Омметр на ардуино своими руками

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 19.09.2024

Миллиомметр с ЖК-индикатором на Arduino своими руками

У каждого радиолюбителя, инженера, разработчика есть различного рода измерительные приборы. Это могут быть как сложные многофункциональные приборы промышленного изготовления, так и простые вольтметры, амперметры, измерители емкости аккумуляторов, омметры, измерители ESR, которые собраны своими руками. Об одном из таких приборов, который пригодиться любому радиолюбителю, пойдет речь в статье (Рисунок 1).

Миллиомметер – прибор, использующийся для измерения малых сопротивлений резисторов, проводников на печатной плате, обмоток двигателя, катушек индуктивности, обмоток трансформатора, а также может использоваться для расчета длины проводов. Он имеет высокое разрешение, несвойственное обычным мультиметрам, что позволяет получать точные данные измерений в диапазоне миллиом.


Рисунок 1.	Миллиомметр с ЖК-индикатором на Arduino.

В сети Интернет можно встретить много подобных конструкций, но в статье мы рассмотрим версию прибора, которая отличается реализацией аппаратной части. В миллиомметре используется прецизионный приемник тока и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) высокого разрешения. Управление приемником тока (для выбора диапазона измерений) и АЦП осуществляет микроконтроллер (МК) на плате Arduino Nano (Рисунок 2). Полный список компонентов, примененных в приборе, приведен в Таблице 1 ниже.


Рисунок 2.	Принципиальная схема миллиомметра на Arduino.

Микросхема LT3092 представляет собой интегральный прецизионный источник тока, но в данной конструкции используется в режиме приемника тока (или источника втекающего тока). Для управления приемником тока использованы цепи на транзисторах T1, T2, T3 и резисторах R12, R13, R14. Управление транзисторами (выбор диапазона измерения) выполняет МК через микросхему ULN2003 (набор мощных составных ключей).

Чтобы уменьшить влияние сопротивления измерительных проводов (щупов) на результаты измерений, в приборе для подключения исследуемого резистора к точке измерения используются специальные тестовые зажимы Кельвина (Рисунок 3). Это 4-проводные щупы предназначенные для измерения сопротивления методом Кельвина.


Рисунок 3.	Специализированные тестовые щупы Кельвина.

Прибор имеет три диапазона измерений:

Диапазон 0m1: от 0.1 мОм до 12.999 Ом;
Диапазон 1m0: от 1 Ом до 129.999 Ом;
Диапазон 10m: от 10 Ом до 1299.99 Ом.

Выбор диапазона измерения производится одной из двух кнопок в приборе. Результаты измерений и текущий диапазон измерения отображаются на двухстрочном ЖК индикаторе (стандартный ЖК индикатор 16x2).

Питается прибор от внешнего блока 12 В. Питание измерительных цепей, приемника тока, АЦП, ЖК индикатора осуществляется от встроенного на плату Arduino Nano регулятора напряжения 5 В.

Из-за сложности проекта не рекомендуется выполнять монтаж элементов на монтажной плате, это отнимет много времени и не исключит ошибки. Для прибора была разработана печатная плата в САПР Eagle. Внешний вид проекта печатной платы изображен на Рисунке 4. Схема и проект печатной платы доступны для скачивания в разделе загрузок. Вид готовой платы представлен на Рисунке 5. Как можно заметить (по печатной плате и по списку примененных компонентов), большинство элементов в корпусах для поверхностного монтажа, поэтому для их установки потребуется пинцет, паяльный фен или паяльник с тонким жалом.

За универсальным тестером будущее. Всего лишь при подсоединении щупов, универсальный пробник определяет сопротивление, ёмкость, ЭПС, диодную проводимость, распиновку и коэффициенты усиления транзисторов, прозванивает лампочки и светодиоды, сообщает на дисплее о повреждении электронного элемента. Работает подобный тестер автоматически, без переключения селектора или кнопок.

Для работы мультитестера нужен микроконтроллер минимум с 8 кБ флеш-памяти, такой как ATmega8, ATmega168, ATmega328.

