Среда, 16 марта 2011 19:24

Цифровой вольтамперметр на ATmega8 для блока питания

Оцените материал
(5 голосов)
Цифровой вольтамперметр на ATmega8 для блока питания - 4.4 out of 5 based on 5 votes

Цифровой вольтамперметр предназначенный для установки в блок питания для отображения выходного напряжения, тока и некоторых дополнительных параметров, выполнен в виде встраиваемого модуля.

bpvid

 

Основные характеристики устройства:

  • основа устройства – микроконтроллер AVR ATmega8 компании Atmel;
  • диапазон измеряемого напряжения: 0 В – 30 В, шаг 10 мВ;
  • диапазон измеряемого тока: 0 А – 99 А, шаг 10 мА (шаг зависит от значения сопротивления шунта);
  • два вариатна конструкции: с микроконтроллером в TQFP и PDIP корпусе;
  • односторонняя печатная плата;
  • компактная конструкция;
  • отображение измеряемых величин на ЖК дисплее (однострочном или двухстрочном) на базе контроллера HD44780.

Измерение тока проводится с использованием шунта, который подключен последовательно с нагрузкой в цепи отрицательной (общей) клеммы блока питания. Питание устройство получает от основного блока питания (т.е. от блока питания который вы модернизируете). Дополнительной функцией, которую выполняет микроконтроллер, является управление вентилятором охлаждения радиатора выходного транзистора (транзисторов) блока питания.

При использовании двухстрочного дисплея (и соответствующего ПО для микроконтроллера) имеется возможность отображения значения сопротивления подключенной нагрузки. А при использовании блока питания для зарядки Li-Pol аккумуляторов имеется функция отображения электрической емкости аккумуляторов, что дает возможность оценить их состояние и уровень разряда.

Внутреннее разрешение вольтамперметра по диапазону измерения тока рассчитывается согласно выражения:

Разрешение[мА] = 1/(R[Ом]×3.2)

Кроме того, падение напряжения на шунте не должно превышать 2.4 В, поэтому значение сопротивления шунта должно быть меньше 2.4/Imax[A]

Автором было разработано два варианта вольтамперметра:

  • вариант №1: применен микроконтроллер ATmega8 в корпусе TQFP32;
  • вариант №2: применен микроконтроллер ATmega8 в корпусе PDIP.

Принципиальная схема вольтамперметра (вариант №1)

22-2

Кликни для увеличения

Список электронных компонентов (вариант №1)

Обозначение в схеме

Номинал

Корпус

Примечание

R1, R2

100 кОм

smd 1206

 

R3

10 кОм

 

Потенциометр

R5, R6

10 кОм

smd 1206

 

R4

30 кОм

smd 1206

 

R7, R8

7.5 кОм

smd 1206

 

R9, R10

500 Ом

 

Потенциометр

R11

5.1 кОм

smd 1206

 

C1, C2, C3

100 нФ

smd 1206

 

C4, C5, C6, C7, C8, C9

100 нФ

smd 1206

Данные конденсаторы, указанные на схеме,
устанавливать на плату не нужно.
Они были необходимы для прежней версии
ПО для микроконтроллера.

C10

22 мкФ/6 В

smd A

 

C11

10 нФ

smd 1206

Опционально. Для защиты транзистора
от помехи по напряжению при включении
вентилятора.

С12

10 мкФ/50 В

 

 

L1

47 мкГн

smd 1210

На плату не устанавливается

D1

защитный диод

smd A

Опционально. Для защиты транзистора
от помехи по напряжению при включении
вентилятора.

D2

SK310A

smd A

Диод Шоттки: 100 В, 3 А

U1

LM7805

TO252

Регулятор напряжения +5 В

U2

LM7812

TO220

Регулятор напряжения +12 В

U3

ATmega8

TQFP32

Микроконтроллер

LCD

коннектор 1×16

   

J1

коннектор 1×2

   

J2, J3

коннектор 1×1

   

J4

коннектор 1×3

   

S1

кнопка

 

 

Q1

BSS-138

smd SOT-23

N-канальный MOSFET
(ток вентилятора менее 200 мА)

Принципиальная схема вольтамперметра (вариант №2)

3_3

Кликни для увеличения

Ниже представлена схема подключения модуля в блоке питания.

4

Рассмотрим подробно процесс настройки вольтамперметра.

Кнопка S1 – сброс/установка параметров.
Для входа в режим установки параметров вольамперметра необходимо, удерживая кнопку нажатой, подать питание на схему. На дисплее появится надпись «www.elfly.pl», что означает вход в режим установки.

Первый параметр для настройки – опорное напряжение для АЦП микроконтроллера. Опорное напряжение является основным фактором погрешности измерений. Пользователь должен измерить опорное напряжение на выводе 20 микроконтроллера (для микроконтроллера в корпусе PDIP – вывод 21). Измеренное значение вы и должны прописать в этом «сервисном меню» при помощи этой же кнопки S1, иначе, по умолчанию, принимается значение опорного напряжения Vref = 2.56 В (соответственно техническому описанию на микроконтроллер).

