Цифровий мікроамперметр своїми руками схема. Цифровий амперметр та вольтметр на PIC16F873A. Принципова схема амперметра
Саморобники, конструюючи, розробляючи і здійснюючи різні схеми зарядних пристроїв або блоків живлення, постійно стикаються з важливим фактором - візуальним контролем за вихідною напругою і споживаним струмом. Тут часто протягує руку допомоги Аліекспрес, оперативно поставляючи китайські цифрові вимірювальні прилади. Зокрема: цифровий ампервольтметр - прилад дуже простий, доступний за ціною і відображає точні інформаційні дані.
Але новачкам введення в експлуатацію (підключення до схеми ампервольтметра) може виявитися проблемним завданням, тому що вимірювальний прилад приходить без документації і підключити швидко позначені кольором дроти не кожному по плечу.
Зображення одного з найпопулярніших серед саморобів вольтамперметра викладено нижче,
це ампервольтметр на 100 вольт/10 ампер, він поставляється з вбудованим шунтом. Багато радіоаматорів такі вимірювальні прилади досить часто набувають для своїх саморобок. Цифровий прилад може запитуватись як від окремих джерел,
так і від одного експлуатованого та вимірюваного джерела напруги. Але тут прихований невеликий нюанс, необхідно дотримуватися умов - напруга використовуваного джерела живлення знаходилася в рамках 4,5-30 В.
Саморобникам, яким ще не зовсім зрозуміло: товстий проводок чорного кольору підключаємо на мінус блоку живлення, товстий проводок червоного кольору – на плюс блоку живлення (засвітяться показання шкали вольтметра),
товстий проводок синього кольору підключаємо до навантаження, другий кінець від навантаження приходить на плюс блоку живлення (засвітяться показання шкали амперметра).
На малюнку 1 представлена схема цифрового амперметра і вольтметра, яка може бути використана як додаток до схем блоків живлення, перетворювачів, зарядних пристроїв і т.д. Цифрова частина схеми виконана на мікроконтролер PIC16F873A. Програма забезпечує вимірювання напруги 0... 50 В, струм, що вимірюється - 0... 5 А.
Для відображення інформації використовуються світлодіодні індикатори із загальним катодом. Один з операційних підсилювачів мікросхеми LM358 використовується як повторювач напруги і служить для захисту контролера при позаштатних ситуаціях. Все-таки ціна контролера не така вже й мала. Вимірювання струму проводиться непрямим чином, за допомогою перетворювача струм-напруга, виконаного операційному підсилювачі DA1.2 мікросхеми LM358 та транзисторі VT1 – КТ515В. Почитати про такого перетворювача можна ще й . Датчиком струму у цій схемі служить резистор R3. Перевагою такої схеми вимірювання струму полягає в тому, що тут відпадає необхідність точного припасування міліомного резистора. Коригувати показання амперметра можна просто триммером R1 і в досить широких межах. Сигнал струму навантаження для подальшого оцифрування знімається з резистора навантажувача перетворювача R2. Напруга на конденсаторі фільтра стоїть після випрямляча вашого блоку (вхід стабілізатора, точка 3 на схемі) живлення не повинно бути більше 32 вольт, це обумовлено максимальною напругою живлення ОУ. Максимальна вхідна напруга мікросхемного стабілізатора КР142ЕН12А – 37 вольт.
Регулювання вольтамперметра ось у чому. Після всіх процедур - складання, програмування, перевірки на відповідність на зібраний вами твір подають напругу живлення. Резистором R8 виставляють на виході стабілізатора КР142ЕН12А напруга 5,12 В. Після цього вставляють в панельку запрограмований мікроконтролер. Вимірюють напругу в точці мультиметром 2, якому ви довіряєте, і резистором R7 домагаються однакових показань. Після цього виходу (точка 2) підключають навантаження з контрольним амперметром. Рівності показань обох приладів у разі домагаються з допомогою резистора R1.
Резистор-датчик струму можна виготовити самому, використовуючи при цьому, наприклад, сталевий дріт. Для розрахунку параметрів цього резистора можна використовувати програму Програму скачали? Відчинили? Отже, нам потрібен резистор номіналом 0,05 Ом. Для його виготовлення виберемо сталевий дріт діаметром 0,7 мм – у мене він такий, та ще й не іржавіючий. За допомогою програми обчислюємо необхідну довжину відрізка, що має такий опір. Дивимося скрін вікна цієї програми. 
