Kapazitätsmesser mit Arduino

Wenn wir auf Leiterplatten stoßen, die zuvor entworfen wurden, oder eine aus einem alten Fernseher oder Computer herausnehmen, um sie zu reparieren. Und manchmal müssen wir die Kapazität eines bestimmten Kondensators auf der Platine kennen, um den Fehler zu beseitigen. Dann haben wir ein Problem damit, den genauen Wert des Kondensators von der Platine zu erhalten, insbesondere wenn es sich um ein oberflächenmontiertes Gerät handelt. Wir können Geräte zur Messung der Kapazität kaufen, aber all diese Geräte sind teuer und nicht für jedermann geeignet. Vor diesem Hintergrund werden wir ein einfaches Arduino-Kapazitätsmessgerät entwickeln , um die Kapazität unbekannter Kondensatoren zu messen.

Dieses Messgerät kann einfach hergestellt werden und ist auch kostengünstig. Wir werden ein Kapazitätsmessgerät mit Arduino Uno, Schmitt Trigger Gate und 555 IC Timer herstellen.

Erforderliche Komponenten:

• 555 Timer IC
• IC 74HC14 Schmitt Trigger Gate oder NOT Gate.
• 1KΩ Widerstand (2 Stück), 10KΩ Widerstand
• 100nF Kondensator, 1000µF Kondensator
• 16 * 2 LCD,
• Steckbrett und einige Anschlüsse.

Schaltungserklärung:

Das Schaltbild des Kapazitätsmessers mit Arduino ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Die Schaltung ist einfach, ein LCD ist mit Arduino verbunden, um die gemessene Kapazität des Kondensators anzuzeigen. Eine Rechteckwellengeneratorschaltung (555 im Astable-Modus) ist mit Arduino verbunden, wo wir den Kondensator angeschlossen haben, dessen Kapazität gemessen werden muss. Ein Schmitt-Trigger-Gate (IC 74LS14) wird verwendet, um sicherzustellen, dass nur eine rechteckige Welle Arduino zugeführt wird. Um das Rauschen zu filtern, haben wir einige Kondensatoren über die Stromversorgung hinzugefügt.

Diese Schaltung kann Kapazitäten im Bereich von 10 nF bis 10 uF genau messen.

555 Timer IC-basierter Rechteckwellengenerator:

Zunächst werden wir über einen auf einem 555 Timer IC basierenden Rechteckwellengenerator sprechen, oder sollte ich sagen, einen 555 Astable Multivibrator. Wir wissen, dass die Kapazität eines Kondensators nicht direkt in einer digitalen Schaltung gemessen werden kann, mit anderen Worten, die UNO befasst sich mit digitalen Signalen und kann die Kapazität nicht direkt messen. Daher verwenden wir eine 555-Rechteckgeneratorschaltung, um den Kondensator mit der digitalen Welt zu verbinden.

Einfach ausgedrückt liefert der Timer einen Rechteckwellenausgang, dessen Frequenz sich direkt auf die damit verbundene Kapazität auswirkt. Also erhalten wir zuerst das Rechtecksignal, dessen Frequenz für die Kapazität des unbekannten Kondensators repräsentativ ist, und speisen dieses Signal an UNO, um den geeigneten Wert zu erhalten.

Allgemeine Konfiguration 555 im Astable-Modus wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

Die Ausgangssignalfrequenz hängt von RA, RB-Widerständen und Kondensator C ab. Die Gleichung lautet:

Frequenz (F) = 1 / (Zeitraum) = 1,44 / ((RA + RB * 2) * C).

Hier sind RA und RB Widerstandswerte und C ist der Kapazitätswert. Indem wir die Widerstands- und Kapazitätswerte in die obige Gleichung einfügen, erhalten wir die Frequenz der Ausgangsrechteckwelle.

Wir werden 1KΩ als RA und 10KΩ als RB anschließen. So wird die Formel, Frequenz (F) = 1 / (Zeitraum) = 1,44 / (21000 * C).

