Usb вольтметр своими руками

Помимо возможности управлять линиями ввода-вывода, модуль Ke-USB24A имеет в своем составе интегрированный аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Разрядность АЦП — 10 бит, динамический диапазон входного напряжения от 0 до +5 В. Продемонстрируем на примере как его можно использовать на практике.

Благодаря наличию АЦП из модуля можно всего за пару минут сделать компьютерный USB вольтметр. Для начала давайте соберем схему. Методика подачи входного аналогового сигнала на вход АЦП модуля показана на рисунке ниже. Для простоты демонстрации, для данной статьи в качестве теста предлагается схема, показанная на рисунке справа. На вход АЦП будет подаваться напряжение, снимаемое с движка переменного резистора. Изменяя положение движка можем получать любое напряжение в диапазоне от 0 до 5 В. Номи- нальная величина резистора не имеет принципиального значения, здесь я использовал на 2.2 кОм.

Рисунок 1. Схема подачи сигнала на вход АЦП

Для этой статьи я написал небольшую программку, которая выглядит вот так. Если мы будем изменять положение движка резистора (читай изменять входное напряжение для АЦП) то в соответствующем поле окна программы будет отображаться величина входного напряжения.

Рисунок 2. Программа «USB-вольтметр»

Рассмотрим поближе код этой программы. Вот здесь функция открытия порта притерпела некоторые изменения, поэтому с нее и начнем. Она полностю повторяет код из предыдущих статей, но в ее конце мы подаем в порт команду $KE,ADC,5. Это означает что модуль будет автоматически считывать состояние АЦП с частотой 5 Гц и выдавать соответствующее сообщение в порт с такой же частотой. Ke-USB24A позволяет устанавливать частоту автоматического опроса до 400 Гц. Для задач простого вольтметра измерение напряжения 5 раз в секунду нам вполне хватит. Далле мы запускаем таймер с частотой срабатывания 4 Гц (период 250 мс). Именно в обработчике сообщений таймера мы будем считывать информацию из порта.

А вот собственно и сам обработчик таймера. Что мы тут делаем? Читаем некоторый объем данных из порта. Там теоритически должны находиться 5 сообщений модуля, содержащих числовой код, соответствующий входному аналоговому напряжению. Зная структуру сообщения, отыскиваем в пролученных данных первое валидное сообщение и «вытаскиваем» из него оцифрованную величину напряжения. Затем по формуле (см. подробнее описание команд управления) персчитываем полученное значение в напряжение и отображаем его в окне программы.

В конце обработчика таймера насвякий случай ощищаем буфера COM порта — вдруг мы что-то не успели прочесть и тогда устаревшие данные будут обрабатываться в новом цикле таймера, а это не хорошо.

Источник

МИНИ ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ

Ещё одна маленькая победа Китай-прома над отечественным радиолюбительством произошла в области А/В-метров. Уже несколько лет как стали очень популярны мини LED индикаторы напряжения. Их уже можно увидеть во многих самодельных конструкциях и делание цифрового вольтметра / амперметра на микроконтроллере с нуля уже скорее проходит по категории «мазохизм», если конечно не требуются особые свойства или точность. Значит имеет смысл взглянуть на такие модули по-пристальнее, выбрав самые маленькие из них трех разных цветов для теста.

Модули вольтметры цифровые

Большим преимуществом блоков является относительно низкая цена и отсутствие напряжения питания, они питаются от напряжения которое одновременно измеряют. Производитель дает диапазон напряжения 2,6 — 30 В. Для начала протестируем их при разных значениях напряжения. Питание от преобразователя и литий-ионных аккумуляторов. Сравнивать будем показания с измерителем UNI-T UT210E, а также с ANENG. Модули имеют на плате небольшой потенциометр для коррекции показаний.

Бывает что настройка модуля при низком напряжении требует и коррекции на верхних рабочих диапазонах этого модуля. Для повышения точности тем потенциометром можете откалибровать показания по эталонному прибору и после процедуры рекомендуем капнуть лак для ногтей, чтобы обездвижить его. После калибровки они станут достаточно точные.

Точность этих индикаторов будет приемлемой во многих устройствах, особенно учитывая низкую цену этих модулей (можно купить за менее 100 рублей). Индикаторы автоматически переключают диапазон — после превышения значения 9,99 В отображаются только десятичные части, то есть одна цифра после запятой.

Подключение минивольтметров

Для некоторых отсутствие отдельного блока питания является недостатком. Но если есть отдельный источник питания, то можете подключить его отдельно. Еще одним недостатком является низкое внутреннее сопротивление, которое ограничивает использование модуля только для источников питания, зарядок и аналогичных схем. Другим недостатком является ограниченный диапазон измерения снизу.

Это измерительное устройство в схемном плане ничем не отличается от трехпроводного исполнения, для третьего провода (измерительного) имеется дополнительное поле для пайки. Достаточно снять перемычку.

Преимущество двухпроводной системы заключается в более низкой цене, которая компенсирует многие проблемы этого модуля.

Количество отображаемых сегментов увеличивает потребление тока, иногда эти колебания могут проявляться в показаниях точности.

Простейший вольтметр является двухпроводным — он питается от напряжения которое в то же время измеряет, то есть не нужен дополнительный источник питания для индикатора. И главное — после использования другого источника питания можем измерить напряжение от 0 В.

Мини вольт-ампер метры

Более дорогим аналогом является индикаторы, одновременно показывающие напряжение и ток. Они чуть отличаются схемой подключения и наличием двух резисторов коррекции показаний на плате.

Форум по обсуждению материала МИНИ ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ

Коммуникационный протокол UART — что это и как он работает, подробное описание интерфейса и распиновка разъёмов.

Медицинские устройства для контроля параметров здоровья человека. Примеры современных микросхем снятия и обработки сигналов тела.

Схема простого кварцованного передатчика FM диапазона на мощность до 0,2 Вт, при питании от 12 В.

Источник

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