После изменения значения опорного напряжения для сохранения параметра никаких манипуляций с кнопкой S1не должно проводится в течении 5 с.

Следующий параметр – установка значения сопротивления резистора-шунта.
Если номинал шунта известен, то нажатиями на кнопку S1 необходимо добиться отображения на дисплее соответствующего значения и затем не нажимать кнопку в течении 5 с для сохранения значения.

Если значение сопротивления шунта неизвестно, то необходимо на выход блока питания подключить амперметр, выставить некоторый ток при помощи регулятора ограничения тока блока питания и нажать кнопку S1. Кнопку необходимо нажимать пока показания амперметра и нашего устройства (с правой стороны на дисплее, с левой стороны отображается значение шунта) не станут равными.

 

13

После проведения этой процедуры для сохранения параметров кнопку не нажимать в течении 5 с.

Кроме того кнопка S1 используется для сброса значения электрической емкости при зарядке Li-Pol аккумуляторов.

Резистор R9 – точная настройка поддиапазона делителя напряжения.
Чтобы исключить ошибки преобразования АЦП диапазон измерений разбит на два поддиапазона 0 В – 10 В и 10 В – 30 В. Для настройки необходимо на выход блока питания подключить вольтметр и установить выходное напряжение на уровне около 9 В, и регулируя R9 добиться одинаковых показаний вольтметра и нашего устройства.

Резистор R10 – грубая настройка поддиапазона делителя напряжения.
Процедура аналогичная точной настройке, но необходимо установить выходное напряжение блока питания около 19 В, и регулируя резистор R10 добиться совпадения показаний.

Резистор R1 – регулировка контрастности LCD.
Если после сборки устройства на дисплее ничего не отображается, то сперва необходимо отрегулировать контрастность дисплея.

Коннектор J1 – подключение вентилятора.

Коннектор J2 – питание модуля вольтамперметра (+12 В)
Если ваш блок питания имеет выход стабилизированного напряжения +12 В, то его можно подключить к этому коннектору, и в таком случае можно не использовать в схеме регулятор напряжения U2. Такое решение имеет свои плюсы т.к. возможно подключить более мощный вентилятор охлаждения.

Если выхода +12 В у вашего блока питания нет, то этот коннектор необходимо оставить не подключенным.

Примечание. Во втором варианте схемы (PDIP) данный коннектор отсутствует.

Коннектор J3 – питание модуля вольтамперметра (+35 В)
Напряжение питания +35 В подается с диодного моста блока питания. Перед подключением необходимо уточнить параметры используемого регулятора напряжения U2 и уровень напряжения с диодного моста, чтобы не повредить регулятор U2. Но с другой стороны, минимальное напряжение, подаваемое на этот коннектор, не должно быть ниже 9 В или 6.5 В, если используются регуляторы с низким падением напряжения (LDO).

Данный коннектор должен быть подключен независимо от того, подключен ли коннектор J2 к питанию +12 В.

Коннектор J4 – подключение линий измерения напряжения и тока.
Выводы коннектора подключаются:

  • Вывод 1 – подключается к клемме «+» блока питания;
  • Вывод 2 – подключается к клемме «–» блока питания;
  • Вывод 3 – «общий»

Коннектор LCD – подключение индикатора
Вольтамперметр работает корректно с однострочным LCD. Дисплей необходимо использовать со светодиодной подсветкой (ток потребления до 15 мА).

Программирование микроконтроллера

Микроконтроллер может быть запрограммирован с помощью отдельного программатора или же в внутрисхемно с помощью переходника, который подключается к коннектору LCD. Примерный внешний вид переходника изготовленного автором из кабеля IDE:

5

Помните, что при программировании микроконтроллера в схеме, необходимо подать напряжение питания +5 В. В зависимости от используемого программатора, напряжение питания может подаваться от самого программатора, либо от внешнего источника.

Соответствие сигналов переходника, коннектора LCD, микроконтроллера и программатора

 

Выводы
ЖК модуля

Сигнал

Выводы
микроконтроллера

Выводы
программатора

1

GND

GND

GND

2

VCC

VCC

VCC

4

RS

SCK / PB.5

SCK

5

RW

MISO / PB.4

MISO

6

EN

MOSI / PB.3

MOSI

10

D3

RESET

RESET

После подключения программатора убедитесь, что программатор «видит» микроконтроллер, и после этого можете приступать к программированию, при этом не забывая выбрать нужное, соответствующее собранной версии, программное обеспечение.

При программировании и установке Fuse-битов необходимо учитывать, что микроконтроллер должен быть настроен на работу от внутреннего RC осциллятора 1 МГц, а также необходимо установить бит BODEN. Рекомендуемый порог срабатывания Brown-Out детектора – 4 В.

