использовал оригинальный рисунок печатной платы в качестве отправной точки и изменил его под имеющиеся у меня компоненты.
Вот результат:
Последние две фотографии показывают LC метр в действии. На первом из них измерение емкости конденсатора 1нФ с отклонением 1%, а на втором — индуктивность 22мкГн с отклонением в 10%. Устройство очень чувствительно – то есть, с неподключенным конденсатором он показывает емкость порядка 3-5 пФ, но это устраняется путем калибровки.
