Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Computer ControlsComputer Controls
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Prosty woltomierz pseudoanalogowy

Simon79 10 Nov 2017 00:41 7851 18
  • Prosty woltomierz pseudoanalogowy
    Chciałbym przedstawić opis prostego woltomierza pseudoanalogowego. Odczyt wartości zmierzonej następuje w formie punktu świetlnego diody LED, stylizowanej na wzór wskazówki miernika analogowego (opcjonalnie w formie linijki LED), lecz pomiar następuje drogą cyfrową, z wykorzystaniem mikrokontrolera. Dlatego nazwa pseudoanalogowy. Jestem zwolennikiem łączenia "retro" i "teraźniejszości". Nie raz denerwowały mnie latające cyferki wyświetlacza w przypadku wahania wskazań, stąd taki pomysł. Woltomierz powstał jako uzupełnienie budowanego właśnie zasilacza 0-30V i został wykonany z dostępnych pod ręką elementów, z przysłowiowej szuflady, brak w nim specjalizowanych elementów.
    Prosty woltomierz pseudoanalogowy
    Woltomierz składa się z dwóch części: wyświetlacza i części pomiarowej.
    Widać, że nie jest to "cud techniki": typowy zasilacz 5V, Atmega8 z zewnętrznym źródłem napięcia odniesienia oraz rejestry przesuwne 4094 z 32 diodami LED.
    Podstawowy zakres pomiarowy napięcia to 1-32V o rozdzielczości 1V, lecz postanowiłem dodać automatyczną zmianę zakresu i wyposażyć go w zakres 0,1-3,2V o rozdzielczości 0,1V.
    Zasada działania opiera się na pomiarze napięcia przy użyciu dwóch przetworników ADC0 i ADC1. Przetwornik ADC1 służy do określenia zakresu pomiarowego. Wartość odczytana z tego przetwornika pozwala na decydowanie czy dołączyć rezystor R9 - poprzez pin portu PC2 (oznaczony etykietą RNG) do masy- tworząc dzielnik 1:10, czy też nie. Dla napięć 0,1-3,2V napięcie wejściowe z CON2 podawane poprzez rezystor R8 trafia bezpośrednio na wejście przetwornika ADC0. Gdy napięcie przekroczy wartość 3,3V, następuje przełączenie z zakresu niższego, sygnalizowanego zieloną diodą LED33, na zakres wyższy, LED33 zgaszona. Kto chciałby użyć takiego woltomierza do zasilacza 15V, można zamiast dzielnika 1:10 użyć dzielnika 1:4, co daje zakres 16V z rozdzielczością 0,5V. Ponieważ nie każdemu spodoba się przełączanie zakresów, można z tego zrezygnować i wykonać jeden zakres, łącząc R9 bezpośrednio do masy, przecinając połączenie z pinem PC2, ADC1 niewykorzystany, można połączyć do masy.
    Diody D2-D5 (wraz z R8, R10) stanowią najprostsze zabezpieczenie przetworników przed podaniem napięcia wyższego niż napięcie zasilania Atmegi, czyli 5V. Kondensatory C7, C8 dodatkowo filtrują napięcie pomiarowe.
    Zrezygnowałem z wewnętrznego napięcia odniesienia Atmegi ze względu na jego rozrzut. Napięcie referencyjne wykonano z TL431. Wartość napięcia referencyjnego została ustalona na 3,3V. Dokładnego ustawienia dokonuje się potencjometrem. Rezystory R3 i R4 pozwalają dobrać zakres regulacji napięcia potencjometru. W trakcie ustawienia korzystałem z miernika BRYMEN BM859CFa, w "wolnej chwili" w pracy. Zasilanie części analogowej Atmegi8 również zrealizowano typowo, z wykorzystaniem dławika 10uH i kondensatora 100nF. "Rozdzielono" masę cyfrową i analogową.
    Napięcie mierzone "przesyłane" jest szeregowo do rejestrów przesuwnych sygnałami oznaczonymi jako CLK, D oraz STR, które wyprowadzono na złącze CON4 "WY". Zasady działania rejestrów nie będę opisywał.
    Woltomierz może pracować w trybie "punktu świetlnego" ustawienie standardowe, lub opcjonalnie, w trybie linijki LED. Zmianę trybu dokonuje się zmianą stanu pinu PB0, pin 14. Podłączenie do masy to tryb punktowy, odłaczenie tego pinu od masy i pozostawienie niepodłączonego, to tryb linijki.
    Tranzystor T1, R6, R7, LED1 tworzą proste źródła prądowe, dzięki czemu można uniknąć konieczności stosowania oddzielnych rezystorów dla każdej z 32 diod LED wyświetlacza. Prąd takiego źródła prądowego ustala się R7. Rozwiązanie takie sprawdza się w trybie punktowym, natomiast w trybie linijki sprawa się komplikuje. Nie wchodząc w szczegóły, równolegle łączenie LED w źródle prądowym wymaga m.in. użycia LED o jednakowym, dobieranym, napięciu przewodzenia Uf . Dlatego w trybie linijki należy zmodyfikować źródło prądowe lub po prostu użyć rezystorów ograniczających prąd, dla każdej diody. W modelu wykorzystałem tryb punktowy.
    Prosty woltomierz pseudoanalogowy
    Prosty woltomierz pseudoanalogowy
    Wyświetlacz woltomierza składa się z 4 rejestrów przesuwnych 4094 wraz z odpowiednio ułożonymi diodami LED. Zgodnie z zasadami warto dodać kondensator 100nF do każdego scalaka. Dlaczego 4094 a nie np. '164 czy '595?. Bo akurat takie miałem i chciałem je wykorzystać. Podobnie z montażem THT zamiast SMD: chęć pozbycia się elementów THT a nie brak umiejętności lutowania.
    Do celów testowych, na etapie sprawdzenia działania dodałem możliwość odczytu napięcia i ADC w terminalu, łączem szeregowym CON3. Użyłem przejściówki USB.

