Moduł woltomierza-
AVT
amperomierza z termostatem
2857
Moduł jest uniwersalnym układem integrującym w sobie woltomierz, amperomierz i termostat. Można go wykorzystać w
zasilaczu laboratoryjnym do monitorowania wartoSci ustawionego napięcia oraz aktualnie pobieranego prądu.
Termostat wraz z odpowiednim ograniczeniem prądowym pozwoli zrealizować zabezpieczenia przed przegrzaniem i
przeciążeniem. Jest to doskonały sposób na zmodyfikowanie już posiadanego lub samodzielnie budowanego zasilacza.
Inny praktyczny sposób wykorzystania modułu to zaadoptowanie go do ładowarki różnego rodzaju akumulatorów
wykorzystywanych w sprzęcie powszechnego użytku i w modelarstwie. Układ monitoruje napięcie występujące na
zaciskach ładowanego ogniwa i w przypadku osiągnięcia zadanej wartoSci (naładowania) jego odłączenie. Termostat
pomaga nadzorować temperaturę ogniwa czynnik niezmiernie istotny w przypadku ładowania dużymi prądami.
Rekomendacje: urządzenie szczególnie polecane w domowym warsztacie elektronika jako uniwersalny moduł do
wielu zastosowań
WÅ‚aSciwoSci
" pomiar napięcia do 50V dwa podzakresy
" automatyczna zmiana; 0...20V, 20...50V
" rozdzielczoSć pomiarów 0,01V (zakres I) lub 0,1V (zakres II)
" pomiar prądu 0...10A, rozdzielczoSć 0,01A
" termostat, pomiar temperatury do 125OC
" wbudowany ogranicznik prÄ…dowy
" wejScie różnicowe umożliwiające pomiar do 20 V z rozdzielczoScią 0,01V
" możliwoSć porównania napięcia z wartoScią zadaną
" zasilanie: 8...12VDC
Opis układu
Strukturę menu użytkownika przedstawia rys. 1. Na głównym ekranie w górnym wierszu wySwietlane jest napięcie
oraz prąd. Dolny wiersz przedstawia napięcie z wejScia różnicowego oraz temperaturę czujnika. Elementy dolnego
wiersza mogą zostać w każdej chwili ukryte, tak by nie pojawiały się na głównym ekranie. WciSnięcie przycisku S1
bÄ…dx S2 powoduje wejScie do menu nastaw. W tym czasie przycisk S1 odpowiada za przesuwanie kursora, natomiast
wprowadzanie zmian odbywa się za pomocą S2. Zerowanie komórek w menu nastaw możliwe jest poprzez
przytrzymanie przycisku S2, a następnie wciSnięcie S1. WciSnięcie przycisku S2 powoduje wySwietlenie menu nastaw
termostatu, gdzie ustawiamy temperaturę oraz histerezę. Istnieje również możliwoSć wyłączenia termostatu oraz
ukrycia temperatury wySwietlanej na głównym ekranie LCD. WyjSciem wykonawczym termostatu jest wyjScie TO,
które normalnie znajduje się w stanie wysokim. JeSli temperatura czujnika osiągnie wartoSć zadaną to wyjScie TO
ustawione zostanie w stan niski do momentu, aż temperatura spadnie poniżej progu histerezy. Fakt ten sygnalizowany
jest pojawieniem się na głównym ekranie, obok temperatury, symbolu gwiazdki. Menu nastaw ograniczenia prądowego
AVT 2857 Moduł woltomierza/amperomierza z termostatem
1
wySwietlone zostaje po wciSnięciu przycisku S1 i jego struktura
jest podobna jak w przypadku termostatu. Również i tu istnieje
możliwoSć ustalenia histerezy, a wyjSciem wykonawczym jest IO.
Z tego poziomu mamy możliwoSć przejScia do menu nastaw
wejScia różnicowego, gdzie wyjSciem wykonawczym jest UO.
