В статье представлена конструкция цифрового амперметра-вольтметра, предназначенного для совместной работы с универсальной платой управления лабораторными блоками питания. Его особенностью является отсутствие собственного датчика тока. При измерении тока используется датчик тока платы управления. Рассмотренная конструкция идеально подходит для переделки компьютерных блоков питания в лабораторные источники питания постоянного тока.
Переделка компьютерных блоков питания в лабораторные оказалась весьма востребована. В поисках вариантов схемы управления и защиты была обнаружена «Универсальная плата управления лабораторными блоками питания» (Радио-ежегодник, 2011, № 5, стр. 53). Схема платы управления оказалась очень простой и эффективной, удовлетворяющая всем требованиям управления и защиты мощного лабораторного источника питания постоянного тока.
Для индикации выходного напряжения и тока описанная в вышу упомянутой статье конструкция показалась весьма громоздкой и дорогой, к тому же мы считаем избыточным одновременную индикацию напряжения и тока в источнике питания такого класса. В то же время получили большую популярность вольтметры, собранные на дешевом микроконтроллере PIC16F676 с трехзначным светодиодным индикатором. Использование готового такого вольтметра оказалось не очень удобно из-за сложности с переводом его в режим амперметра. Поэтому мы решили разработать свою схему переключаемого ампервольтметра с наглядной индикацией режима измерения, используя к тому же датчик тока с платы управления.
Основные технические характеристики ампервольтметра:
- напряжение питания – 7…35 В постоянного тока;
- диапазон измерения напряжения – 0…50,0 В;
- диапазон измерения тока – 0,02…9,99 А;
- шаг измерения напряжения – 0,1 В;
- шаг измерения тока – 0,01 А;
- переключение режима измерения – двухполюсной переключающей кнопкой с фиксацией;
- индикация режима измерения – семисегментным индикатором в виде букв «А» или «U».
Описание схемы платы управления
Для начала рассмотрим схему «универсальной платы управления блоками питания», показанную на рисунке:
Она собрана на одной микросхеме счетверенного операционного усилителя DA1 и в данном случае предназначена для управления ШИМ-контроллером типа TL494 компьютерного блока питания. Схемы переделки компьютерных БП, использующих ШИМ-контроллер такого типа уже неоднократно описаны, так что мы не будет на этом останавливаться. Схема содержит измерительные усилители тока на элементах DA1.1, DA1.4 и напряжения на элементах DA1.2, DA1.3, с выхода которых сигнал управления подается на ШИМ-контроллер БП. Переменными резисторами R13, R14 изменяется опорное напряжение выходных усилителей каналов измерения напряжения и тока соответственно. Если ток в нагрузке не превышает значения, установленного регулятором R14, то блок управления будет работать в режиме стабилизации напряжения, заданного регулятором R13. При этом будет гореть индикатор HL3. Если же ток в нагрузке достигнет значения, установленного регулятором R14, тогда, если выключатель SA1 разомкнут, блок управления перейдет в режим ограничения выходного тока. При этом будет гореть индикатор HL2. Если же выключатель SA1 будет замкнут, то при достижении установленного тока в нагрузке напряжение на выходе снизится до нуля и загорится индикатор HL1. Для выхода из режима токовой отсечки достаточно разомкнуть выключатель SA1.
Подробнее о работе и наладке схемы управления можно прочесть в оригинальной статье: «Встраиваемая универсальная плата управления лабораторными блоками питания»
Описание схемы ампервольтметра
Принципиальная электрическая схема ампервольтметра показана на рисунке ниже:
Основу ампервольтметра представляет микроконтроллер DD1, выполняющий функцию аналогово-цифрового преобразования входного сигнала, поступающего на вход RA0 (цепь IN), и вывод результата измерения на трехразрядный семисегментный светодиодный индикатор с общими катодами HG1. Переключение канала измерения осуществляется кнопкой SA1. Второй полюс кнопки SA1 задействован для подачи сигнала на микроконтроллер (цеп SW), который используется при обработке результата измерения.
Индикация динамическая с частотой обновления 100Гц. В связи с тем, что катоды индикатора подключены непосредственно к выводам микроконтроллера, в целях снижения нагрузки каждый разряд зажигается в 2 приема по 4 сегмента. Для исключения частого перемигивания младшего разряда индикации частота обновления показаний индикатора искусственно снижена и осуществляется 3 раза в секунду. При превышении возможности отображения измеренных значений на индикаторе высветятся три черточки.
Для индикации выбранного режима измерения применен одноразрядный семисегментный индикатор с общим катодом HG2 с символом меньшего, чем в HG1, размера. Сегменты «b», «c», «e» и «f» индикатора HG2 зажжены постоянно. В режиме измерения напряжения переключателем SA1 в цепь SW подается плюс питания, который через резистор R11 зажигает сегмент «d», формируя на индикаторе символ «U». При этом высокий уровень на базе транзистора VT1 держит его закрытым. При переключении в режим измерения тока в цепь SW подается общий провод. Транзистор VT1 открывается, подавая питание на сегменты «a» и «g», и на индикаторе формируется символ «А».
