poster

Bc. Petr Bílek
Doc. Ing. Ivan Doležal CSc.
Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií, Ústav MTI
Abstract
RLC měřič v plastové
skříňce
The diploma thesis describes a concept of a device for measuring electronical components - rezistors, capacitors and
inductors. The device determines a sort of a component and its features. Results are displayed on a screen during all of
the time the component is connected. High accuracy is not necessary. Emphasis is placed on the speed of measurement.
Variability of subcircuit wiring is broad. The most suitable electronical circuits are used in a concept. The selected
method of meassuring is simple and reliable. Components are meassured by Ohm method at various frequences. Block
diagrams show a principle of meassuring and a whole meassure-chain. The chain consists of particular chosen circuits.
Particular components of the device have been tested and adjusted as necessary. The control software of the device and a
table of used ranges are enclosed in the attachment of this work. The result of this work is a functional prototype of the
automatic meter. The last part of the work deals with a comparation of obtained parameters with theoretical suggestions.
Detailní záběr na vyrobené
svorky
digitální
část
Cíle
Cílem práce bylo navrhnout, zkonstruovat a oživit prototyp měřicího přístroje RLC. Přístroj bude
využíván v laboratoři k třídění součástek. Měření musí být rychlé a obsluha jednoduchá. Vlastnosti
součástky se zobrazují na displeji přístroje v řadě jmenovitých hodnot. Není důležitá vysoká přesnost
měření, přístroj musí správně zařadit měřenou součástku do příslušné řady a určit automaticky její druh.
Metoda měření
RZV
R=
U1
U2
RZV1 - RZV4
Zm
U2
rozsah
➩ měření modulu impedance (Ohmova
metoda měření)
➩ invertujicí zesilovač, převodník Zm ➙ U
➩ volbou vhodné fměřicí ➙ X(C,L) ≈ Zm
➩ volbou ss budicího signálu ➙ R ≈ Zm
➩ potom platí vzorce na výpočet hodnot
➩ fměřicí taková, aby rozkmit U2 byl konst.
RZV U 1
L=
U 2 2πf
U1
U2
C=
2πfRZV U1
měřené rozsahy součástek
analogová
část
Hotový RLC měřicí přístroj
měřený
prvek
Konstrukce
Rzv [kΩ]
U1ef [V]
f [kHz]
1
L (1000-10000) mH
10
2,200
1,7576
2
C (0,01-0,082) nF
10
2,200
175,76
3
R (1000-10000) kΩ
1000
2,000
0
4
R (100-910) kΩ
100
2,000
0
5
R (10-91) kΩ
C (0,1-0,82) nF
L (100-820) mH
10
2,200
17,576
6
R (1-9,1) kΩ
C (1-8,2) nF
L (10-82) mH
1
2,200
17,576
7
R (0,1-0,91) kΩ
C (10-82) nF
L (1-8,2) mH
1
0,220
17,576
8
R (0,01-0,091) kΩ
1
0,02
0
9
C (100-1000) nF
1
0,22
1,7576
10
L (0,1-0,82) mH
1
0,22
175,76
RZVLU1L
f=
2
4π RZVCU1CCL
➤ zapojení rozděleno na analogovou a digitální část
➤ svorky vyrobené “vlastními silami” tvoří dva
upravené kolíčky na prádlo posazené na silný plech
➤ kontakty jsou zhotoveny z kuprextitových destiček
➤ vše je zabudováno v komerční plastové skříňce
Firmware
● psán v jazyku C v AVR studiu za použití standard makefile
● kód členěn do jednotlivých knihoven
● délka je cca 2100 řádků, 44 kB je velikost
● kód obsahuje 3 znakové sady pro použitý OLED displej
● SPI komunikace s ADC a DDS obvody
Kalibrace a změření přesnosti
Hardware
Jádrem přístroje je měřicí invertujicí zesilovač s OZ. Rozsahy měření se mění změnou napětí
a frekvence budicího signálu a přepínáním rezistorů ve zpětné vazbě měřicího zesilovače
pomocí multiplexorů. Výstupní signál je usměrněn, vyfiltrován a přiveden na vstup ADC.
Mikrokontrolér vše ovládá a vypočte hodnotu měřené součástky ze známých rozsahů a
naměřených dat. Výsledky jsou zobrazeny na OLED displeji v řadě jmenovitých hodnot.
