Как сделать USB тестер напряжения и тока своими руками?
- Характеристики и особенности конструкции
- Схема, печатная плата
- Необходимые детали для сборки своими руками
- Фотоинструкция сборки, видео работы
- Видео
Для индикации параметров в данном USB тестере применен жидкокристаллический дисплей, устанавливаемый в телефоны фирмы Siemens (модели A62, A65 и т.д.). Также есть возможность сброса результатов измерений, повышен предел по току, и расширен диапазон питающих напряжений.
Характеристики и особенности конструкции USB тестера
Характеристики USB тестера:
- Потребляемый ток: 50 мА
- Напряжение питания: 5В
- Входное напряжение: 2–24 В
- Сопротивление шунта: 0.1 Ом
Основой данной конструкции является «ветеран» среди микроконтроллеров — ATmega8, работающий на частоте в 16 МГц (это сделано для ускорения отрисовки информации на ЖК-дисплее). В качестве усилителя напряжения с шунта выступает широкодоступный ОУ LM358N(P).
Для питания устройства был применен повышающий DC-DC преобразователь, что позволило в некоторой степени абстрагироваться от питающего напряжения.
Данный модуль обладает следующими характеристиками:
- Максимальный выходной ток: 2А.
- Максимальное выходное напряжение: 28В.
- Диапазон входных напряжений: 2–24В.
- КПД: до 93 %.
Также на нем есть надпись MT3608 (впрочем, китайцы вполне могут склепать и с другой маркировкой). Внешний вид представлен ниже.
При больших токах эти модули ведут себя не совсем адекватно (огромные пульсации на выходе), но вот до 100мА это вполне оправданное решение.
- Смотрите 3 рабочие схемы частотомера для сборки своими руками
Схема USB тестера тока и напряжения, печатная плата
Для облегчения монтажа, а также увеличения ремонтопригодности решено было использовать микроконтроллер и операционный усилитель в корпусах DIP28 и DIP8 соответственно. Этот ход несколько усложнил разводку печатной платы, а также послужил причиной незначительного увеличения ее размеров. Но в итоге печатная плата получилась односторонней с несколькими перемычками.
Платы выполнены на одностороннем фольгированном материале. Для их изготовления был использован ЛУТ. Все контактные площадки, которые предусматривают сверление отверстий, рассчитаны под сверло 1 мм (исключение — отверстия под ушки USB разъема).
Топология печатной платы представлена ниже:
В целом, если вы планируете какой-либо встраиваемый вариант, то можно оставить все как есть. Если же вам требуется законченное устройство, то можно вытравить дополнительную плату, которая устанавливается на основную.
Естественно, все файлы (в том числе и печатные платы) есть в архиве, прикрепленном к статье. Для просмотра схемы и плат необходим Proteus версии не ниже чем 8.4.
Файлы для скачивания: usb-tester.rar
Схема работает следующим образом. Операционный усилитель включен по не инвертирующей схеме и в данном случае обладает коэффициентом усиления 10. Далее аналоговый сигнал поступает на вход АЦП микроконтроллера, который раз в секунду проводит измерения таких параметров как ток и напряжение. На основе полученных данных вычисляется значение емкости в Ач. Кнопка служит для сброса текущих значений.
- Обзор, схемы и фото цифровых мультиметров DT830, DT 838 и M932
Программа для микроконтроллера написана на языке C++ в среде Atmel Studio 7.0.
При проектировании устройства мы старались использовать доступные комплектующие. Единственное, что выбивается из общей картины — ЖК-дисплей и DC-DC преобразователь.
Необходимые детали для сборки USB тестера тока и напряжения своими руками
- МК AVR 8-бит (U1) — ATmega8-16PU (DIP28).
- Операционный усилитель (U2) — LM358N (DIP8).
- ЖК дисплей (LCD1) — LPH8731-3C (Siemens A65).
- Кварцевый резонатор (X1) — 16 МГц (низкопрофильный).
- DC-DC преобразователь — MT3608.
- Стабилитрон (D1) — 3.3 В.
- Подстроечный резистор (RV1) — 2 кОм (многооборотный).
- Резистор — R7 (100 кОм, 0805); R1, R16–R20 (6х10 кОм, 0805); R2 (9.1 кОм, МЛТ-0,25); R3 (1.2 кОм, МЛТ-0,25); R4 (36 кОм, МЛТ-0,25); R5 (24 кОм, МЛТ-0,25); R8 (510 Ом, МЛТ-0,25); R9, R10 (2х220 Ом, МЛТ-0,25); R11–R15 (5х5.6 кОм, 0805).
- 3 дисковых керамических конденсатора C1 (100 нФ); C2, C3 (22 пФ).
- 2 разъема — PLS-40 и PBS-40.
- Гнездо — USB-AF (угловой).
- Кнопка (S1) —длинный толкатель.
