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Cet appareil est implémenté sur PIC16F676 à l'aide d'un CAN dix bits intégré. Le voltmètre peut mesurer des tensions jusqu'à 30 V CC et peut être utilisé dans des alimentations de table ou dans divers tableaux de bord.
Trois indicateurs à sept segments avec une anode commune sont utilisés pour afficher la tension. Les informations sont affichées sur les indicateurs de manière dynamique (multiplexage), le taux de rafraîchissement est d'environ 50 Hz.
Circuit du voltmètre :
Tension de sortie du diviseur
Par défaut, sur un microcontrôleur PIC, la tension de référence ADC est réglée sur VCC (+5 V dans ce cas).
Il est nécessaire de réaliser un diviseur de tension qui réduira la tension de 30V à 5V. Il est facile de calculer Vin/6 ==> 30/6 = 5, le facteur de division est de 6. De plus, le diviseur doit avoir une résistance élevée afin d'influencer le moins possible la tension mesurée.
Calcul
ADC - 10 bits signifie que le nombre maximum d'échantillons est de 1023.
La valeur de tension maximale est de 5 V, nous obtenons alors 5/1023 = 0,0048878 V/Count. Dans ce cas, si le nombre de points ADC est de 188, alors la tension d'entrée est de 188 * 0,0048878 = 0,918 volts
En utilisant un diviseur de tension, la tension maximale est de 30 V, donc 30/1023 = 0,02932 V/Count.
Et si le nombre de points ADC est de 188, alors la tension d'entrée est de 188 * 0,02932 = 5,5 V.
Le condensateur de 0,1 uF rend l'ADC plus stable, car les ADC à dix bits sont assez sensibles.
La diode Zener 5,1 V est conçue pour protéger l'ADC contre le dépassement de la tension autorisée.
Circuit imprimé:
Photo de l'appareil fini :
Précision et calibrage
La précision globale du circuit est assez élevée, elle dépend entièrement des valeurs de résistance des résistances de 47 kOhm et 10 kOhm. Par conséquent, plus les composants sont sélectionnés avec précision, plus les lectures seront précises.
Le voltmètre est calibré à l'aide d'une résistance ajustable de 10 kOhm ; réglez la résistance à environ 7,5 kOhm et surveillez les lectures avec un autre appareil.
Vous pouvez également utiliser n'importe quelle source stabilisée de 5 ou 12 volts pour le réglage ; dans ce cas, faites tourner la résistance de trim jusqu'à obtenir la valeur correcte sur l'écran.
Projet dans Proteus :
L'article présente la conception d'un ampèremètre-voltmètre numérique conçu pour fonctionner avec une carte de commande universelle pour les alimentations de laboratoire. Sa particularité est l'absence de son propre capteur de courant. Lors de la mesure du courant, le capteur de courant de la carte de commande est utilisé. La conception considérée est idéale pour convertir les alimentations d’ordinateur en alimentations CC de laboratoire.
La conversion des alimentations informatiques en alimentations de laboratoire s'est avérée très demandée. À la recherche d'options de circuits de contrôle et de protection, la « Carte de commande universelle pour les alimentations de laboratoire » a été découverte (Radio Yearbook, 2011, n° 5, p. 53). Le circuit de la carte de contrôle s'est avéré très simple et efficace, satisfaisant toutes les exigences de contrôle et de protection d'une alimentation CC de laboratoire haute puissance.
Pour indiquer la tension et le courant de sortie, la conception décrite dans l'article mentionné ci-dessus nous a semblé très lourde et coûteuse, et nous considérons également qu'il est redondant d'indiquer simultanément la tension et le courant dans une source d'alimentation de cette classe. Dans le même temps, les voltmètres construits sur un microcontrôleur PIC16F676 bon marché avec un indicateur LED à trois chiffres sont devenus très populaires. L'utilisation d'un tel voltmètre prêt à l'emploi s'est avérée peu pratique en raison de la difficulté de le convertir en mode ampèremètre. Par conséquent, nous avons décidé de développer notre propre circuit ampère-voltmètre commutable avec une indication claire du mode de mesure, en utilisant également un capteur de courant de la carte de commande.