Strategie měření
■ nastaven rozsah 6 a zjištěn směr překročení
■ pokračování v dané polovině tabulky rozsahů
■ druh součástky zjištěn pomocí změny kmitočtu
■ vypočtena přesná hodnota měřené součástky
■ hodnota zařazena do řady E24 nebo E12
➔ pro každý rozsah přesně změřeny 3 součástky
➔ tyto tři součástky změřeny vyvíjeným přístrojem
➔ vypočtena relativní chyba měření
rozsah
Rel. ch. Rx [%]
Rel. ch. Cx [%]
Rel. ch. Lx [%]
1
2
1,2
2,9
2
0,9
0,7
0,7
3
0,3
0,7
1,1
4
0,8
0,6
-
5
0,8
0,6
-
6
2
-
-
Vývojový diagram měření
Inicializace
Blokové schéma přístroje
aktivní
usměrňovač
s OZ
Aktivní
DP filtr
měřicí
zesilovač
s OZ
přepínání
rozsahů
pomocí
odporů ve
zpětné vazbě
A/D převodník
Načti
hodnotu
ADC
Nastav
vyšší
rozsah v
pořadí
<0,2 V
>2 V
Rozsah
0,2 V až 2 V ?
Nastav
nižší
rozsah v
pořadí
ANO
Načti
hodnotu
ADC
Rozsah
0?
Rozsah
11 ?
USB, repro,
LED diody,
tlačítka
CHYBA
CHYBA
Rozsah
ANO
0,2 V až 2 V ?
ANO
ANO
Rozsah
5, 6, 7 ?
Rozsah
NE
0,2 V až 2 V ?
NE
změna
f dolů
Určení
druhu a
výpočet
hodnoty
NE
budič
přepínání
napěťových
rozsahů
budicího
signálu
CHYBY
Načtení
hodnoty
z A/D
změna
f nahoru
měřená
součástka
ANO
ANO
NE
Načti
hodnotu
ADC
NE
NE
mikrokontrolér
ATmega64L
Zobrazení
hodnoty
rozdílový
zesilovač
DDS
generátor
a pasivní
DP filtr
OLED
displej
napájení
krystalový
oscilátor 30MHz
krystal 8MHz
ANO
Rozsah
0,2 V až 2 V ?
PO DRUHÉ NE
CHYBA
E-mail: [email protected]
Prezentace této práce byla podpořena z projektu SGS 2010.
Pomocná aplikace RLC_meric
Nastav
rozsah 6
Závěr a diskuze
Měřicí přístroj se povedlo úspěšně navrhnout, zkonstruovat a oživit. Přístroj
spolehlivě zvolí správný rozsah, spolehlivě určí, o jaký typ prvku se jedná a poté
jej zařadí do příslušné řady. To vše vykoná v relativně krátkém čase. Hodnota se
zobrazuje na displeji velkými znaky jako nominální hodnota v unifikovaném
tvaru např.: 3k3 Ω, 2n2 F, 10m H, atp.. Navíc je na displeji malými znaky
zobrazena přesně změřená a vypočtená hodnota a informace o druhu součástky
pomocí textu a obrázku. V přístroji je naprogramováno menu, kde je možnost
nastavení jasu displeje, zapnutí zvukové signalizace a nastavení poměru
rychlosti/přesnosti měření. Měřicí přístroj bylo potřeba přesně nastavit a
zkalibrovat. Poté byla změřena přesnost přístroje (relativní chyba < 3 %). Přístroj
je zabudován do umělohmotné skříňky. Měřicí svorky, vyrobené “vlastními
silami”, jsou uloženy uvnitř plastové skříňky a tím celý přístroj působí velmi
profesionálně.
Reference
[1] BÍLEK P.: Měřicí obvod automatického měřiče RLC. TUL. Liberec 2009. Semestrální projekt.
[2] MATOUŠEK D.: Práce s mikrokontroléry ATMEL AVR ATmega16. Praha 2006. ISBN: 80-7300174-8.
[3] Datasheety vybraných obvodů. Si7661. ATmega64L. AD9834. AD8620. ADG1409. AD7685.
[cit. 2010-2-22]. URL: < http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf>.