Электрическая схема мультитестера на Arduino

Характеристики тестера электроэлементов на Arduino:

Сопротивление: 0…50 МОм, точность до 0.01 Ом (на ATmega8 точность 0.1 Ом).
Ёмкость: 25 пФ…100 мФ, точность 0,1 пФ.
ЭПС (эквивалентное последовательное сопротивление) определяется для емкостей 90нФ…100 мФ.
Биполярные транзисторы: нахождение базы, коллектора, эммитера (BCE) при проводимости NPN, PNP.
Полевые транзисторы: N-канальные, P-канальные.
Диоды, диодные сборки: кремниевые, германиевые, Шотки, определение анода катода.
Стабилитроны: обратное напряжение пробоя менее 4,5 В.
Тиристоры, семисторы: только маломощные.

Подобный пробник полупроводниковых деталей можно купить под заказ из Китая или собрать самому. Все необходимые для самоделки детали можно купить через интернет у производителей из Китая, Малайзии, Сингапура, Италии.

Список комплектующих

Подключение питания

Для точности измерений тестера рекомендуется, но не обязательно, запитать его от прецизионного стабилизатора напряжения 5.00 В, например от MCP1702-5002.

При невыполнении этого условия, в случае использования менее точного стабилизатора типа 7805, настоятельно советуем подключить источник опорного напряжения (ИОН).

Стабилизированный ИОН на 2.5 В надо подсоединять к выводу А4 микроконтроллера. На приведенной электрической схеме это подключение не показано. Благодаря подключенному ИОН, мультиметр будет более точно измерять напряжение на батарейках VBAT, наибольший положительный потенциал на полупроводниках VСС.

В программе самодиагностики микроконтроллера ATmega заложено определение отсутствия ИОН. Эта функция самодиагностики активна только при подключении ножки А4 к напряжению 5 В через резистор 47 кОм.

Можно таки случайно закоротить ножки микросхемы А4 и А5. После этого начнутся проблемы с точностью измерения VBAT и VСС. Поэтому удаляйте несанкционированные мостики между выводами, смывайте сгоревший флюс с платы.

Что касается портативности, то в качестве первичного источника для мультиметра рекомендуется использовать батарейку типа Крона или два последовательно соединенных литийионных аккумулятора. Правильно собранный прибор будет работать от любого источника питания, напряжением от 7 до 15 В.

При организации питания прибора от сетевого адаптера 220/9–12 В, следует позаботиться об экранировании микроконтроллера, устранить пульсации на входе с помощью конденсатора. Нельзя близко располагать, как в одной плоскости, так и сверху снизу, входные цепи питания к плате Arduino.

Сборка измерительной схемы

Правильнее будет собрать пробную схему мультитестера на беспаечной макетной плате для проверки совместимости найденного дисплея с микропроцессором Arduino, а также других комплектующих.

Встроенный светодиод на выходе D13 обязательно выпаять! Этот выход будет использоваться как источник образцового напряжения при прозвонке диодов, транзисторов, тиристоров, и нагрузка, садящая на нем напряжение, не нужна.

Подключение к аналоговым выходам Arduino:

Подключение к цифровым выходам Arduino:

D0 — получение RX на Arduino nano или mini.
D1 — передача TX на Arduino nano или mini.

Прошивка микроконтроллера

Загрузить прошивку в Arduino можно как с помощью программатора USB, так и применив другой Arduino nano для перепрограммирования. Мы же воспользуемся программатором USBasp и приложением SinaProg, о чем расскажем подробно.

Скачиваем и устанавливаем на ПК приложение SinaProg 2.1.
В поле Programmer находим свой программатор USBasp и нажимаем кнопку Search для поиска подключенного контроллера.
После определения контроллера, скачиваем Aрхив с прошивкой для мультитестера на Arduino и распаковываем.
В архиве две прошивки: TransistorTester.eep для работы памяти EEPROM микроконтроллера, TransistorTester.hex непосредственно для микроконтроллера. Сначала загружаем TransistorTester.eep в память EEPROM микроконтроллера.

Иконка выбора пути к прошивке

Загружаем TransistorTester.hex в микроконтроллер,аналогично как делали ранее.

После удачно осуществленной прошивки, отключаем программатор.

Дабы не было проблем с полным отсутствием отображения на дисплее, заливать в память EEPROM следует файл с расширением HEX, а не BIN.

Начинать работу с тестером надо после сброса на кнопке SW2 Reset.

Есть куча приборов, куда можно поместить собираемый универсальный пробник: старые мультиметры, токовые клещи, большие калькуляторы, даже ночные часы.

Как пример свой мультитестер на Arduino можно засунуть в корпус испорченного модема.

