Jste zde

LC-metr s 89C2051

LC-metr je přístroj pro měření kapacit a indukčností využívajícíprincipu měření frekvence LC oscilátoru a následných výpočtů, jež zabezpečuje jednočipový mikropočítač

Dále popsaný měřící přístroj je navržen tak, aby jejbylo možno sestrojit co nejjednodušeji a s minimálními finančními náklady.Proto se tento článek nebude zabývat přílišnými podrobnostmi, ale spíšebude zaměřen na jednoduchý popis konstrukce přístroje. Software pro řízenímikropočítače je k dispozici zcela zdarma. 

Konstrukce přístroje byla inspirována LC metrem, jehožpopis a trochu teoreticného pozadí, můžete najít na internetu - viz odkazy.

Funkce LC metru

Měření kapacit rozsah od 0.01pF, maximální kapacita– dokud kmitá oscilátor (2mF vyzkoušeno), kapacita pouze bipolární, to znamená, že nejdou měřit elektrolyty.
Měření indukčností rozsah od 1nH, maximální indukčnost– není známo (asi 100mH ale určitě i více).

Kalibrace

Pro zabezpečení nějaké přesnosti je třeba jedenkondenzátor, který má kapacitu co nejpřesněji 1005pF, nebo nějakou jinou,přesně změřenou, jehož hodnota se zapíše do programu pro mikropočítač (nyníje tam právě 1005pF). Mikropočítač si po stisku tlačítka S2 hodnoty všechostatních součástek vypočítá.

Zobrazené rozsahy

Výpočty hodnot jsou prováděny v pohyblivé desetinnéčárce, vypočtená hodnota je zobrazována se 14 bitovou přesností. Desetinnáčárka je před třetí, druhou, nebo první číslicí zprava. Z toho vyplývajítyto zobrazované rozsahy:
Indukčnost Kapacita
0.000 – 16.383 mH
0.00 – 163.83 pF
16.38 –163.83 mH
163.8 – 1638.3 pF
163.8 – 1638.3 mH
1.638 – 16.383 nF
1.638 – 16.383 mH
16.38 – 163.83 nF
16.38 – 163.83 mH
163.8 – 1638.3 nF
163.8 – 1638.3 mH 
1.638 – 16.383 mF
1.638 – 16.383 H
16.38 – 163.83 m
16.38 – 163.83 H
163.8 – 1638.3 mF
atd..
atd..
O přepínání rozsahů se samozřejmě stará řídící program mikroprocesoru.
 

Displej

Pro zobrazení výsledku je použit inteligentní LCD16x2 znaků. Na prvním řádku je zobrazena výsledná hodnota měřené součástky,na druhém řádku je zobrazován aktuální kmitočet LC oscilátoru. 
 
Příklad:
Cx= 1004.9 pF
302052 Hz

Rychlost měření

Rychlost měření je kompromis mezi rozumnou rychlostízobrazení a přesností měření. Princip měření frekvence spočívá v čítánífrekvence v čítači a obsah čítače je pravidelně čten a nulován. Kompromis byl stanoven na 4 měření za sekundu, to je frekvence je měřena s přesností 4 Hz.

Popis zapojení

Přístroj je napájen z 9V baterie (svorky X2), stabilizace 5V malým stabilizátorem v pouzdru TO92 (IC3). Reset mikropočítače je zabezpečenelektrolytem C8 – 1 mF.Krystal je použit 11.059MHz, což ale omezuje maximální možnou frekvencioscilátoru na 460kHz. Je možné, po úpravě předvoleb časování v programupoužít krystal 24MHz, což umožní zvolit vyšší frekvenci LC oscilátoru adosáhnout větší přesnosti na nejmenších rozsazích. Krystal 11.059MHz vyhovuje,protože dosažená přesnost se zdá být dostatečná. LC oscilátor je tvořennapěťovým komparátorem s kladnou zpětnou vazbou. Při měření kapacity jsouL1 a C1 paralelně, oscilátor kmitá s maximální frekvencí. Po připojeníměřené kapacity je frekvence patřičně nižší. Při měření indukčností jeměřená indukčnost připojena do série s cívkou L1, výsledná indukčnost jetedy součet měřené indukčnosti a indukčnosti L1. Při kalibraci je paralelněk C1 připojen kondenzátor C2, jehož kapacita je přesně známa. Ve schématuje napsaná hodnota 1nF, v programu je ovšem zanesená přesná změřená hodnota– v tomto případě 1005pF. Kondenzátory C3 a C4 jsou tantaly. Displej jepřipojen čtyřmi datovými vodiči, kontrast displeje je možno nastavit trimremP1. Přepínače jsou použity typ ISOSTAT – dříve velmi rozšířené. Mikropočítač je originál od Atmela, typ AT89C2051.

 Schéma zapojení - detail schématu pro tisk

Klikni pro detail

Ovládání

Přístroj zapínáme tlačítkem s aretací S1. Není zdežádné automatické vypínání, proto nesmíme po použití přístroj opět vypnout.9V baterii vám nikdo zadarmo nedá. Pokud chceme měřit kapacitu, stisknemetlačítko S3 (to je závislé na S4 pro měření indukčností). Po stisku tlačítkapro kalibraci S2 je přístroj zkalibrován a připraven. Pokud měříme indukčnosti,můžeme kalibrovat při vypnutých S3 i S4, nebo při stisknutém S4, ale měřícísvorky musíme zkratovat. Takto je vhodné eliminovat indukčnost měřících šňůr.