    Jako napięcia wzorcowego użyłem chińskiego modułu z układem AD584 i napięciach wyjściowych: 2.5V/7.5V/5V/10V.
    Jak dla mnie dokładność takiego woltomierza jest wystarczająca i zadowalająca, porównywalna z najtańszym miernikiem cyfrowym. Dla typowych wskazówkowych mierników stosowanych w zasilaczach to 2,5%. Rozdzielczość, no cóż, można by jeszcze dodać kilka rejestrów... :)
    Prosty woltomierz pseudoanalogowy
    Woltomierz został wykonany na jednostronnych płytkach drukowanych. Ścieżki na "górnej stronie" wykonano jako zworki. Złącze CON4 płytki pomiarowej i CON1 płytki wyświetlacza należy przylutować od strony druku, tworząc kanapkę, co wymaga nieco staranności.
    Na płytce pomiarowej dodano obszar "płytki uniwersalnej", gdyby w przyszłości chciał zrobić amperomierz.
    Prototyp pokazany na zdjęciach i filmiku różni się od wersji ostatecznej umiejscowieniem elementów związanych z napięciem odniesienia. W załączniku wsad do atmegi8 ( fusebity: low 0xE4, high: 0xD9, wewnętrzny kwarc 8MHz) oraz wydruki pdf dla osób, które chciałyby wykonać taki woltomierz.
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    Simon79
    Level 19  
    Offline 
    Simon79 wrote 313 posts with rating 219, helped 24 times. Been with us since 2007 year.
  • Computer ControlsComputer Controls
  • #2
    PIOTR111
    Level 16  
    Witam
    Dla mnie fajny projekt jestem zwolennikiem odczytu mieszanego analog cyfra.
    Szczególnie przydatna wizualizacja liniowa przy dostrajaniu niektórych układów.
    Małe pytanko - jakie napięcie jest ustawione na wejściu atmegi pin 21 AREF
    I czy będzie w planie jakaś skala jako nakładka??
    PIOTR
  • #3
    Simon79
    Level 19  
    Napięcie odniesienia ustawione jest na 3,3V. Co do skali, z pewnością powstanie i udostępnię jeśli będzie czym się pochwalić :) , obecnie zajmuje się zasilaczem.
  • #4
    User removed account
    User removed account  
  • #5
    Simon79
    Level 19  
    R-MIK wrote:
    Sporo nieużywanych wyprowadzeń i rejestry dla LED. Dlaczego nie wyświetlanie multipleksowane?
    R8, gdy R9 nie jest podłączony do masy, nie ma zbyt dużej wartości?

    Na upartego można to zrobić na attiny13 pisząc w asemblerze, ale tak jak pisałem wyżej, pozbywam się Atmeg w dip, gdybym robił migacz diody led, to też by to było na atmega8 z 99% niewykorzystanymi pinami. Rejestrów użyłem, bo nigdy się jeszcze nimi nie bawiłem i leżały odłogiem :). Co do wartości R8 to racja, powinien być mniejszy np. 47K, ale użyłem takiej wartości, gdyż tylko 100K miałem jako 1% do dzielnika 1:10.
  • #6
    User removed account
    User removed account  
  • Computer ControlsComputer Controls
  • #7
    Simon79
    Level 19  
    Dzięki za uwagi, wartości 18k i 2k jakoś i nie przyszły mi do głowy, będę pamiętał.
  • #8
    User removed account
    User removed account  
  • #10
    User removed account
    User removed account  
  • #11
    PIOTR111
    Level 16  
    Nie wiem czy timery w tym rozwiązaniu pozwolą
    ale w układzie na rejestrach HC595 byłoby to możliwe
    oto przykład godny naśladowania
    połączenie wyświetlacza skali liniowej z cyfrową
    Piotr
  • #12
    CMS
    Administrator of HydePark
    Wow. Takie cudo za 150PLN. KT-7032 może sobie nawet zakupię do zabawy, bo fajnie się prezentuje, ale trochę wąski zakres pomiarów.
  • #13
    User removed account
    User removed account  
  • #14
    PIOTR111
    Level 16  
    multipleks wyświetlaczy odczyt cyfrowy + linijka analogowa
  • #15
    User removed account
    User removed account  
  • #16
    PIOTR111
    Level 16  
    Czekamy na realizację autora projektu jestem ciekaw co wybierze a może zastosuje inne rozwiązanie
    PIOTR
  • #17
    popiol667
    Level 16  
    Attiny2313 bez problemu poradził sobie z wysterowaniem matrycy 4x7 diod (wyświetlacz 7-segmentowy, zegarek). Obniżając prąd diody do 2mA (gdzie jasność jest jeszcze akceptowalna) można układ zrealizować bez zewnętrznych tranzystorów.
    Prosty woltomierz pseudoanalogowy

    Na płytce z diodami można upchać cały układ (dwustronna, smd).

    Powtarzam się w opiniach, ale: schludnie, poukładanie (nie tylko konstrukcja, ale stanowisko testowo - prototypowe), przemyślanie.
  • #18
    yogi009
    Level 43  
  • #19
    User removed account
    User removed account