Durch die Neuordnung der Begriffe, die wir haben, Kapazität C = 1,44 / (21000 * F)

In unserem Programmcode (siehe unten) haben wir das Ergebnis in nF berechnet, um den Kapazitätswert genau zu erhalten, indem wir die erhaltenen Ergebnisse (in Farad) mit „1000000000“ multiplizieren. Wir haben auch '20800' anstelle von 21000 verwendet, da die genauen Widerstände von RA und RB 0,98 K und 9,88 K betragen.

Wenn wir also die Frequenz der Rechteckwelle kennen, können wir den Kapazitätswert erhalten.

Schmitt Trigger Gate:

Die von der Zeitgeberschaltung erzeugten Signale sind nicht vollständig sicher, um direkt an das Arduino Uno weitergeleitet zu werden. Mit Blick auf die Empfindlichkeit von UNO verwenden wir das Schmitt-Trigger-Gate. Das Schmitt-Trigger-Gate ist ein digitales Logikgatter.

Dieses Gate liefert OUTPUT basierend auf dem INPUT-Spannungspegel. Ein Schmitt-Trigger hat einen THERSHOLD-Spannungspegel. Wenn das an das Gate angelegte INPUT-Signal einen höheren Spannungspegel als den THRESHOLD des Logikgatters hat, geht OUTPUT auf HIGH. Wenn der Signalpegel der Eingangsspannung niedriger als THRESHOLD ist, ist der Ausgang des Gatters LOW. Damit erhalten wir den Schmitt-Trigger normalerweise nicht separat, wir haben immer ein NOT-Gatter nach dem Schmitt-Trigger. Die Arbeit mit dem Schmitt-Trigger wird hier erklärt: Schmitt-Trigger-Gate

Wir werden einen 74HC14-Chip verwenden, dieser Chip enthält 6 Schmitt-Trigger-Gates. Diese SIX-Gatter sind intern verbunden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Die Wahrheitstabelle des invertierten Schmitt-Trigger-Gatters ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Dazu müssen wir die UNO für die Invertierung der positiven und negativen Zeiträume an ihren Anschlüssen programmieren.

Wenn wir das von der Zeitgeberschaltung erzeugte Signal mit dem ST-Gatter verbinden, haben wir eine rechteckige Welle invertierter Zeitperioden am Ausgang, die sicher an UNO weitergegeben werden kann.

Arduino misst die Kapazität:

Das Uno hat eine spezielle Funktion pulsIn , mit der wir die Dauer des positiven Zustands oder die Dauer des negativen Zustands einer bestimmten Rechteckwelle bestimmen können:

Htime = pulsIn (8, HIGH); Ltime = pulsIn (8, LOW);

Die pulsIn- Funktion misst die Zeit, für die an PIN8 von Uno ein hoher oder niedriger Pegel vorhanden ist. Die pulsIn- Funktion misst diese High Time (Htime) und Low Time (Ltime) in Mikrosekunden. Wenn wir Htime und Ltime addieren, erhalten wir die Zyklusdauer und durch Invertieren die Frequenz.

Sobald wir die Frequenz haben, können wir die Kapazität unter Verwendung der zuvor diskutierten Formel erhalten.

Zusammenfassung und Test:

Zusammenfassend verbinden wir den unbekannten Kondensator mit der 555-Zeitgeberschaltung, die einen Rechteckwellenausgang erzeugt, dessen Frequenz in direktem Zusammenhang mit der Kapazität des Kondensators steht. Dieses Signal wird über das ST-Gatter an UNO weitergeleitet. Die UNO misst die Frequenz. Bei bekannter Frequenz programmieren wir die UNO so, dass die Kapazität unter Verwendung der zuvor diskutierten Formel berechnet wird.

Mal sehen, welche Ergebnisse ich erzielt habe, Wenn ich einen 1uF-Elektrolytkondensator angeschlossen habe, ist das Ergebnis 1091,84 nF ~ 1uF. Und das Ergebnis mit 0,1 uF Polyesterkondensator ist 107,70 nF ~ 0,1 uF

Dann habe ich einen 0,1 uF Keramikkondensator angeschlossen und das Ergebnis ist 100,25 nF ~ 0,1 uF. Auch das Ergebnis mit einem 4,7 uF Elektrolytkondensator ist 4842,83 nF ~ 4,8 uF

Auf diese Weise können wir einfach die Kapazität eines Kondensators messen.