Недавно я нашел на просторах интернета краткое описание и схему о том, как самому в домашних условиях собрать тестер полупроводниковых элементов на микроконтроллере Atmega328P. ESR тестер на построен на плате Arduino Pro Mini плюс имеет дисплей TFT 1.8" 128*60 SPI Color TFT L на базе контроллера ST7735. Эти модули можно купить AliExpress по доступной цене.

Необходима доработка платы Arduino Pro Mini:

Начал изучать схему Arduino Pro Mini и выяснил, что все вывода от микроконтроллера Atmega328P на самой плате как и полагается правильно разведены. Более того в плату запаян стабилизатор 5 вольт. Единственно необходимо выпаять на плате Arduino Pro Mini с микроконтроллером Atmega328P - несколько деталей.
- Убрать конденсатор 0,1мкФ с вывода AREF и выпаять резистор и светодиод от вывода (PB5 (SCK/PCINT5))

Что касется кварца, то в Arduino Pro Mini уже установлен кварц на 16 МГц. Его оставляем.

Схема тестера на Arduino Pro Mini с цветным дисплеем

Список электронных компонентов для сборки ESR тестера

Резистор 680 Ом - 3 шт.
Резистор 3,3 кОм - 1 шт.
Резистор 10 кОм - 6 шт.
Резистор 27 кОм - 1 шт.
Резистор 470 кОм - 3 шт.
Резистор 39 Ом - 1 шт.
Кнопка обычная - 1 шт.
Плата Arduino Pro Mini - 1 шт.- стоимость в Китае 100-120 руб.
Дисплей TFT 1.8" 128*60 SPI Color TFT L на базе контроллера ST7735 - стоимость в Китае 150-200 руб.

Для прошивки arduino mini использовал следующий программатор. Как подключить программатор USBASP смотрите схему ниже. Заказывал в Китае на AliExpress.

Arduino

Для работы мультитестера нужен микроконтроллер минимум с 8 кБ флеш-памяти, такой как ATmega8, ATmega168, ATmega328.

Электрическая схема мультитестера на Arduino

Характеристики тестера электроэлементов на Arduino:

Сопротивление: 0…50 МОм, точность до 0.01 Ом (на ATmega8 точность 0.1 Ом).
Ёмкость: 25 пФ…100 мФ, точность 0,1 пФ.
ЭПС (эквивалентное последовательное сопротивление) определяется для емкостей 90нФ…100 мФ.
Биполярные транзисторы: нахождение базы, коллектора, эммитера (BCE) при проводимости NPN, PNP.
Полевые транзисторы: N-канальные, P-канальные.
Диоды, диодные сборки: кремниевые, германиевые, Шотки, определение анода катода.
Стабилитроны: обратное напряжение пробоя менее 4,5 В.
Тиристоры, семисторы: только маломощные.

Список комплектующих

Подключение питания

При невыполнении этого условия, в случае использования менее точного стабилизатора типа 7805, настоятельно советуем подключить источник опорного напряжения (ИОН).

Сборка измерительной схемы

Правильнее будет собрать пробную схему мультитестера на беспаечной макетной плате для проверки совместимости найденного дисплея с микропроцессором Arduino, а также других комплектующих.

Встроенный светодиод на выходе D13 обязательно выпаять! Этот выход будет использоваться как источник образцового напряжения при прозвонке диодов, транзисторов, тиристоров, и нагрузка, садящая на нем напряжение, не нужна.

Подключение к аналоговым выходам Arduino:

D0 — получение RX на Arduino nano или mini.
D1 — передача TX на Arduino nano или mini.

Скачиваем и устанавливаем на ПК приложение SinaProg 2.1.
В поле Programmer находим свой программатор USBasp и нажимаем кнопку Search для поиска подключенного контроллера.
После определения контроллера, скачиваем Aрхив с прошивкой для мультитестера на Arduino и распаковываем.
В архиве две прошивки: TransistorTester.eep для работы памяти EEPROM микроконтроллера, TransistorTester.hex непосредственно для микроконтроллера. Сначала загружаем TransistorTester.eep в память EEPROM микроконтроллера.

Иконка выбора пути к прошивке

Загружаем аналогично TransistorTester.hex в микроконтроллер и запускаем Program.

Загружаем TransistorTester.hex в микроконтроллер, аналогично как делали ранее.

После удачно осуществленной прошивки, отключаем программатор.

Начинать работу с тестером надо после сброса на кнопке SW2 Reset.

Как пример свой мультитестер на Arduino можно засунуть в корпус испорченного модема.

Читайте также: