เครื่องวัด Lc โดยใช้ Arduino: การวัดความเหนี่ยวนำและความถี่

ผู้ที่ชื่นชอบการฝังตัวทุกคนคุ้นเคยกับมัลติมิเตอร์ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ดีในการวัดแรงดันกระแสไฟฟ้าความต้านทาน ฯลฯ มัลติมิเตอร์สามารถวัดได้อย่างง่ายดาย แต่บางครั้งเราจำเป็นต้องวัดความเหนี่ยวนำและความจุซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยมัลติมิเตอร์ธรรมดา มีมัลติมิเตอร์พิเศษบางตัวที่สามารถวัดค่าความเหนี่ยวนำและความจุได้ แต่มีราคาแพง เราได้สร้างเครื่องวัดความถี่เครื่องวัดความจุและเครื่องวัดความต้านทานโดยใช้ Arduino แล้ว ดังนั้นวันนี้เราจะไปทำให้การเหนี่ยวนำLC Meter ใช้ Arduino ในโครงการนี้เราจะแสดงค่าความเหนี่ยวนำและค่าความจุพร้อมกับความถี่บนจอ LCD 16x2 ปุ่มกดจะได้รับในวงจรเพื่อสลับระหว่างการแสดงความจุและการเหนี่ยวนำ

ส่วนประกอบที่จำเป็น

Arduino Uno
741 opamp IC
แบตเตอรี่ 3v
ตัวต้านทาน 100 โอห์ม
คาปาซิเตอร์
ตัวเหนี่ยวนำ
1n4007 ไดโอด
ตัวต้านทาน 10k
หม้อ 10k
แหล่งจ่ายไฟ
ปุ่มกด
Breadboard หรือ PCB
การเชื่อมต่อสายไฟ

การคำนวณความถี่และตัวเหนี่ยวนำ

ในโครงการนี้เราจะไปเหนี่ยวนำมาตรการและความจุโดยใช้วงจร LC ในแบบคู่ขนาน วงจรนี้เป็นเหมือนวงแหวนหรือกระดิ่งที่เริ่มสั่นด้วยความถี่ที่แน่นอน เมื่อใดก็ตามที่เราใช้พัลส์วงจร LC นี้จะเริ่มเรโซแนนซ์และความถี่เรโซแนนซ์นี้อยู่ในรูปของแอนะล็อก (คลื่นไซน์) ดังนั้นเราจำเป็นต้องแปลงเป็นคลื่นสไควร์ ในการทำเช่นนี้เราใช้ความถี่เรโซแนนซ์แบบอะนาล็อกนี้กับ opamp (741 ในกรณีของเรา) ซึ่งจะแปลงเป็นคลื่นสไควร์ (ความถี่) ที่ 50% ของรอบการทำงาน ตอนนี้เราวัดความถี่โดยใช้ Arduino และโดยใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์เราสามารถหาค่าความเหนี่ยวนำหรือความจุได้ เราได้ใช้กำหนดLC สูตรการตอบสนองความถี่วงจร

f = 1 / (2 * ครั้ง)

ที่เวลาเป็นผลลัพธ์ของ pulseIn () ฟังก์ชั่น

ตอนนี้เรามีวงจร LC ความถี่:

f = 1/2 * Pi * รากที่สองของ (LC)

เราสามารถแก้ได้เพื่อรับการเหนี่ยวนำ:

ฉ² = 1 / (4Pi ² LC) L = 1 / (4Pi ² f ² C) L = 1 / (4 * Pi * Pi * f * f * C)

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วว่าคลื่นของเราเป็นคลื่นซายน์ดังนั้นจึงมีช่วงเวลาเดียวกันทั้งในแอมพลิจูดบวกและลบ หมายความว่าเครื่องเปรียบเทียบจะแปลงเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมโดยมีรอบการทำงาน 50% เพื่อให้เราสามารถวัดได้โดยใช้ ฟังก์ชัน pulseIn () ของ Arduino ฟังก์ชันนี้จะทำให้เรามีช่วงเวลาที่สามารถแปลงเป็นความถี่ได้อย่างง่ายดายโดยการย้อนกลับช่วงเวลา เนื่องจากฟังก์ชัน pulseIn จะวัดเพียงพัลส์เดียวดังนั้นเพื่อให้ได้ความถี่ที่ถูกต้องเราต้องคูณด้วย 2 ตอนนี้เรามีความถี่ที่สามารถแปลงเป็นความเหนี่ยวนำได้โดยใช้สูตรข้างต้น

หมายเหตุ: ในขณะวัดค่าความเหนี่ยวนำ (L1) ค่าตัวเก็บประจุ (C1) ควรเป็น 0.1uF และในขณะที่วัดความจุ (C1) ค่าตัวเหนี่ยวนำ (L1) ควรเป็น 10mH

แผนภาพวงจรและคำอธิบาย

ในแผนภาพวงจร LC Meterนี้เราได้ใช้ Arduino เพื่อควบคุมการทำงานของโครงการ ในการนี้เราได้ใช้วงจร LC วงจร LC นี้ประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ ในการแปลงความถี่เรโซแนนซ์ไซน์เป็นคลื่นดิจิตอลหรือคลื่นสี่เหลี่ยมเราได้ใช้แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการคือ 741 ที่นี่เราจำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายเชิงลบกับ op-amp เพื่อให้ได้ความถี่เอาต์พุตที่ถูกต้อง ดังนั้นเราจึงใช้แบตเตอรี่ 3v ที่เชื่อมต่อในขั้วย้อนกลับซึ่งหมายความว่าพินลบ 741 เชื่อมต่อกับขั้วลบของแบตเตอรี่และขาบวกของแบตเตอรี่เชื่อมต่อกับกราวด์ของวงจรที่เหลือ สำหรับคำชี้แจงเพิ่มเติมโปรดดูแผนผังวงจรด้านล่าง