Principales caractéristiques techniques de l'ampère-voltmètre :
- tension d'alimentation – 7…35 V CC ;
- plage de mesure de tension – 0…50,0 V ;
- plage de mesure du courant – 0,02…9,99 A ;
- pas de mesure de tension – 0,1 V ;
- pas de mesure du courant – 0,01 A ;
- changer le mode de mesure - avec un bouton de commutation bipolaire avec fixation ;
- indication du mode de mesure - un indicateur à sept segments sous la forme des lettres «A» ou «U».
Description du circuit de la carte de commande
Tout d'abord, regardons le schéma de la « carte de commande d'alimentation universelle » illustré sur la figure :
Il est assemblé sur une seule puce d'amplificateur opérationnel quad DA1 et est dans ce cas destiné à contrôler un contrôleur PWM de type TL494 d'une alimentation d'ordinateur. Les schémas de conversion des alimentations informatiques à l'aide d'un contrôleur PWM de ce type ont déjà été décrits à plusieurs reprises, nous ne nous attarderons donc pas là-dessus. Le circuit contient des amplificateurs de mesure de courant sur les éléments DA1.1, DA1.4 et de tension sur les éléments DA1.2, DA1.3, à partir desquels le signal de commande est fourni au contrôleur d'alimentation PWM. Les résistances variables R13, R14 modifient respectivement la tension de référence des amplificateurs de sortie des canaux de mesure de tension et de courant. Si le courant de charge ne dépasse pas la valeur définie par le régulateur R14, alors l'unité de commande fonctionnera dans le mode de stabilisation de tension défini par le régulateur R13. Dans ce cas, le voyant HL3 s'allumera. Si le courant dans la charge atteint la valeur fixée par le régulateur R14, alors, si l'interrupteur SA1 est ouvert, la centrale passera en mode limitation du courant de sortie. Dans ce cas, le voyant HL2 s'allumera. Si l'interrupteur SA1 est fermé, lorsque le courant réglé dans la charge est atteint, la tension de sortie tombera à zéro et l'indicateur HL1 s'allumera. Pour sortir du mode de coupure en cours, il suffit d'ouvrir l'interrupteur SA1.
Vous pouvez en savoir plus sur le fonctionnement et la configuration du circuit de contrôle dans l'article original : « Carte de commande universelle intégrée pour les alimentations de laboratoire »
Description du circuit ampère-voltmètre
Le schéma électrique de l'ampère-voltmètre est présenté dans la figure ci-dessous :
La base de l'ampère-voltmètre est le microcontrôleur DD1, qui remplit la fonction de conversion analogique-numérique du signal d'entrée fourni à l'entrée RA0 (circuit IN) et transmet le résultat de la mesure à un segment à trois chiffres et sept segments. Indicateur LED à cathodes communes HG1. Le canal de mesure est commuté à l'aide du bouton SA1. Le deuxième pôle du bouton SA1 est utilisé pour fournir un signal au microcontrôleur (circuit SW), qui est utilisé lors du traitement du résultat de la mesure.
L'affichage est dynamique avec un taux de rafraîchissement de 100 Hz. Du fait que les cathodes de l'indicateur sont connectées directement aux broches du microcontrôleur, afin de réduire la charge, chaque décharge est allumée en 2 pas de 4 segments. Pour éliminer le clignotement fréquent du chiffre de poids faible de l'indication, le taux de rafraîchissement des lectures de l'indicateur est artificiellement réduit et est effectué 3 fois par seconde. Si la capacité d'affichage des valeurs mesurées est dépassée, trois tirets apparaîtront sur l'indicateur.
Pour indiquer le mode de mesure sélectionné, un indicateur à sept segments à un chiffre avec une cathode commune HG2 avec un symbole de taille plus petite que dans HG1 est utilisé. Les segments « b », « c », « e » et « f » de l'indicateur HG2 sont allumés en permanence. En mode de mesure de tension, le commutateur SA1 alimente le circuit SW avec une puissance plus qui, via la résistance R11, allume le segment « d », formant le symbole « U » sur l'indicateur. Dans le même temps, le niveau haut à la base du transistor VT1 le maintient fermé. Lors du passage en mode de mesure de courant, un fil commun est fourni au circuit SW. Le transistor VT1 s'ouvre, alimentant les segments « a » et « g », et le symbole « A » se forme sur l'indicateur.