Výpočty

Při kalibraci mikropočítač vykonává tyto operace:
Uloží frekvenci změřenou před stiskem tlačítka S2tato frekvence se nazývá F1. 
Z aktuální frekvence F2 a z uložené frekvence F1vypočítá kapacitu kondenzátoru C1 
Vypočítá indukčnost L1 

Při měření indukčnosti mikropočítač vykonává tentovýpočet 

Při měření kapacity mikropočítač vykonává tento výpočet 

Konstrukce

Přístroj je vestavěn do krabičky U-KM33B (GM elektronic),kde je i pouzdro na baterii. Otvory pro displej a spínače jsou vyřezánynožem, měřící svorky jsou přišroubovány ke krabičce, deska plošných spojůje v krabičce upevněna šrouby, kterými je krabička sešroubována. Displejje připevněn k desce plošných spojů pomocí distančních sloupků. Další podrobnostijsou zřejmé z fotek.

Fotky konstrukce :

Popis je vytištěn na černobílé laserové tiskárně na samolepícífólii. Okénko pro displej je vyříznuto nožem a je tam vložená průhlednáfólie

 
 Zde je patrná celková vestavba přístroje do krabičky.Displej je připevněn pomocí distančních sloupků M3 – protože montážní otvorydispleje jsou pro šrouby M2,5, vyřezal jsem do těchto otvorů závit M3,distanční sloupek jsem našrouboval tak, aby výška byla přesně akorát azajistil jsem to matičkami.

 
Takto vypadá deska. Jistě si všimnete, že tento nafocený prototypmá na desce nějaké SMD součástky. Je tam sériová EEPROM, ale protože jetam na nic, tak jsem ji zrušil. Ty kondenzátory ze strany spojů jsou paralelněk C1, protože jsem cívku namotal blbě – měla menší indukčnost a frekvencebyla tak vysoká, že už ji čítač v Atmelovi nestíhal počítat. Tak jsem tospravil zvětšením kapacity. 
Tady je ještě patrné, jakým způsobem je upravený ISOSTAT – lištaje poněkud zkrácena a zbytečné vývody nahoru jsou zkráceny, aby nezasahovalydo displeje. 

Konstrukční podklady (plošný spoj - detail osazení - přední panel)najdeteve výpisu odkazů a downloadu..
 

Seznam součástek

Označení
Hodnota
R1, R2, R3
100 kW
R4
47 kW
R5
1 kW
P1
5 kWodporový trimr (PT6VK005)
C1
1 nF fóliový kondenzátor
C2
1 nF fóliový kondenzátor (nejlépe co nejpřesněji1005 pF, možno složit)
C3,C4
10 mF/10Vtantalový
C5,C10,C11
100 nF keramický (blokování napájení)
C6,C7
22 pF keramický
C8
mFelektrolytický (pro reset při zapnutí)
C9
47 mF/10Velektrolytický
X1
11.059 MHz krystal
L1
150 mH
IC1
LM311N napěťový komparátor
IC2
AT89C2051 mikropočítač
IC3
78L05 stabilizátor 5V
A1
Displej LCD 16x2 znaky
 
20 pinový sokl pro IC2 (nemusí být)
S1
ISOSTAT 1 paket s aretací (1 zapínací kontakt)
S2
ISOSTAT 1 paket bez aretace (2 zapínací kontakty)
S3,S4
ISOSTAT 1 paket – aretace – jeden odbavuje druhý.
X3, X4
Měřící svorky
 
U-KM33B – skříňka
 
Klips na 9V baterii
 
4 kusy distanční sloupky (nebo stačí jen dva)

Řídící program

Software pro jednočipový mikropočítač je sestavenopět co nejjednodušeji, tak, aby přístroj měřil. Jistě je na něm mnohoco zlepšit, proto je zde volně k disposici. Pro ty, kdož se v tom programuchtějí patlat, bude zajímavý popis použitého typu proměnné real, kterýje zde také k disposici. V programu je dělení asčítání pro datový typ real.
Jak již bylo uvedeno, program je volně k disposici,ovšem úpravy v programu jsou dovoleny pouze pod podmínkou, že upravenýprogram zde bude zveřejněn. - Program najdete v sekci DOWNLOAD

DOWNLOAD a odkazy


 

Napsal : Jiří Reček 2001
Recek@ HW.cz
Hodnocení článku: 

Komentáře

Kapacitu lze složit z 1n + 5p - ale -při toleranci součástek je to nesmysl.Lze zjistit jen měřením na LC můstku (i ten má omezenou přesnost) - tedy zapůjčit a měřit.Doporučoval bych spíš jiné kondenzátory než foliové - zanáší do obvodu značnou parazitní indukčnost a to při max. F skoro 0,5MHz způsobí větší chybu než nepřesnost kapacity.

Ještě pokud se do toho někdo pustí - lze ušetřit jeden přepínač buď HW - přidat invert. tranzistor, nebo SW -přehodit stav při měřění C/L a využít tak nezapojené vývody přepínačů. Zkušenosti měření C je celkem dobré, ale při měření L- má-li cívka jádro, výsledek je značně ovlivněn vlastnostmi jádra ( i L1 ) při měř. frekvenci. Rozdíl je oproti LC můst. měřiči , který má měř. f 1kHz/10kHz je i několikanásobný, takže zjistíte L jen pro zobrazenou frekvenci a pokud neznáte vlastnosti jádra je to vcelku k ničemu.