Питание схемы ампервольтметра берется от питания ШИМ-контроллера компьютерного БП и стабилизируется с помощью интегрального регулируемого стабилизатора DA1. Делителем R3, R4 на выходе стабилизатора задается напряжение около 3 В. Такое напряжение питания схемы выбрано для обеспечения возможности использовать полный диапазон АЦП микроконтроллера в режиме измерения тока из-за низкого уровня входного сигнала.
Конструкция и детали
Элементы схемы управления и ампервольтметра собраны на печатных платах из односторонне фольгированного стеклотекстолита размером 40х50 мм и 58х37 мм соответственно. Чертежи печатных плат и схемы расположения элементов показаны на рисунке ниже. Чертежи показаны со стороны установки элементов.
Плата схемы управления разведена таким образом, чтобы быть закрепленной на выводах переменных резисторов R13, R14. Для удобства наладки в конструкции использованы выводные радиокомпоненты.
Для обеспечения компактности в конструкции ампервольтметра использованы в основном элементы для поверхностного монтажа: резисторы формфактора 1206 и конденсаторы 0805. Следует отметить нестандартную установку микросхемы микроконтроллера в DIP корпусе. Он закреплен методом поверхностного монтажа со стороны проводников, при этом концы его выводов выгнуты наружу. В качестве переключателя SA1 использована кнопка типа PS-850L, используемая в старых компьютерах в качестве переключателя «turbo».
Индикаторы HG1 (с размером символа 0,56 inch) и HG2 (0,39 inch) можно использовать любые аналогичные с общим катодом, лучше с красным цветом свечения, так как «зеленые» светятся довольно тускло.
Сборка и наладка
Об использовании схемы управления и способе ее наладки можно прочесть в оригинальной статье. Схема ампервольтметра в наладке не нуждается. Необходимо лишь подобрать номиналы резисторов R1 и R2 во входных делителях каналов измерения тока и напряжения соответственно. Это лучше всего сделать экспериментальным путем, используя в качестве образцового амперметра-вольтметра цифровой мультиметр.
Следует отметить, что амперметр будет работать плохо, если сигнал на выходе источника питания будет сильно «шуметь». Поэтому следует тщательно подойти к подбору конденсаторов С1, С2 схемы управления. Нами собрано уже более шести источников питания с такой схемой управления и в некоторых блоках питания номиналы конденсаторов С1, С2 приходилось значительно увеличивать по сравнению с указанными в схеме.
Заключение
Опыт эксплуатации блоков питания с вышеописанной схемой управления показал несостоятельность ее использования для переделки компьютерных блоков питания в лабораторные из-за значительного уровня пульсаций выходного напряжения - БП реально «поет»! Для создания лабораторных БП сейчас используется
Сегодня расскажу как сделать универсальный несложный измерительный прибор с возможностью измерения напряжения, тока, потребляемой мощности и ампер-часов на дешёвом микроконтроллере PIC16F676 по следующей схеме.
Схема принципиальная вольтамперваттметра
Печатная плата на DIP деталях получилась 45х50 мм. Также в архиве есть печатная плата для SMD деталей.
Для микроконтроллера PIC16F676 имеются две прошивки : в первой - возможность измерения напряжения, тока и мощности - vapDC.hex , а во второй - тоже, что и в первой, только добавлена возможность измерения ампер/часов (не всегда нужна) - vapcDC.hex .
Резистор, обозначенный серым на печатной плате, подключается в зависимости от индикатора: если используем индикатор с общими катодами, то резистор (1К), идущий от 11-ой ноги МК, подключается к +5, а если индикатор с общим анодом, то резистор подключаем к общему проводу.
В моём случае индикатор и общим катодом, резистор расположил под платой, от 11-ой ноги МК к +5.
Кратковременное нажатие кнопки "В " активизирует индикацию режима работы: напряжение «-U-», ток «-I-», мощность «-P-», счетчик ампер/часов «-C-». Некоторые экземпляры ОУ LM358 имеют положительное смещение на выходе, его можно компенсировать цифровой коррекцией измерителя. Для этого необходимо перейти в режим измерения тока, «-I-». Удерживать 7-8 сек кнопку "Н " до появления на индикаторе надписи «-S.-». Затем кнопками «В » и «Н » корректируем смещение «0». Если кнопки нажаты, на индикаторе непосредственно константа, отжаты - откорректированные показания тока. Выход из режима - одновременное нажатие клавиш "В " и "Н ". Результат - индикация «-3-», то есть запись в энергонезависимую память. Счетчик ампер/часов обнуляется удержанием кнопки "Н " 3-4 сек.