І так нам потрібен відрізок сталевого нержавіючого дроту діаметром 0,7 мм і завдовжки лише 11 сантиметрів. Не треба цей відрізок звивати в спіраль і концентрувати тепло в одній точці. Наче все. Що незрозуміло, прошу на форум. Успіхів. К.В.Ю. Мало не забув про файли.
Розглянуто не складні схеми цифрових вольтметра та амперметра, побудованих без використання мікроконтролерів на мікросхемах СА3162, КР514ІД2. Зазвичай, хороший лабораторний блок живлення має вбудовані прилади, - вольтметр і амперметр. Вольтметр дозволяє точно встановити вихідну напругу, а амперметр покаже струм через навантаження.
У старих лабораторних блоках живлення були стрілочні індикатори, але зараз мають бути цифрові. Зараз радіоаматори найчастіше роблять такі прилади на основі мікроконтролера або мікросхем АЦП на кшталт КР572ПВ2, КР572ПВ5.
Мікросхема СА3162Е
Але є й інші мікросхеми аналогічної дії. Наприклад, є мікросхема СА3162Е, яка призначена для створення вимірювача аналогової величини із відображенням результату на трирозрядному цифровому індикаторі.
Мікросхема СА3162Е являє собою АЦП з максимальною вхідною напругою 999 mV (при цьому показання «999») і логічною схемою, яка видає відомості про результат вимірювання у вигляді трьох двійково-десяткових чотирирозрядних кодів, що по черзі змінюються, на паралельному виході і трьох виходах для опитування індикації.
Щоб отримати закінчений прилад потрібно додати дешифратор для роботи на семисегментний індикатор і складання трьох семисегментних індикаторів, включених в матрицю для динамічної індикації, а також трьох керуючих ключів.
Тип індикаторів може бути будь-яким, світлодіодні, люмінесцентні, газорозрядні, рідкокристалічні, все залежить від схеми вихідного вузла на дешифраторі і ключах. Тут використовується світлодіодна індикація на табло із трьох семисегментних індикаторів із загальними анодами.
Індикатори включені за схемою динамічної матриці, тобто всі їх сегментні (катодні) висновки включені паралельно. А для опитування, тобто послідовного перемикання, використовуються загальні анодні висновки.
Принципова схема вольтметра
Тепер ближче до схеми. На малюнку 1 показана схема вольтметра, який вимірює напругу від 0 до 100V (0...99,9V). Вимірювана напруга надходить висновки 11-10 (вхід) мікросхеми D1 через дільник на резисторах R1-R3.
Конденсатор СЗ виключає вплив перешкод результат вимірювання. Резистором R4 встановлюють показання приладу на нуль, за відсутності вхідної напруги А резистором R5 виставляють межу вимірювання так щоб результат вимірювання відповідав реальному, тобто, можна сказати, калібрують прилад.
Мал. 1. Принципова схема цифрового вольтметра до 100В мікросхемах СА3162, КР514ИД2.
Тепер про виходи мікросхеми. Логічна частина СА3162Е побудована за логікою ТТЛ, а виходи ще з відкритими колекторами. На виходах «1-2-4-8» формується двійководесятковий код, який періодично змінюється, забезпечуючи послідовну передачу даних про три розряди результату виміру.
Якщо використовується дешифратор ТТЛ, як, наприклад, КР514ІД2, його входи безпосередньо підключаються до даних входів D1. Якщо ж буде застосований дешифратор логіки КМОП чи МОП, його входи буде необхідно підтягнути до плюсу з допомогою резисторів. Це потрібно буде зробити, наприклад, якщо замість КР514ІД2 буде використано дешифратор К176ІД2 або CD4056.
Виходи дешифратора D2 через струмообмежуючі резистори R7-R13 підключені до сегментних виводів світлодіодних індикаторів Н1-НЗ. однойменні сегментні висновки всіх трьох індикаторів з'єднані разом. Для опитування індикаторів використовуються транзисторні ключі VT1-VT3, бази яких подаються команди з виходів Н1-НЗ мікросхеми D1.
Ці висновки також зроблено за схемою з відкритим колектором. Активний нуль, тому використовуються транзистори структури р-п-р.
Принципова схема амперметра
Схема амперметра показано малюнку 2. Схема практично така сама, крім входу. Тут замість дільника стоїть шунт на п'ятиватному резистори R2 опором 0,1 Від. За такого шунта прилад вимірює струм до 10А (0...9.99А). Установка на нуль та калібрування, як і в першій схемі, здійснюється резисторами R4 та R5.
