Zaloguj się
Wszystkie
5 lutego 2025
128
- Płytka drukowana o wymiarach 110 mm×45 mm.
- Rodzaj wyświetlacza LED: 4 cyfry.
- Zakres napięcia mierzonego: 0…5,5 V (z rozdzielczością 1 mV).
- Zakres prądu mierzonego: 0…2,5 A (z rozdzielczością 1 mA).
- Częstotliwość odświeżania: 1 Hz.
- Uśrednianie wyniku pomiaru z 5 próbek pobranych w odstępie 100 ms.
- Rezystancja bocznika: 0,1 Ω.
- Kalibrowanie za pomocą potencjometrów nastawnych.
- Interfejs UART zgodny z poziomami TTL.
Najistotniejszym elementem układu jest blok przetwarzania analogowo – cyfrowego. Rolę przetwornika pełni układ MCP3425. Zawiera on w swojej strukturze:
- Przetwornik A/C o rozdzielczości 16 bitów.
- Wzmacniacz różnicowy o programowalnym wzmocnieniu z wejściem różnicowym.
- Wysokostabilne źródło napięcia odniesienia 2,048 V.
- Interfejs I²C.
Przetwornik jest oferowany w niewielkiej, 6-nóżkowej obudowie do montażu powierzchniowego SOT23-6. Dodatkowo, zachęcająca jest również jego cena detaliczna: około 8 złotych w sprzedaży wysyłkowej. Ma on jednak dosyć istotną wadę: szybkość próbkowania przy najwyższej rozdzielczości to nie więcej niż 15 próbek na sekundę. Jednak w tej aplikacji nie stanowi to istotnego problemu.
Użycie zewnętrznego przetwornika A/C było konieczne z racji zbyt niskiej rozdzielczości (tylko 10 bitów) wbudowanego w użyty mikrokontroler. Osiągana rozdzielczość wykonywanych pomiarów byłaby na poziomie:
- Dla napięcia: 5,5 V/210 = 5,37 mV.
- Dla prądu: 2,5 A/210 = 2,44 mA.
Z kolei, zakodowanie informacji o zmierzonej wielkości na 16 bitach zapewnia rozdzielczość:
- Dla napięcia: 5,5 V/216 = 83,9 μV.
- Dla prądu: 2,5 A/216 = 38,2 μA.
Jest to całkowicie wystarczające na potrzeby tego urządzenia. Rezystor R17 jest bocznikiem do pomiaru pobieranego prądu. Dla ułatwienia, prąd jest mierzony od strony masy (metoda low side). Wprawdzie MCP3425 dysponuje wejściem różnicowym, które umożliwiłoby pomiar między zaciskami rezystora również od strony zasilania (metoda high side), lecz taki pomiar mógłby być obarczony błędem wynikającym ze skończonej wartości współczynnika CMRR, więc zdecydowano się na dołączenie wejścia „–” do masy układu i wykonywanie pomiarów względem masy. Ponieważ uzyskanie pełnej rozdzielczości pomiaru prądu wymagałoby odłożenia na boczniku pełnego napięcia odniesienia (tj. 2,048 V), do celu pomiaru prądu wbudowany wzmacniacz jest przełączany na wzmocnienie 8 V/V, dzięki czemu maksymalny spadek na boczniku nie przekracza wartości 256 mV przy prądzie 2,5 A. Napięcie ze złącza USB jest mierzone przy wzmocnieniu 1 V/V za pomocą dzielnika rezystorowego R15/R16. Przy okazji, mierzone napięcie jest wykorzystane do zasilenia układu miernika.
Do przełączania wejścia przetwornika A/C wykorzystano klucz analogowy NC7SB3157. Ma on dwa wejścia przełączane pomiędzy jednym wyjściem, cyfrowe wejście sterujące i wyprowadzenia zasilania. O aktualnie mierzonej wartości (prąd/napięcie) decyduje mikrokontroler ustawiając odpowiedni poziom logiczny na linii S.
Ponieważ komunikacja między mikrokontrolerem a przetwornikiem odbywa się za pośrednictwem interfejsu I²C, konieczne było dodanie rezystorów R13 i R14, których zadaniem jest zapewnienie wysokiego poziomu logicznego dla wyjść typu otwarty kolektor.
Wybrany przez użytkownika pomiar jest prezentowany na 4-cyfrowym wyświetlaczu LED. Jego cyfry są sterowane multipleksowo, co redukuje liczbę wymaganych linii mikrokontrolera.
Do kalibrowania funkcji pomiaru napięcia i prądu służą potencjometry montażowe, odpowiednio PR1 i PR2. Ustawienie w środkowym położeniu nie zmienia wyniku, przekręcenie w skrajną pozycję zmienia go o około ±5%, zależnie od kierunku obrotu. Kalibracja odbywa się programowo, to znaczy mikrokontroler dokonuje pomiaru napięcia ze ślizgacza, po czym mnoży wynik pobrany z zewnętrznego A/C przez obliczony współczynnik kalibracyjny. Takie rozwiązanie zmniejsza do minimum liczbę podzespołów biernych w torze analogowym, które mogłyby być źródłem zakłóceń – w szczególności potencjometry, w których niepewny kontakt ślizgacza ze ścieżką rezystancyjną mógłby zaburzać pracę przetwornika.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