Все smd резисторы использованы типоразмера 0805, роль шунта выполняет резистор мощностью 5–10 Вт, а остальные резисторы можно взять на 0,125 или 0,25 Вт.
- Смотрите также схему цифрового вольтметра и амперметра
Резисторы R2–R7 желательно брать с малым допуском (
Источник
USB тестер
Устройство самодельного USB-тестера базируется на микроконтроллере ATmega8. Этот выбор обусловлен тем, что у меня валялось несколько таких микросхем. Так же были мысли использовать ATmega48, но позже от этого варианта было решено отказаться, так как было жаль тратить контроллер с большим количеством ШИМ выходов на схему, не требующую их применения.
Микроконтроллер работает на частоте в 1МГц, используя либо внутренний RC-генератор, либо внешний кварцевый резонатор (тоже на 1МГц).
Для моих целей было достаточно той точности, которая была при использовании RC-генератора (+/- 5 секунд за 5 минут). Но на печатной плате есть место для кварцевого резонатора.
Отображение данных происходит за счет светодиодного семисегментного четырехразрядного индикатора. Такой тип индикаторов не блистает экономичностью, но устройству работающему от USB, как мне кажется, экономичность ни к чему. Органов управления прибор не имеет, и сброс осуществляется выключением питания.
Для мониторинга выводятся следующие данные:
- Максимальное измеряемое напряжение: 6,6В
- Максимальный измеряемый ток: 1,5А (зависит от характеристик шунта)
Я не буду говорить что устройство обладает феноменальной точностью, это не так. АЦП микроконтроллера ATmega8 в принципе не обладает точностью, так как в младших разрядах находится «мусор». Конечно, для более достоверных результатов стоит заводить микроконтроллер в сон, делать измерение и выполнять программу дальше, но это повлечет за собой задержки в работе программы.
Итак, схема устройства:
В данном устройстве можно применять как индикаторы с общим катодом, так и индикаторы с общим анодом.
Для смены типа индикатора требуется строчку в файле display7seg_lib.h
в файле — заменить на
Если вам не требуется отображение прошедшего с момента запуска устройства времени, то можно закомментировать данную строчку в файле main.c:
Для более точного измерения токов без использования ОУ было решено снизить напряжение питания до 3.3В. Так же был применен делитель напряжения для измерения напряжения на разъеме USB.
Немного о прошивке
Прошивка писалась под avr-gcc (WinAVR), редактор кода — встроенный в Proteus (проект в версии 8.6).
Каждую секунду срабатывает прерывание по переполнению таймера Т1, и устройство измеряет параметры (напряжение, ток) а так же вычисляет энергию в А*ч. Далее, с помощью таймера Т2 организована смена показаний а возможностями библиотеки для вывода информации — «бегущая строка».
ВНИМАНИЕ! При тактировании от внутреннего RC-генератора показания прибора могут иметь большую погрешность.
Если вы решили отказаться от использования кварцевого резонатора, то фуз-биты можно оставить по-умолчанию. В противном случае, требуется установить CKSEL = 1001, SUT = 00.
Печатная плата выполнена на двухстороннем фольгированном материале (гетинакс/текстолит). Самый сложный момент при разводке платы — это посадочное место под микроконтроллер.
На печатной плате, как и на схеме отсутствует один элемент — стабилизатор на 3.3В, 78L33. Он устанавливается следующим образом:
Так же, к выводы 1 и 3 на время программирования закорачиваются перемычкой. Это сделано для того, что бы не подпалить контроллер питающийся от 3.3В подачей 5 вольт на порт.
О замене деталей
Резисторы R1 — R4 можно безболезненно взять с сопротивлением 1 — 4.7 кОм , R6 и R7 необходимо использовать прецизионные (в моем случае были использованы с допуском +/- 1%) и обязательно с одинаковым сопротивлением. R10 — R17 можно заменить на резисторы мощностью 0,125 — 0,25Вт и сопротивлением 180 — 360 Ом. R8 используется для предотвращения появления «магических чисел» при отключенной нагрузке, соответственно его сопротивление должно быть в диапазоне 10 — 100 кОм. Резистор R18 можно взять на 10 — 100 кОм, или не устанавливать вообще (но тогда возможны произвольные сбросы микроконтроллера).
Как уже упоминалось выше, индикатор можно заменить на четырехразрядный с общим анодом, но для этого придется немного переделать печатную плату и внести правки в программу.
Транзисторы можно заменить на отечественные аналоги КТ312, 315, 3102 и т.д. В общем, можно взять любые маломощные транзисторы структуры n-p-n.
Токовый шунт при желании можно взять с иным сопротивлением, но для этого потребуется изменить следующую строку в программе:
Где поменять 2 на ваше сопротивление.
И наконец, немного фото а так же видео сборки и работы:
Источник
Usb tester своими руками
 |  | |||
|
|