Программное обеспечение для микроконтроллера (HEX-файлы)

 

Описание

Вариант №1
(TQFP)

Вариант №2
(PDIP)

d1

Дисплей 1×16

Скачать

Скачать

d2

Дисплей 2×16

Скачать

Скачать

d3

Дисплей 2×16
+ отображение значения сопротивления нагрузки

Скачать

Скачать

d4

Дисплей 2×16
+ отображение емкости в мАч

Скачать

Скачать

d5

Дисплей 2×16 + отображение емкости в мАч
+ отображение значения сопротивления нагрузки

Скачать

Скачать

Фюзы для Atmega8

1

2222

А ниже фото другого варианта печатной платы ее нам прислал Vladimir

pecatka

rarСкачать печатную плату формат Lay51.84 KB

Вариант печатной платы от sashok17 скачать

Рисунки печатной платы для варианта №1 и для варианта №2 (архивы содержит два изображения – обычное и в зеркальном отражении).

Прочитано 113240 раз

Добавить комментарий


Комментарии   

Александр
0 #79 Александр 01.03.2018 13:49
Тестер у меня рабочий и разбирать не вижу смысла.в наличий есть константановая проволка диаметром ровно 1 мм(замерено высокоточно) что соотвествует сечению 0.79 мм.кв. с каким сопротивлением подобрать его и такой провод на какой максимальный ток рассчитан?
Цитировать
Анто
0 #78 Анто 01.03.2018 13:40
Цитирую Александр:
Доброго дня суток! подскажите нужный шунт,в статье я не совсем понял про шунт

Шунт можно использовать от нерабочего мультиметра китайского, если у вас есть такой. Либо сделать самому
Цитировать
Александр
0 #77 Александр 01.03.2018 13:33
Доброго дня суток! подскажите нужный шунт,в статье я не совсем понял про шунт
Цитировать
Евгений
0 #76 Евгений 26.02.2018 20:59
Не могли бы вы добавить прошивку под дисплей 0802?Заранее спасибо.
Цитировать
Андрей
0 #75 Андрей 25.01.2018 16:25
mr/tiristor , спасибо! :-)
Цитировать
mr/tiristor
+1 #74 mr/tiristor 24.01.2018 14:30
Цитирую Андрей:
Скажите пожалуйста, какой индикатор тут задействован: с кирилицей или с латиницей?

тут уже давно не отвечают,но я подскажу, эти прошивы под кирллицу
Цитировать
Андрей
0 #73 Андрей 22.01.2018 17:13
Скажите пожалуйста, какой индикатор тут задействован: с кирилицей или с латиницей?
Цитировать
Александр
0 #72 Александр 28.11.2017 14:52
можно исходники на эту прошивку? Дисплей 2×16 + отображение емкости в мАч
+ отображение значения сопротивления нагрузки
Цитировать
Александр
0 #71 Александр 17.11.2017 17:21
можно попросить добавить в прошивку и отображение ваттов? вот эту,там место еще есть
http://shemu.ru/images/stories/shemu/AVR/avr/va/6.zip
Цитировать
Саня
0 #70 Саня 15.04.2017 01:40
Собрал на TQFP, работает, вот только изображение на пол экранчика(LCD 16x2). Т.е. отображаются символы которые находятся только на левой части экрана.( как на 8х2). Подскажите, как задействовать всю область экрана 16х2.
Цитировать

Вход

Топ

ЛАБОРАТОРНЫЙ БП…

Эта статья предназначена для людей, которые быстро могут отличить транзистор от диода,…

Выпрямители с…

При разработке регулируемого источника питания без высокочастотного преобразователя…

sPlan 7.0.0.9 Final…

Графический редактор с элементами, позволяющими легко рисовать электрические схемы. Очень…

Цифровой…

Цифровой вольтамперметр предназначенный для установки в блок питания для отображения…

Зарядное устройство…

Простое зарядное устройство с регулятором зарядного тока можно собрать по схеме…

Зарядное устройство…

Ещё одно зарядное устройство собрано по схеме ключевого стабилизатора тока с узлом…
P-CAD 2006

P-CAD 2006 + SP1 +…

Система P-CAD предназначена для проектирования многослойных печатных плат (ПП)…

Автоматическое…

Здравствуйте уважаемые пользователи, хочу представить вам ЗУ для автомобильных АКБ. Вот…

Приставка к…

Участник форума электромобилистов, Курманенко Геннадий Викторович из Днепропетровской…

Автоматическое ЗУ…

Доброе время суток. Сегодня речь пойдет об ЗУ для АКБ. ( автоматическом зарядном…

Регулировка…

Пропорциональное управление – залог тишины! Какая задача ставится перед нашей системой…

Металлоискатель…

Простой в сборке и настройке,на ряду с завидной чувствительностью. Прибор показал себя с…