Мал. 2. Принципова схема цифрового амперметра до 10А і більше мікросхемах СА3162, КР514ИД2.
Вибравши інші дільники та шунти можна задати інші межі вимірювання, наприклад, 0...9.99V, 0...999mA, 0...999V, 0...99.9А, це залежить від вихідних параметрів того лабораторного блоку живлення, який будуть встановлені ці індикатори. Також, на основі даних схем можна зробити і самостійний вимірювальний прилад для вимірювання напруги і струму (настільний мультиметр).
При цьому потрібно врахувати, що навіть використовуючи рідкокристалічні індикатори прилад споживатиме суттєвий струм, оскільки логічна частина СА3162Е побудована за ТТЛ-логікою. Тому хороший прилад з автономним харчуванням навряд чи вийде. А ось автомобільний вольтметр (рис.4) вийде непоганий.
Живляться прилади постійною стабілізованою напругою 5V. У джерелі живлення, в яке вони будуть встановлені, необхідно передбачити наявність такої напруги при струмі не нижче 150mA.
Підключення приладу
На малюнку 3 показано схему підключення вимірювачів у лабораторному джерелі.
Мал. 3. Схема підключення вимірювачів у лабораторному джерелі.
Рис.4. Саморобний автомобільний вольтметр на мікросхемах.
Деталі
Мабуть, найважче - це мікросхеми СА3162Е. З аналогів мені відома лише NTE2054. Можливо, є й інші аналоги, про які мені не відомо.
З рештою значно простіше. Як уже сказано, вихідну схему можна зробити на будь-якому дешифраторі та відповідних індикаторах. Наприклад, якщо індикатори будуть із загальним катодом, то потрібно КР514ІД2 замінити на КР514ІД1 (цоколівка така ж), а транзистори VТ1-VТЗ перетягнути вниз, приєднавши їх колектора до мінуса живлення, а емітери до загальних катодів. Можна використовувати дешифратори КМОП-логіки, підтягнувши їх входи до плюсу за допомогою резисторів.
Налагодження
Загалом воно зовсім нескладне. Почнемо з вольтметра. Спочатку замкнемо між собою висновки 10 і 11 D1, і підстроюванням R4 виставимо нульові показання. Потім, прибираємо перемичку, що замикає висновки 11-10 і підключаємо до клем «навантаження» зразковий прилад, наприклад, мультиметр.
Регулюючи напругу на виході джерела, резистором R5 налаштовуємо калібрування приладу так, щоб показання його збігалися з показаннями мультиметра. Далі налагоджуємо амперметр. Спочатку, не підключаючи навантаження, регулюванням резистора R5 встановлюємо його показання на нуль. Тепер потрібно постійний резистор опором 20 і потужністю не нижче 5W.
Встановлюємо на блоці живлення напругу 10V і підключаємо цей резистор як навантаження. Підлаштовуємо R5 так, щоб амперметр показав 0,50 А.
Можна виконати калібрування і за зразковим амперметром, але мені здалося зручніше з резистором, хоча звичайно на якість калібрування дуже впливає похибка опору резистора.
За цією ж схемою можна зробити автомобільний вольтметр. Схема такого приладу показана малюнку 4. Схема від показаної малюнку 1 відрізняється лише входом і схемою живлення. Цей прилад тепер живиться від вимірюваної напруги, тобто вимірює напругу, що надходить на нього як живильне.
Напруга від бортової мережі автомобіля через дільник R1-R2-R3 надходить на вхід мікросхеми D1. Параметри цього дільника такі ж як у схемі малюнку 1, тобто для виміру не більше 0...99.9V.
Але в автомобілі напруга рідко буває понад 18V (більше 14,5V – вже несправність). І рідко опускається нижче 6V, хіба що падає до нуля при повному відключенні. Тому пристрій реально працює в інтервалі 7...16V. Живлення 5V формується з того ж джерела за допомогою стабілізатора А1.
При проектуванні цифрових вольтметрів або мультиметрів більшість радіоаматорів оперуються або аналого-цифрові перетворювачі серії К572ПВ, або прилад будують за схемою частотоміра з аналогоцифровим перетворювачем "напруга-частота" або "напруга-період". Але є інший спосіб – безпосереднього виміру. Його сутність полягає в тому, що лічильник приладу, що працює на індикацію, одночасно виробляє ступінчасто-змінювану напругу, яка надходить на один із входів компаратора, а на його інший вхід надходить напруга від ланцюга.