L'alimentation du circuit ampère-voltmètre provient de l'alimentation du contrôleur PWM de l'alimentation de l'ordinateur et est stabilisée à l'aide du stabilisateur réglable intégré DA1. Le diviseur R3, R4 à la sortie du stabilisateur règle une tension d'environ 3 V. Cette tension d'alimentation du circuit a été choisie pour garantir la possibilité d'utiliser toute la plage du microcontrôleur ADC en mode mesure de courant en raison du faible niveau d'entrée. signal.
Construction et détails
Les éléments du circuit de commande et de l'ampère-voltmètre sont assemblés sur des cartes de circuits imprimés en stratifié de fibre de verre recouvert d'une feuille sur une face mesurant respectivement 40x50 mm et 58x37 mm. Les dessins des circuits imprimés et la disposition des éléments sont présentés dans la figure ci-dessous. Les dessins sont présentés du côté installation des éléments.
La carte de commande est acheminée de manière à être fixée aux bornes des résistances variables R13, R14. Pour faciliter le réglage, des composants radio de sortie sont utilisés dans la conception.
Pour garantir la compacité, la conception de l'ampère-voltmètre utilise principalement des éléments pour montage en surface : résistances de facteur de forme 1206 et condensateurs 0805. Il convient de noter que la puce du microcontrôleur n'est pas installée en standard dans un boîtier DIP. Il est fixé par montage en surface côté conducteur, les extrémités de ses fils étant pliées vers l'extérieur. Le commutateur SA1 est un bouton de type PS-850L, utilisé dans les ordinateurs plus anciens comme commutateur « turbo ».
Les indicateurs HG1 (avec une taille de symbole de 0,56 pouce) et HG2 (0,39 pouce) peuvent être utilisés comme des indicateurs similaires avec une cathode commune, de préférence avec une couleur de lueur rouge, car les « verts » brillent assez faiblement.
Assemblage et réglage
Vous pouvez en savoir plus sur l'utilisation du circuit de contrôle et comment le configurer dans l'article original. Le circuit ampère-voltmètre n'a pas besoin d'être réglé. Il suffit de sélectionner respectivement les valeurs des résistances R1 et R2 dans les diviseurs d'entrée des canaux de mesure de courant et de tension. Il est préférable de le faire expérimentalement, en utilisant un multimètre numérique comme ampèremètre-voltmètre de référence.
Il convient de noter que l'ampèremètre ne fonctionnera pas bien si le signal à la sortie de l'alimentation est très bruyant. Par conséquent, vous devez sélectionner avec soin les condensateurs C1, C2 du circuit de commande. Nous avons déjà assemblé plus de six alimentations avec un tel circuit de contrôle, et dans certaines alimentations, les valeurs nominales des condensateurs C1, C2 ont dû être considérablement augmentées par rapport à celles indiquées dans le circuit.
Conclusion
L'expérience du fonctionnement des alimentations avec le circuit de commande décrit ci-dessus a montré l'incohérence de son utilisation pour la conversion. ordinateur alimentations en laboratoire en raison du niveau important d'ondulation de la tension de sortie, l'alimentation « chante » vraiment ! Pour créer des alimentations de laboratoire, il est désormais utilisé
Voltmètre sur PIC16F676 - un article dans lequel je parlerai de l'auto-assemblage d'un voltmètre DC numérique avec une limite de 0-50V. L'article fournit un schéma de circuit d'un voltmètre sur PIC16F676, ainsi qu'un circuit imprimé et un micrologiciel. Un voltmètre a été utilisé pour organiser l'affichage dans .
Spécifications du voltmètre :
- Résolution de l'affichage du résultat de mesure 0,1 V ;
- Erreur 0,1…0,2 V ;
- La tension d'alimentation du voltmètre est de 7 à 20 V.