ที่นี่เรามีปุ่มกดเพื่อเปลี่ยนโหมดการทำงานไม่ว่าเราจะวัดความเหนี่ยวนำหรือความจุ จอ LCD 16x2 ใช้เพื่อแสดงความเหนี่ยวนำหรือความจุด้วยความถี่ของวงจร LC หม้อ 10k ใช้สำหรับควบคุมความสว่างของ LCD วงจรขับเคลื่อนด้วยความช่วยเหลือของแหล่งจ่าย Arduino 5v และเราสามารถจ่ายไฟให้ Arduino ด้วย 5v โดยใช้อะแดปเตอร์ USB หรือ 12v

คำอธิบายการเขียนโปรแกรม

ส่วนการเขียนโปรแกรมของโครงการ LC Meterนี้ทำได้ง่ายมาก รหัสArduino ที่สมบูรณ์จะได้รับในตอนท้ายของบทความนี้

ก่อนอื่นเราต้องรวมไลบรารีสำหรับ LCD และประกาศพินและมาโคร

# รวม LiquidCrystal LCD (A5, A4, A3, A2, A1, A0); # กำหนด ค่า อนุกรม# กำหนดค่า 3 # กำหนดความถี่ใน 2 # โหมดกำหนด 10 # กำหนดล่าช้า 15 ความถี่คู่, ความจุ, การเหนี่ยวนำ; typedef struct { แฟล็ก int: 1; }ธง; ธง Bit;

หลังจากนั้นในฟังก์ชั่น การตั้งค่า เราได้เริ่มต้นการสื่อสาร LCD และ Serialเพื่อแสดงค่าที่วัดได้บนจอ LCD และจอภาพอนุกรม

การตั้งค่าเป็นโมฆะ () { #ifdef serial Serial.begin (9600); endif # lcd.begin (16, 2); pinMode (ความถี่อินพุท); PinMode (ชาร์จเอาท์พุท); pinMode (โหมด INPUT_PULLUP); lcd.print ("ใช้เครื่องวัด LC"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Arduino"); ล่าช้า (2000); lcd.clear (); lcd.print ("วงจรย่อย"); ล่าช้า (2000); }

จากนั้นในฟังก์ชัน ลูป ให้ใช้พัลส์ของช่วงเวลาคงที่กับวงจร LC ที่จะชาร์จวงจร LC หลังจากถอดวงจรพัลส์ LC จะเริ่มสั่นพ้อง จากนั้นเราอ่านการแปลงคลื่นกำลังสองที่มาจาก op-amp โดยใช้ ฟังก์ชัน pulseIn () และแปลงโดยคูณด้วย 2 ที่นี่เราได้นำตัวอย่างบางส่วนมาด้วย นั่นคือวิธีคำนวณความถี่:

void loop () { สำหรับ (int i = 0; i { digitalWrite (ชาร์จสูง); ล่าช้าไมโครวินาที (100); digitalWrite (ชาร์จต่ำ); delayMicroseconds (50); พัลส์คู่ = pulseIn (ความถี่สูง, สูง, 10,000); ถ้า (Pulse> 0.1) ความถี่ + = 1.E6 / (2 * Pulse); ล่าช้า (20); } ความถี่ / = ความล่าช้า; #ifdef serial Serial.print ("ความถี่:"); Serial.print (ความถี่); Serial.print ("เฮิรตซ์"); endif # lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("ความถี่:"); lcd.print (ความถี่); lcd.print ("เฮิรตซ์");

หลังจากได้ค่าความถี่แล้วเราได้แปลงเป็นค่าความเหนี่ยวนำโดยใช้โค้ดที่กำหนด

ความจุ = 0.1E-6; ตัวเหนี่ยวนำ = (1. / (ความจุ * ความถี่ * ความถี่ * 4. * 3.14159 * 3.14159)) * 1.E6; #ifdef อนุกรม Serial.print ("Ind:"); ถ้า (ความเหนี่ยวนำ> = 1000) { Serial.print (ตัวเหนี่ยวนำ / 1000); Serial.println ("mH"); } else { Serial.print (อุปนัย); Serial.println ("uH"); } endif # lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("อิน:"); ถ้า (ตัวเหนี่ยวนำ> = 1,000) { lcd.print (ตัวเหนี่ยวนำ / 1000); lcd.print ("mH"); } else { lcd.print (ตัวเหนี่ยวนำ); lcd.print ("uH"); } }

และโดยการใช้รหัสให้เราคำนวณความจุ

ถ้า (Bit.flag) { inductance = 1.E-3; ความจุ = ((1. / (ตัวเหนี่ยวนำ * ความถี่ * ความถี่ * 4. * 3.14159 * 3.14159)) * 1.E9); ถ้า ((int) ความจุ <0) ความจุ = 0; #ifdef serial Serial.print ("Capacitance:"); Serial.print (ความจุ 6); Serial.println ("uF"); endif # lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("หมวก:"); ถ้า (ความจุ> 47) { lcd.print ((ความจุ / 1000)); lcd.print ("uF"); } else { lcd.print (ความจุ); lcd.print ("nF"); } }

นี่คือวิธีที่เราคำนวณความถี่ความจุและตัวเหนี่ยวนำโดยใช้ Arduinoและแสดงบนจอ LCD 16x2

เครื่องวัด Lc โดยใช้ Arduino: การวัดความเหนี่ยวนำและความถี่

ส่วนประกอบที่จำเป็น

การคำนวณความถี่และตัวเหนี่ยวนำ

แผนภาพวงจรและคำอธิบาย

คำอธิบายการเขียนโปรแกรม

ตัวเลือกของบรรณาธิการ