У момент збігу цих напруг на виході компаратора змінюється логічний рівень, який зазвичай зупиняє лічильник у цьому положенні на деякий час. Таким чином прилад працює як простий (повільний) частотомір, протягом деякого часу відбувається вимірювання напруги (наростання ступінчастої напруги до рівня вимірюваного), потім індикація, потім обнулення, і все спочатку.
Використовуючи мікросхеми серії К176, а саме дешифратори К176ІД2, що мають на своїх входах тригери пам'яті можна побудувати вольтметр, показання якого так само оперативно змінюватимуться як і в приладах побудованих на мікросхемах К572ПВ2 або К572ПВ5.
Принципова схема трирозрядного вольтметра, що вимірює напругу від нуля до 9,99В, показана на малюнку 1. Основу приладу складає трирозрядний лічильник на мікросхемах D3-D5. На вхід цього лічильника постійно надходять імпульси частотою близько 3 кГц мультивібратора на елементах D1.1 і D1.2. Лічильник весь час вважає по колу від нуля до 999, він не має жодних входів, крім інформаційного, і не може встановлюватися в нуль якимись зовнішніми імпульсами. На виході лічильника, крім дешифраторів з семисегментними індикаторами, включена резистивна матриця, що складається з резисторів R5-R16.
Опір резисторів відповідають ваговим значенням вихідних кодів лічильника. Усі резистори мають одну загальну точку з'єднання. Саме в цій точці, під час роботи лічильника виходить ступінчасто-наростаюча напруга. Воно змінюється від нульового рівня рівня логічної одиниці з числом проміжних ступенів 999. Потім різко падає до нуля, і знову поступово наростає до одиниці.
Ця напруга надходить на прямий вхід компаратора D2. Завдання компаратора полягає в тому, щоб зареєструвати момент збігу цієї напруги з напругою, що надходить з вхідного дільника (насправді не збіги мінімального перевищення, не більше ніж на один ступінь).
У цей час на виході компаратора встановлюється логічна одиниця. Вона запускає одновібратор на елементах D1.3, D1.4 який виробляє короткий імпульс. Цей імпульс надходить на входи "X" дешифраторів D6-D8 і записує в їх тригери той код, який був у цей момент на виходах лічильника. Це число відображається індикатором до тих пір, поки наступний імпульс від одновібратора.
Таким чином лічильник весь час ходить по колу і синтезує напругу, що наростає, а на індикацію виводиться тільки те значення, яке чисельно відповідає вимірюваній напрузі.
Джерело живлення має бути стабілізовано, оскільки він бере безпосередню участь у формуванні ступінчастої напруги.
Номінали резисторів R5-R16 розраховані та їх опори не відповідають номінальному ряду, тому деякі з них потрібно набирати з двох-трьох. Клас точності має бути не менше 4%, від нього насамперед залежить точність показань приладу. Зручно взяти звичайні резистори опором на 5-20% меншого опору ніж на схемі, наприклад, замість R11 на 90 ком беремо на 82 ком, а потім контролюючи опір точним омметром за допомогою дрібної шкірки сточуємо резистивний шар з одного боку корпусу .
Малюнок 2
Встановивши опори, вказані на схемі, можна отримати клас точності приладу 4-6%. Більш високу точність із серією К176 отримати важко. Якщо потрібна більш висока точність, напруга на кожен резистор слід подавати через пару ключів мікросхеми К561КТ3 (рисунок 2). В даному випадку можна отримати клас точності 0,1-0,5%, але це дуже ускладнює схему.
Істотно підвищити клас точності (1-2%) можна, якщо лічильники К176ІЕ2 замінити на К561ІЕ14. До того ж потрібно розділити ланцюги живлення лічильників з компаратором і світлодіодних індикаторів, оскільки індикатори споживають великий струм і можуть дестабілізувати дію на формувач ступінчастої напруги. Калібрують пристрій підбором номіналу R3. Точно встановити прилад на нуль можна увімкненням резистора опором в кілька мегаом між виведенням 4 і 11 компаратора.
Швидкість роботи приладу можна істотно збільшити якщо підняти частоту мультивібратора, наприклад до 10-15 кГц, але в цьому випадку потрібно відповідним чином скоротити тривалість імпульсу, що виробляється одновібратором на елементах D1.3 і D1.4, таким чином, щоб тривалість імпульсу, що виробляється ним менше періоду імпульсів на виході мультивібратора.
Верхню межу вимірювання можна встановити підбором номіналу R3, наприклад, якщо потрібно вимірювати 0..,99,9В опір має бути близько 1 Мом (остаточно підбирається при калібруванні).