- Consommation de courant moyenne 20mA
La conception est basée sur le schéma de l'auteur N. Zaets de l'article « Milivoltmeter ». L'auteur lui-même est très généreux et partage volontiers ses développements, tant techniques que logiciels. Cependant, l’un des inconvénients majeurs de sa conception (à mon avis) est la base d’éléments obsolètes. Dont l’utilisation, à l’heure actuelle, n’est pas tout à fait raisonnable.
La figure 1 montre le diagramme schématique de la version de l'auteur.
Je vais passer rapidement en revue les principaux composants du circuit. La puce DA1 est un stabilisateur de tension réglable dont la tension de sortie est régulée par une résistance ajustée R4. Cette solution n'est pas très bonne, car pour le fonctionnement normal du voltmètre, une source séparée de 8 V CC est nécessaire. Et cette tension doit rester constante. Si la tension d'entrée change, la tension de sortie changera, ce qui n'est pas acceptable. Dans ma pratique, un tel changement a conduit à l'épuisement du microcontrôleur PIC16F676.
Les résistances R5-R6 sont un diviseur de la tension d'entrée (mesurée). DD1 est un microcontrôleur, HG1-HG3 sont trois indicateurs distincts à sept segments, qui sont collectés dans un seul bus d'informations. L'utilisation d'indicateurs séparés à sept segments complique grandement le circuit imprimé. Cette solution n'est pas non plus très bonne. Et la consommation de l'ALS324A est correcte.
La figure 2 montre un schéma de circuit modifié d'un voltmètre numérique.
Figure 2 – Schéma schématique d'un voltmètre CC.
Voyons maintenant quelles modifications ont été apportées au diagramme.
Au lieu du stabilisateur intégré réglable KR142EN12A, il a été décidé d'utiliser le stabilisateur intégré LM7805 avec une tension de sortie constante de +5V. Ainsi, il a été possible de stabiliser de manière fiable la tension de fonctionnement du microcontrôleur. Un autre avantage de cette solution est la possibilité d'utiliser la tension d'entrée (mesurée) pour alimenter le circuit. A moins bien sûr que cette tension soit supérieure à 6V, mais inférieure à 30V. Pour vous connecter à la tension d'entrée, il vous suffit de fermer le cavalier. Si le stabilisateur lui-même devient très chaud, il doit être installé sur un radiateur.
Pour protéger l'entrée ADC des surtensions, une diode Zener VD1 a été ajoutée au circuit.
La résistance R4 ainsi que le condensateur C3 sont recommandés par le fabricant pour une réinitialisation fiable du microcontrôleur.
Au lieu de trois indicateurs distincts à sept segments, un seul indicateur commun a été utilisé.
Pour décharger les broches individuelles du microcontrôleur, trois transistors ont été ajoutés.
Dans le tableau 1, vous pouvez voir la liste complète des pièces et leur éventuel remplacement par un analogue.
| Désignation du poste | Nom | Analogique/remplacement |
| C1 | Condensateur électrolytique - 470μFx35V | |
| C2 | Condensateur électrolytique - 1000μFx10V | |
| C3 | Condensateur électrolytique - 10μFx25V | |
| C4 | Condensateur céramique - 0,1 μFx50V | |
| DA1 | Stabilisateur intégré L7805 | |
| DD1 | Microcontrôleur PIC16F676 | |
| HG1 | Indicateur LED à 7 segments KEM-5631-ASR (OK) | Toute autre faible puissance pour indication dynamique et adaptée au raccordement. |
| R1* | Résistance 0,125W 91 kOhm | Taille CMS 0805 |
| R2* | Résistance 0,125W 4,7 kOhm | Taille CMS 0805 |
| R3 | Résistance 0,125 W 5,1 ohms | Taille CMS 0805 |
| R4 | Résistance 0,125W 10 kOhm | Taille CMS 0805 |
| R5-R12 | Résistance 0,125 W 330 ohms | Taille CMS 0805 |
| R13-R15 | Résistance 0,125W 4,3 kOhm | Taille CMS 0805 |
| VD1 | Diode Zener BZV85C5V1 | 1N4733 |
| VT1-VT3 | Transistor BC546B | KT3102 |
| XP1-XP2 | Broche du connecteur à la carte | |
| XT1 | Bornier pour 4 contacts. |
Figure 3 – Circuit imprimé pour un voltmètre sur PIC16F676 (côté conducteur).