В своём случае ставлю только кнопку "В ", для переключения режима работы. Кнопку "Н " не ставлю, так как коррекция тока не требуется, если ОУ LM358 новый, то он практически не имеет смещения, а если и имеет, то незначительное. Сегментный индикатор ставлю не отдельной плате, которую можно легко прикрепить к корпусу устройства, например, встроить в переделанный БП ATX .
К собранному устройству подключаем питание, подаём измеряемое напряжение и ток, корректируя подстроечными резисторами показания вольтметра и амперметра по показаниями мультиметра.
В итоге вся конструкция вольтамперватметра обошлась в 150 рублей, без фольгированного стеклотекстолита. С вами был Пономарёв Артём (stalker68 ), до новых встреч на страницах сайта Радиосхемы !
Обсудить статью ВОЛЬТАМПЕРВАТТМЕТР
Вольтамперметр на PIC16F676
Этот проект - ампервольтметр (или вольтамперметр, если хотите) постоянного тока. Диапазон - до 99.9В и 9.9А (или 99.9А, зависит от прошивки).
Особенность его состоит в том, что он построен на распространённом микроконтроллере PIC16F676, однако, несмотря на это, имеет возможность одновременного отображения измеряемых напряжения и силы тока на четырёхсимвольных (или трёхсимвольных) семисегментных индикаторах, как с общим анодом, так и с общим катодом (задаётся одним резистором). При использовании четырёхсимвольного индикатора, последний сегмент отображает символ "U" для напряжения и "A" для тока. Ампервольтметр может работать и с одним индикатором, при этом кнопкой "B" можно выбирать, что будет на нём отображаться - напряжение или сила тока. В том случае, если установлены оба индикатора, этой кнопкой можно поменять местами их назначение. Кнопка "H" служит для коррекции показаний амперметра и выравнивания линейности этих показаний, если это необходимо.
up feb 2014:
сейчас разработку можно найти по адресу:
Схема вольтамперметра приведена ниже. Как уже было сказано, он построен на распространённом микроконтроллере PIC16F676, на котором, в частности, собирают простые вольтметры и амперметры.
Нажмите на схему для увеличения
В виду ограниченного количества пинов у данного МК, применён регистр 74HC595. Аналогов с совпадающей цоколёвкой у этой микросхемы нет, но она недефицитна и часто применяется в подобных схемах для подключения индикаторов к МК. Для защиты выходов МК от перегрузки и повышения яркости индикаторов применены ключи на транзисторах. При использовании индикаторов с общим катодом, необходимо использовать транзисторы другой структуры, соединив их коллекторы не с +5В, а с массой, при этом резистор на 11 выводе микроконтроллера нужно переставить в другое положение. Возможно, Вам потребуется подобрать резисторы на выходе регистра и в базах транзисторов под свои индикаторы и транзисторы.
Как уже говорилось ранее, кнопка "B" позволяет поменять местами назначение индикаторов в случае, если их два. Если индикатор один, то этой кнопкой можно чередовать отображение напряжения и тока. При нажатии кнопки "H" индикаторы начнут мигать. Пока они мигают, кнопками "B" и "H" можно корректировать показания амперметра. После корректировки мигание прекратится и коэффициент корректировки будет записан в энергонезависимую память. Режим отображения, установленный кнопкой "B", также хранится в энергонезависимой памяти.
После включения индикаторы начинают светиться не сразу, а с задержкой в несколько секунд. Частота изменения показаний - около 9Гц.
Один из вариантов печатной платы для четырёх индикаторов с общим анодом. На рисунке кружками обведены необходимые исправления: нужно убрать перемычку, идущую на массу, и добавить одну маленькую перемычку.
Файлы к проекту.
Реализация вольтметра от Владимира
Добавлены ключи на аноды индикатора, что повысило яркость дисплея, и позволяет использовать более мощные дисплеи.
Две печатки под DIP14 и SO14
В схеме применены транзисторы BC847 (КТ3102).
Во время обновления основной статьи вольтметра в схеме и печатках от Владимира был заменён делитель напряжения. Прошивки к вольтметру лежат в основной статье .
Реализация сетевого вольтметра от Wali Marat
Печатка отличается от схемы заменой резисторов R2 и R3 на один подстроечный 4,7к и отсутствием стабилитрона VD1.
Также была прислана модифицированная схема сетевого вольтметра, она отличается более качественной схемой стабилизации напряжения питания вольтметра.
Фото сетевого вольтметра
Реализация вольтметра/амперметра от Wali Marat
Во все схемы от Wali Marat был добавлен стабилитрон VD1 на 5,1В(обозначен зелёным цветом), для защиты входа АЦП микроконтроллера от перенапряжения.
