Вольт-Амперметр

Схема предназначена для измерения выходного напряжения и силы тока в блоках питания с отображением результатов измерения на двух четырёх разрядных светодиодных индикаторов с общим анодом. На одном индикаторе отображается напряжение в вольтах, на другом сила тока в амперах.

Основные технические характеристики:
Напряжение питания, ~ вольт: 12
Ток потребления, мА: 82
Максимальное измеряемое напряжение, вольт: 30,6
Максимальная измеряемая сила тока, ампер: 3,1

Принципиальная схема

Рис1
Описание схемы:
Переменное входное питающая схему напряжение 12В выпрямляется диодным мостом VD1, стабилизируется интегральным стабилизатором DA1 и подаётся на микросхему ATMEGA8L. Дроссель L1 индуктивностью 10 мкГн (0,01mH) намотан на ферритовом каркасе диаметром 8мм и высотой 10мм, проводом диаметром 0,35мм. Этот дроссель совместно с конденсатором C6 служит дополнительным LC фильтром для внутренней схемы аналого-цифрового-преобразователя (АЦП) микросхемы ATMEGA8L. Индикаторы HL1 и HL2 подключены к выходным портам этой микросхемы.
Измеряемое напряжение с разъёма X2 через резисторный делитель напряжения R1 и R2 уменьшенное в 12 раз (не превышающее 2,56 В), поступает на вход АЦП микросхемы ATMEGA8L.
Измеряемая сила тока измеряется по падению напряжения на резисторах шунта R3, R4 и R5 по закону ома, усиливается в 8 раз интегральным стабилизатором (ИС) U2.1 (не выше 2,56 В), буферизируется повторителем U2.2, который не усиливает это напряжение, а только повторяет его и подаёт его на другой вход АЦП микросхемы ATMEGA8L.
Напряжение с разъёма X7 становятся выходными клеммами блока питания. Резисторы R3, R4 и R5 можно заменить одним резистором 0,1 ом 1Вт. Переменным многооборотным резистором R2 регулируется правильность показания измеряемого напряжения по образцовому вольтметру, а резистором R7 правильность показания измеряемой силы тока.
Сборочный чертёж платы

Рис2

Сама плата в масштабе 1:1

Рис3

Схема и печатные платы в форматах программы DipTrace находятся здесь: Скачать

Если измеряемое напряжение превышает 30,6 В то на индикаторе отображается надпись “U uP” что означает высокое напряжение. Если измеряемая сила тока превышает 3,1 А то на индикаторе отображается надпись “I uP” что означает большая сила тока.

Исходный код программы с HEX файлом расположен здесь: Скачать

Расчётная часть:
Прежде чем перейти к расчётной части, необходимо определиться что R1 = 27,5 Ком, R2 = 2,5 Ком, общее сопротивление резисторов R3, R4 и R5 равно 0,1 ом (назовём их Rш). Общее сопротивление резисторов R7 и R8 равно 7 Ком (назовём их Rоу). ADC – результат работы схемы АЦП (возвращает число от 0 до 1024).
В качестве источника опорного напряжения для схемы АЦП микросхемы ATMEGA8L выбрано напряжение 2,56 Вольт. Разрядность АЦП выбрана 10 бит, то есть максимальное число которое вернёт схема АЦП равна 1024. Это число будет эквивалентом напряжения на входах АЦП. Например, если adc вернул 512, то это значит, что на вход АЦП мы подали половину опорного напряжения.
Чтобы вычислить реальное измеряемое напряжение, нам нужно:
Составить пропорцию
Опорное напряжение (Вольт) – 1024
Искомое напряжение (Вольт) – adc
У нас опорное напряжение = 2,56 В
Искомое напряжение, В = (2,56 * adc) / 1024, или Искомое напряжение, В = 0,0025 * adc
Для простоты переведём вольты в милливольты, умножив на 1000
Искомое напряжение, мВ = 0,0025 * adc * 1000, или Искомое напряжение, мВ = 2,5 * adc
Далее нужно учесть коэффициент резисторного делителя напряжения R1 и R2 по формуле Кдел = (R1+R2) / R2. Подставив, получим Кдел = (27,5 + 2,5) / 2,5 = 12. Так как наш резисторный делитель уменьшает измеряемое напряжение в 12 раз, то для того чтобы это учесть нужно Искомое напряжение, мВ умножить на 12.
Реальное измеряемое напряжение, мВ = 2,5 * adc * 12, или Реальное напряжение, мВ = 30 * adc
Полученное число 30 и будет нашим коэффициентом который нужно занести в программу для перевода результата работы АЦП в реальное измеряемое напряжение в миллиВольтах. При расчётах желательно стараться чтобы этот коэффициент был целым числом, так как целые числа быстрее всего вычисляются микропроцессором и занимают меньше памяти, иначе придётся сохранять коэффициент в переменной с точкой и после вычисления отбрасывать дробную часть, оставляя только целую или округлять число.
Чтобы вычислить реальную измеряемую силу тока, нам нужно:
Составить пропорцию
Опорное напряжение (Вольт) – 1024
Искомое напряжение (Вольт) – adc
У нас опорное напряжение = 2,56 В
Искомое напряжение, В = (2,56 * adc) / 1024, или Искомое напряжение, В = 0,0025 * adc
Для простоты переведём вольты в милливольты, умножив на 1000
Искомое напряжение, мВ = 0,0025 * adc * 1000, или Искомое напряжение, мВ = 2,5 * adc
Далее нужно учесть коэффициент усиления ОУ по формуле для схемы включения не инвертирующего ОУ

Рис4

Кусоу = 1 + (Rоу / R6). Подставив, получим Кусоу = 1 + (7 / 1) = 8. Так как наш ОУ увеличивает (усиливает) измеряемое напряжение в 8 раз, то для того чтобы это учесть нужно Искомое напряжение, мВ разделить на 8.
Реальное измеряемое напряжение, мВ = (2,5 * adc) / 8, или Реальное напряжение, мВ = 0,3125 * adc
Теперь вычисляем значение измеряемой силы тока по закону Ома I = U / R. Шунт 0,1 ом = 100 миллиОм
Реальная сила тока, А = (0,3125 * adc) / 100, или Реальная сила тока, А = 0,003125 * adc
Для простоты переведём амперы в миллиамперы, умножив на 1000
Реальная сила тока, мА = 0,003125 * adc * 1000, или Реальная сила тока, мА = 3,125 * adc
Полученное число 3,125 и будет нашим коэффициентом который нужно занести в программу для перевода результата работы АЦП в реальную измеряемую силу тока в миллиАмперах.

вольт-амперметр


Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *


Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>