Багато радіоаматорів-початківців, збираючи собі, спочатку, простий, без наворотів, надалі, думаю, захочуть розширення його функціональності. Тут є два варіанти, можна зібрати новий блок живлення, що йде відразу із захистом, з регулюванням струму, і можливо будь-якими іншими розширеними можливостями. Або піти тим шляхом, яким пішов я, зробивши апгрейд або, інакше кажучи, удосконалення існуючого, перевіреного часом блоку живлення.
Свого часу зібрав для свого простого регульованого блоку живлення плату регулювання струму і плату захисту від КЗ, доповнивши таким чином його схему. Але при користуванні цим блоком живлення, напруга на виході, як і раніше, доводилося виставляти орієнтуючись на показання мультиметра, включеним як вольтметр. Також і струм при включеному регулюванні вихідного струму доводилося виставляти за показаннями міліамперметра тестера. Це здалося мені незручним, хотілося, щоб була цифрова індикація струму та напруги, і тоді почав уже підшукувати схему ампер-вольтметра на мікроконтролері AVR Меге 8 і подібну. Як при перегляді одного з відео на Ю-тубі, побачив у блоці живлення такий ампер - вольтметр, що вбудовується в різні електронні прилади, як на фото нижче:
Під відео було наведено посилання на китайський інтернет-магазин Алі - експрес. У мене вже був досвід замовлення з Алі, для тих, хто ще не користувався їхніми послугами, скажу, що якщо в лоті вказана безкоштовна доставка, то доставка дійсно безкоштовна, без каверзи. Товар приходить до Росії протягом 45 днів.
Причому у разі недоставки чи подібних неприємностей, покупець отримує всю сплачену суму цілком, повертають оперативно, був досвід. Вартість такого ампер-вольт метра лише 3,6 долара, що становить навіть з урахуванням зростання доларів, невелику суму. Тому вагався я недовго, і знайшовши найбільш вигідну пропозицію, замовив. Проводки з роз'ємами для підключення йдуть у комплекті з приладом.
Підключається до вимірюваного пристрою ампер-вольт метр за допомогою трипінового роз'єму. За допомогою другого двох пінових роз'ємів на ампер - вольтметр подається харчування, яке може бути в діапазоні від 4.5 до 30 вольт. Більш детально з усіма характеристиками можна ознайомитись, подивившись малюнок, що знаходиться вище. Спочатку викликало утруднення підключення роз'єму 3 Pin, на сторінці замовлення була лише плутанна схема. Згодом на сторінці іншого продавця, аналогічного товару, знайшов наступний малюнок - схему підключення:
На практиці все виглядає простіше, плюс харчування у нас йде на червоний провід та навантаження. Мінус живлення йде на чорний провід, а синій провід, що залишився (на малюнку жовтий) йде на мінус навантаження. Таким чином, у нас амперметр включається до розриву ланцюга мінуса. Якщо нам амперметр не потрібен при користуванні, ми підключаємо тільки чорний та червоний дроти, синій (жовтий) провід просто нікуди не підключаємо, можливо, це не зовсім правильно, але все працює. Мій ампер-вольт метр працював трохи неточно, як по струму, так і за напругою, і був мною відкалібрований звіряючись зі свідченнями двох мультиметрів, на випадок, якщо на одному з них підсіла батарея, і він почав брехати.
У пристрої передбачено калібрування по струму та напрузі, шляхом обертання двох головок під хрестову викрутку. Кріпиться ампер - вольтметр за допомогою чотирьох пластмасових розпірок, що знаходяться попарно зверху і знизу. Аналогічно кріпляться малогабаритні клавішні вимикачі. Єдиний недолік, виявлений при користуванні ампер-вольт метром, це те, що він, незважаючи на заявлений дозвіл 0.01 А., показує струм не від нуля, а приблизно від 30 - 50 міліампер, тому виставляти по ньому невеликі струми може бути проблематично.
Загалом приладом залишився задоволений, якби став збирати ампер-вольт метр сам, на МК, напевно, і розміри були б більшими, і за вартістю вищими. Зрозуміло, сфера застосування цього приладу не обмежується одними регульованими блоками живлення, його можна вбудувати в будь-який пристрій, де важливим є контроль струму та напруги. А/В-метр йде з вбудованим шунтом і дозволяє вимірювати струми до 10 Ампер при напрузі до 100 Вольт. Якщо необхідно самому зібрати подібний пристрій - принципова схема і прошивка є в .
