Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Prosty woltomierz pseudoanalogowy

Simon79 10 Lis 2017 00:41 6009 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.


    Fajne!
  • #2 10 Lis 2017 08:52
    PIOTR111
    Poziom 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 10 Lis 2017 10:01
    Simon79
    Poziom 17  

    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 10 Lis 2017 10:40
    22053
    Użytkownik usunął konto  
  • #5 10 Lis 2017 12:17
    Simon79
    Poziom 17  

    R-MIK napisał:
    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 10 Lis 2017 12:39
    22053
    Użytkownik usunął konto  
  • #7 10 Lis 2017 12:47
    Simon79
    Poziom 17  

    Dzięki za uwagi, wartości 18k i 2k jakoś i nie przyszły mi do głowy, będę pamiętał.

  • #8 10 Lis 2017 12:50
    22053
    Użytkownik usunął konto  
  • #10 10 Lis 2017 14:13
    22053
    Użytkownik usunął konto  
  • #11 10 Lis 2017 20:28
    PIOTR111
    Poziom 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 10 Lis 2017 20:41
    CMS
    Administator HydePark

    Wow. Takie cudo za 150PLN. KT-7032 może sobie nawet zakupię do zabawy, bo fajnie się prezentuje, ale trochę wąski zakres pomiarów.

  • #13 10 Lis 2017 21:12
    22053
    Użytkownik usunął konto  
  • #14 10 Lis 2017 21:52
    PIOTR111
    Poziom 16  

    multipleks wyświetlaczy odczyt cyfrowy + linijka analogowa

  • #15 10 Lis 2017 22:52
    22053
    Użytkownik usunął konto  
  • #16 11 Lis 2017 07:56
    PIOTR111
    Poziom 16  

    Czekamy na realizację autora projektu jestem ciekaw co wybierze a może zastosuje inne rozwiązanie
    PIOTR

  • #17 11 Lis 2017 23:06
    popiol667
    Poziom 15  

    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 14 Lis 2017 00:57
    yogi009
    Poziom 42  

    Zdecydowanie ciekawe rozwiązanie. Od razu poprawia czytelność, ale i humor. Brawo za pomysł i wykonanie!

  • #19 14 Lis 2017 01:49
    22053
    Użytkownik usunął konto