Прошлым летом по просьбе знакомого разработал схему цифрового вольтметра и амперметра. В соответствии с просьбой данный измерительный прибор должен быть экономичный. Поэтому в качестве индикаторов для вывода информации был выбран однострочный жидкокристаллический дисплей. Вообще этот ампервольтметр предназначался для контроля разрядки автомобильного аккумулятора. А разряжался аккумулятор на двигатель небольшого водяного насоса. Насос качал воду через фильтр и опять возвращал ее по камушкам в небольшой прудик на даче.
Вообще в подробности этой причуды я не вникал. Не так давно этот вольтметр опять попал ко мне у руки для доработки программы. Все работает как положено, но есть еще одна просьба, чтобы установить светодиод индикации работы микроконтроллера. Дело в том, что однажды, из-за дефекта печатной платы, пропало питание микроконтроллера, естественно функционировать он перестал, а так как ЖК-дисплей имеет свой контроллер, то данные, загруженные в него ранее, напряжение на аккумуляторной батарее и ток, потребляемый насосом, так и остались на экране индикатора. Ранее я не задумывался о таком неприятном инциденте, теперь надо будет это дело учитывать в программе устройств и их схемах. А то будешь любоваться красивыми циферками на экране дисплея, а на самом деле все уже давно сгорело. В общем, батарея разрядилась полностью, что для знакомого, как он сказал, тогда было очень плохо.
Схема прибора с индикаторным светодиодом показана на рисунке.
Основой схемы являются микроконтроллер PIC16F676 и индикатор ЖКИ. Так, как все это работает исключительно в теплое время года, то индикатор и контроллер можно приобрести самые дешевые. Операционный усилитель выбран тоже соответствующий – LM358N, дешевый и имеющий диапазон рабочих температур от 0 до +70.
Для преобразования аналоговых величин (оцифровки) напряжения и тока выбрано стабилизированное напряжение питания микроконтроллера величиной +5В. А это значит, что при десятиразрядной оцифровке аналогового сигнала каждому разряду будет соответствовать – 5В = 5000 мВ = 5000/1024 = 4,8828125 мВ. Эта величина в программе умножается на 2, и получаем — 9,765625мВ на один разряд двоичного кода. А нам надо для корректного вывода информации на экран ЖКИ, чтобы один разряд был равен 10 мВ или 0,01 В. Поэтому в схеме предусмотрены масштабирующие цепи. Для напряжения, это регулируемый делитель, состоящий из резисторов R5 и R7. Для коррекции показаний величины тока служит масштабирующий усилитель, собранный на одном из операционных усилителей микросхемы DA1 – DA1.2. Регулировка коэффициента передачи этого усилителя осуществляется с помощью резистора R3 величиной 33к. Лучше, если оба подстроечных резистора будут многооборотными. Таким образом, при использование для оцифровки напряжения величиной ровно +5 В, прямое подключение сигналов на входы микроконтроллера запрещено. Оставшийся ОУ, включенный между R5 и R7 и входом RA1, микросхемы DD1, является повторителем. Служит для уменьшения влияния на оцифровку шумов и импульсных помех, за счет стопроцентной, отрицательной, частотно независимой обратной связи. Для уменьшения шумов и помех при преобразовании величины тока, служит П образный фильтр, состоящий из С1,С2 и R4. В большинстве случаев С2 можно не устанавливать.
В качестве датчика тока, резистор R2, используется отечественный заводской шунт на 20А – 75ШСУ3-20-0,5. При токе, протекающем через шунт в 20А, на нем упадет напряжение величиной 0,075 В (по паспорту на шунт). Значит, для того, чтобы на входе контроллера было два вольта, коэффициент усиления усилителя должен быть примерно 2В/0,075 = 26. Примерно — это потому, что у нас дискретность оцифровки не 0,01 В, а 0,09765625 В. Конечно, можно применить и самодельные шунты, откорректировав коэффициент усиления усилителя DA1.2. Коэффициент усиления данного усилителя равен отношению величин резисторов R1 и R3, Кус = R3/R1.
И так, исходя из выше сказанного, вольтметр имеет верхний предел – 50 вольт, а амперметр – 20 ампер, хотя при шунте, рассчитанном на 50 ампер, он будет измерять 50А. Так, что его можно с успехом установить в других устройствах.
Теперь о доработке, включающей в себя добавление индикаторного светодиода. В программу были внесены небольшие изменения и теперь, пока контроллер работает, светодиод моргает с частотой примерно 2 Гц. Время свечения светодиода выбрано 25мсек, для экономии. Можно было бы вывести на дисплей моргающий курсор, но сказали, что со светодиодом нагляднее и эффектнее. Вроде все. Успехов. К.В.Ю.
.
Один из вариантов готового устройства, реализованного Алексеем. К сожалению фамилии не знаю. Спасибо ему за работу и фото.
