Цифровой измеритель ёмкости намикроконтроллере

 

С помощью данного измерителя ёмкости можно легко измерить любую ёмкость от единиц пФ до сотен мкФ. Существует несколько методов измерения емкости. В данном проекте используется интеграционный метод. Главное преимущество использования этого метода в том, что измерение основано на измерении времени, что может быть выполнено на МК довольно точно. Этот метод очень подходит для самодельного измерителя ёмкости, к тому же он легко реализуем на микроконтроллере.

 

 

Цифровой измеритель ёмкости на микроконтроллере

Явления, происходящие при изменении состояния схемы называются переходными процессами. Это одно из фундаментальных понятий цифровых схем. Когда ключ на рисунке 1 разомкнут, конденсатор заряжается через резистор R, и напряжение на нём изменятся как показано на рисунке 1b. Соотношение определяющее напряжение на конденсаторе имеет вид:

Цифровой измеритель ёмкости намикроконтроллере


Цифровой измеритель ёмкости намикроконтроллере

Нажмите на картинку чтобы увеличить

Величины выражены в СИ единицах, t секунды, R омы, C фарады. Время за которое напряжение на конденсаторе достигнет значения VC1 , приближенно выражается следующей формулой:
Цифровой измеритель ёмкости намикроконтроллере

Нажмите на картинку чтобы увеличить


Из этой формулы следует, что время t1 пропорционально емкости конденсатора. Следовательно, ёмкость может быть вычислена из времени зарядки конденсатора.

Схема

Для измерения времени зарядки, достаточно компаратора и таймера микроконтроллера, и микросхемы цифровой логики. Вполне разумно использовать микроконтроллер AT90S 2313 (современный аналог - ATtiny2313). Выход компаратора используется как триггер TC1. Пороговое напряжение устанавливается резисторным делителем. Время зарядки не зависит от напряжения питания. Время зарядки определяется формулой 2, следовательно оно не зависит от напряжения питания т.к. соотношение в формуле VC1/E определяется только коэффициентом делителя. Конечно, во время измерения напряжение питания должно быть постоянно.
Формула 2 выражает время зарядки конденсатора от 0 вольт. Однако с напряжением близким к нулю сложно работать из-за следующих причин:

  • Напряжение не падает до 0 Вольт. Для полной разрядки конденсатора необходимо время. Это приведет к увеличению времени измерения.
  •  
  • Необходимо время между стартом зарядки и запуском таймера. Это вызовет погрешность измерения. Для AVR это не критично т.к. на это необходим всего один такт.
  •  
  • Утечка тока на аналоговом входе. Согласно даташиту AVR, утечка тока возрастает при напряжении на входе близком к нулю вольт.

Для предотвращения данных сложностей использовано два пороговых напряжения VC1(0.17 Vcc) и VC2(0.5 Vcc). Поверхность печатной платы должна быть чистой для минимизации токов утечки. Необходимое напряжение питания микроконтроллера обеспечивается DC-DC преобразователем, работающего от 1.5V AA батарейки. Вместо DC-DC преобразователя, желательно использовать 9V батарейку и преобразователь 78L05, желательно также не выключать BOD, иначе могут возникнуть проблемы с EEPROM.

 

Продолжение тут

Загляника


статистика