La figure 4 montre le côté du circuit imprimé où les pièces sont placées.
Figure 4 – Côté imprimé de la carte pour le placement des pièces (la carte sur la figure n'est pas à l'échelle).
Quant au firmware, les changements n'ont pas été significatifs :
- Ajout de la désactivation des chiffres mineurs ;
- Le temps de transmission des résultats à l'indicateur LED à sept segments a été augmenté.
Un voltmètre assemblé à partir de pièces de travail connues commence à fonctionner immédiatement et ne nécessite aucun réglage. Dans certains cas, il devient nécessaire d'ajuster la précision de la mesure en sélectionnant les résistances R1 et R2.
L'apparence du voltmètre est représentée sur les figures 5 et 6.
Figure 5 – Aspect du voltmètre.
Figure 6 – Aspect du voltmètre.
Le voltmètre évoqué dans l'article a été testé avec succès à la maison et dans une voiture alimentée par le réseau de bord. Il n’y a eu aucun échec. Peut être idéal pour une utilisation à long terme.
Vidéo intéressante
Permettez-moi de résumer. Après tous les changements, nous avons obtenu un bon voltmètre DC numérique sur le microcontrôleur PIC16F676, avec une limite de mesure de 0-50V. Je souhaite à tous ceux qui répéteront ce voltmètre de bons composants fonctionnels et bonne chance dans la production !
L'été dernier, à la demande d'un ami, j'ai développé un circuit pour un voltmètre et un ampèremètre numériques. Selon la demande, cet appareil de mesure doit être économique. Par conséquent, un affichage à cristaux liquides sur une seule ligne a été choisi comme indicateur pour afficher les informations. De manière générale, cet ampère-voltmètre était destiné à surveiller la décharge d'une batterie de voiture. Et la batterie du moteur d’une petite pompe à eau était faible. La pompe pompait l'eau à travers le filtre et la renvoyait à nouveau sur les galets dans un petit étang de la maison de campagne.
En général, je n'ai pas approfondi les détails de cette bizarrerie. Il y a peu, ce voltmètre m'est revenu entre les mains pour finaliser le programme. Tout fonctionne comme prévu, mais il y a encore une demande pour installer une LED pour indiquer le fonctionnement du microcontrôleur. Le fait est qu'un jour, en raison d'un défaut du circuit imprimé, l'alimentation du microcontrôleur a été perdue, il a naturellement cessé de fonctionner, et comme l'écran LCD possède son propre contrôleur, les données précédemment chargées, la tension sur la batterie et le courant consommé par la pompe, sont restés sur l'écran indicateur. Auparavant, je n'avais pas pensé à un incident aussi désagréable, je vais maintenant devoir en tenir compte dans le programme des appareils et de leurs circuits. Sinon, vous admirerez les beaux chiffres sur l'écran d'affichage, mais en réalité tout a déjà brûlé depuis longtemps. En général, la batterie était complètement déchargée, ce qui, comme il l'a dit, était alors très mauvais pour un ami.
Le schéma de l'appareil avec un indicateur LED est présenté sur la figure.
Le circuit est basé sur un microcontrôleur PIC16F676 et un indicateur LCD. Étant donné que tout cela fonctionne exclusivement pendant la saison chaude, l'indicateur et le contrôleur peuvent être achetés au moins cher. L'amplificateur opérationnel choisi était également approprié - LM358N, bon marché et ayant une plage de température de fonctionnement de 0 à +70.