Schemat ideowy układu pokazuje rys. 2. Mikrokontroler
ATmega8 pracuje z zewnętrznym rezonatorem kwarcowym Q1 o
wartoSci 8MHz. Wyprowadzenie PC6, skonfigurowane jako
wejScie RESET, wymaga zewnętrznego podciągania do plusa
zasilania za pomocą rezystora R5. CzęSć analogowa układu
zasilana jest poprzez dławik L1 oraz kondensator odsprzęgający
C4. Przetwornik A/C mikrokontrolera pracuje z zewnętrznym
napięciem referencyjnym o wartoSci 2,047V, które ustala
regulowany dzielnik napięcia złożony z R4 i PR2. Dzielnik R6,
PR3, R7 o podziale 1:10 umożliwia pomiar napięcia do 20V z
rozdzielczoScią 0,01V. W przypadku, gdy napięcie mierzone
osiągnie wartoSć wyższą od 20V, wówczas odczyt nastąpi z
kolejnego wejScia PC1, gdzie dzielnik o podziale 1:100
umożliwia pomiar do 50V, z rozdzielczoScią 0,1V. WejScia UA i
Rys. 1
UB tworzą wejScie różnicowe, które pozwala mierzyć napięcie
między dwoma dowolnymi punktami układu (oczywiScie w odniesieniu do masy). Maksymalne mierzone napięcie
każdego z tych wejSć wynosi 20V przy rozdzielczoSci 0,01V. Pomiar prądu odbywa się poSrednio poprzez pomiar
spadku napięcia na rezystancji szeregowo włączonej z obciążeniem. Do wejScia PB3 mikrokontrolera podłączony jest
termometr cyfrowy DS18B20.
Rys. 2 Schemat elektryczny
Montaż i uruchomienie
Wzór płytki drukowanej przedstawia rys. 3. Montaż przebiega klasycznie i dobrze jest go rozpocząć od wlutowania
zworki Z1. Wszystkie rezystory małej mocy lutujemy pionowo. WySwietlacz przytwierdzamy do płytki za pomocą
gniazda i listwy 16 goldpinów. Do płytki lutujemy gniazdo na takiej wysokoSci, by wpięty w nie wySwietlacz nie
zawadzał o inne elementy. Czujnik temperatury lutujemy do płytki bezpoSrednio bądx za pomocą odcinka przewodu
trójżyłowego, w zależnoSci od tego, czy będziemy korzystać z termostatu. Rezystory mocy R1 i R2 lutujemy nieco
AVT 2857 Moduł woltomierza/amperomierza z termostatem
2
Rys. 3 Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej
ponad płytką, żeby zapewnić ich skuteczniejsze chłodzenie. Jeżeli wszystkie elementy znajdują się na swoim miejscu,
możemy przystąpić do uruchomienia. W tym celu odpinamy wySwietlacz i przykręcamy do złącza Srubowego dwa
przewody zasilające. Napięcie zasilania 12V załączamy dopiero po wpięciu wySwietlacza. Po tej czynnoSci na ekranie
powinno ukazać się główne okno danych. W razie potrzeby regulujemy kontrast za pomocą potencjometru PR1.
WciSnięcie przycisku S1 lub S2 powinno spowodować wySwietlenie odpowiedniego okna nastaw zgodnie ze
schematem z rys.1. JeSli wszystko działa poprawnie, zabieramy się do kalibracji. Wygodnie jest po wczeSniejszym
odłączeniu zasilania odpiąć wySwietlacz i wyjąć mikrokontroler z podstawki. Umożliwi to wygodny pomiar napięć
bezpoSrednio z podstawki mikrokontrolera. Po podłączeniu zasilania w pierwszej kolejnoSci bierzemy się do regulacji
napięcia referencyjnego przetwornika A / C. Potencjometrem PR2 ustawiamy napięcie równe 2,047V na wejSciu 21
(AREF) podstawki mikrokontrolera. Następnie do wejScia pomiarowego doprowadzamy napięcie o znanej wartoSci, np.
5,00V. Może ono pochodzić z zasilacza regulowanego lub z zewnętrznego dzielnika napięcia. Na wejSciu 23 (PC0)
ustawiamy 1:10 napięcia wzorcowego w naszym przypadku będzie to 0,50V. Na wejSciu 24 (PC1) potencjometrem
PR4 ustawiamy 1:100, czyli 0,05V. W podobny sposób przebiega kalibracja wejScia różnicowego. Na wejSciach 26
(PC3) i 27 (PC4) potencjometrami PR5 i PR6 ustawiamy 0,50V 1:10 napięcia wzorcowego, które w tym przypadku
podajemy odpowiednio na wejScie UA, a następnie UB. Ponownie uruchamiamy układ, ale już z mikrokontrolerem i
wySwietlaczem. Kalibracja toru pomiaru prądu sprowadza się do regulacji potencjometrem PR7, której dokonujemy na
podstawie wskazań amperomierza włączonego w szereg z obciążeniem. Sposób włączenia obciążenia oraz
amperomierza wyjaSnia schemat ideowy z rys. 2. Kalibrację można przeprowadzić również podczas pracy modułu.