Pour convertir les valeurs analogiques (numériser) de tension et de courant, une tension d'alimentation stabilisée du microcontrôleur de +5V est sélectionnée. Cela signifie qu'avec une numérisation sur dix bits d'un signal analogique, chaque bit correspondra à - 5V = 5000 mV = 5000/1024 = 4,8828125 mV. Cette valeur est multipliée par 2 dans le programme, et nous obtenons 9,765625 mV par bit de code binaire. Et pour l'affichage correct des informations sur l'écran LCD, nous avons besoin qu'un chiffre soit égal à 10 mV ou 0,01 V. Par conséquent, des circuits de mise à l'échelle sont fournis dans le circuit. Pour la tension, il s'agit d'un diviseur réglable composé des résistances R5 et R7. Pour corriger les lectures actuelles, un amplificateur de mise à l'échelle est utilisé, assemblé sur l'un des amplificateurs opérationnels du microcircuit DA1 - DA1.2. Le coefficient de transmission de cet amplificateur est ajusté à l'aide d'une résistance R3 de 33k. Il est préférable que les deux résistances d'accord soient multitours. Ainsi, lors de l'utilisation d'une tension d'exactement +5 V pour la numérisation, la connexion directe des signaux aux entrées du microcontrôleur est interdite. L'ampli opérationnel restant, connecté entre R5 et R7 et l'entrée RA1 de la puce DD1, est un répéteur. Sert à réduire l'impact du bruit et des interférences impulsionnelles sur la numérisation, grâce à un retour 100 % négatif et indépendant de la fréquence. Pour réduire le bruit et les interférences lors de la conversion de la valeur actuelle, un filtre en forme de U composé de C1, C2 et R4 est utilisé. Dans la plupart des cas, C2 n’a pas besoin d’être installé.
En tant que capteur de courant, la résistance R2, un shunt d'usine domestique de 20A est utilisé - 75ShSU3-20-0,5. Avec un courant circulant à travers le shunt de 20 A, une tension de 0,075 V chutera à ses bornes (selon la fiche technique du shunt). Cela signifie que pour qu'il y ait deux volts à l'entrée du contrôleur, le gain de l'amplificateur doit être d'environ 2 V/0,075 = 26. Approximativement, cela est dû au fait que notre résolution de numérisation n'est pas de 0,01 V, mais de 0,09765625 V. Bien sûr, c'est possible appliquer des shunts faits maison en ajustant le gain de l'amplificateur DA1.2. Le gain de cet amplificateur est égal au rapport des valeurs des résistances R1 et R3, Kus = R3/R1.
Ainsi, sur la base de ce qui précède, le voltmètre a une limite supérieure de 50 volts et l'ampèremètre a une limite supérieure de 20 ampères, bien qu'avec un shunt évalué à 50 ampères, il mesurera 50 A. Ainsi, il peut être installé avec succès sur d’autres appareils.
Parlons maintenant de la modification, qui comprend l'ajout d'un indicateur LED. De petites modifications ont été apportées au programme et maintenant, pendant que le contrôleur fonctionne, la LED clignote à une fréquence d'environ 2 Hz. Le temps de lueur des LED a été choisi pour être de 25 ms pour économiser de l'argent. Il aurait été possible d'afficher un curseur clignotant sur l'écran, mais ils ont dit qu'avec une LED, ce serait plus clair et efficace. On dirait que c'est ça. Bonne chance. K.V.Yu.
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Une des options pour un appareil fini mis en œuvre par Alexey. Malheureusement, je ne connais pas le nom de famille. Merci à lui pour son travail et ses photos.
Schéma de câblage du voltmètre
Schéma schématique d'un voltmètre sur MK
Schéma schématique d'un voltmètre sur PIC16F676 - deuxième option
PP voltmètre sur PIC16F676
Il s'agit d'un simple voltmètre jusqu'à 30 volts basé sur PIC16F676 microcontrôleur avec un ADC 10 bits et trois indicateurs LED à 7 segments. Vous pouvez utiliser ce circuit pour mesurer jusqu'à 30 VDC. PIC16F676- c'est la base de ce schéma. L'ADC interne du microcontrôleur avec résistances diviseuses de tension est utilisé pour mesurer la tension d'entrée. Ensuite, un affichage à 7 segments d'anode de communication à 3 chiffres est utilisé pour afficher la tension convertie finale. Pour réduire la consommation de courant, le circuit utilise une indication dynamique. Vous pouvez télécharger ici le firmware de divers indicateurs.