Jedynym napięciem jakie musimy wyregulować dodatkowym woltomierzem jest w tym przypadku napięcie
referencyjne przetwornika A/C. Pozostałych regulacji dokonujemy już na podstawie wskazań wySwietlacza modułu.
Nie musimy więc mierzyć napięć dzielników przy użyciu dodatkowego woltomierza. Metoda ta jest szybsza i może
okazać się dokładniejsza od wczeSniej przedstawionej. W przypadku, gdy na wejScia pomiarowe nie są doprowadzone
żadne napięcia, a mimo to wskazania modułu nie są zerowe, znaczy to, że mamy do czynienia z tzw. Błędem zera
przetwornika A/C (offset error). Aby go zredukować, należy włączyć moduł z równoczesnym przytrzymaniem
któregokolwiek z przycisków. Zachowamy w ten sposób do pamięci EEPROM wartoSć błędu, który od tej pory będzie
każdorazowo odejmowany od wyniku pomiaru. Proces ten można porównać do tarowania wagi dla nieobciążonej
szalki. JeSli wskazania modułu odbiegają znacznie od rzeczywistych, należy powtórzyć proces kalibracji dla innej
wartoSci napięcia wzorcowego. Niewielka zmiana napięcia referencyjnego o kilka mV za pomocą PR2 również może
przynieSć pozytywne rezultaty. Musimy jednak pamiętać, że nie uda nam się uzyskać idealnych wskazań w całym
zakresie ze względu na istniejącą nieliniowoSć przetwornika A/C. Rys. 4 przedstawia przykładowy schemat układu
ładowania, który można wykorzystać, jeSli moduł będzie pracował w trybie ładowarki. Zastosowano tu dobrze znany
scalony regulator napięcia typu 317, przez co układ składa się z niewielkiej liczby elementów. Potencjometrem PR1
ustawiamy napięcie ładowania ogniwa, natomiast prąd ładowania okreSla rezystancja Rx. Jak widać, występuje tu pełna
swoboda zarówno w doborze napięcia, jak i prądu ładowania. Ograniczeniem jest oczywiScie maksymalna wydajnoSć
prądowa regulatora 317, z którego możemy pobierać nie więcej jak 1,5A. W miejsce Rx dobrze jest umieScić kilka
przełączanych, równolegle połączonych rezystorów, tak by mieć możliwoSć wyboru wartoSci prądu ładowania np.
typowo: 1C; 0,1C oraz 0,01C. MożliwoSć ładowania małymi prądami jest przydatną cechą, jeSli ogniwo zostało
rozładowane poniżej dolnej granicy bezpieczeństwa. W przypadku ogniw Li-Pol i Li-Ion rozładowanie poniżej 2,7V
może spowodować znaczną utratę pojemnoSci, a nawet trwałe uszkodzenie. W takim przypadku ostatnią deską ratunku
jest przeprowadzenie wstępnego ładowania prądem rzędu 0,01C. Schemat z rysunku 4 wyjaSnia również sposób
sprzęgnięcia układu z modułem. Napięcie z zacisków ładowanego ogniwa należy doprowadzić do wejScia różnicowego
modułu: UA oraz UB. JeSli napięcie ogniwa osiągnie wartoSć zadaną w menu nastaw wejScia różnicowego, to wyjScie
AVT 2857 Moduł woltomierza/amperomierza z termostatem
3
UO poprzez tranzystor T2 wyłączy prąd, kończąc tym samym
proces Å‚adowania. Z oczywistych przyczyn tranzystor T2 powinien
mieć możliwie małą rezystancję dren-xródło w modelu jest to
BUZ11. Czujnik temperatury DS18B20 bada temperaturÄ™ ogniwa i
w razie koniecznoSci termostat wymusza stan niski na wyjSciu TO,
kończąc tym samym proces ładowania. Należy zachować
szczególną ostrożnoSć przy manipulowaniu wyjSciami
wykonawczymi TO, UO i IO ze względu na fakt, iż są to
bezpoSrednie wyprowadzenia mikrokontrolera i Å‚atwo o ich
uszkodzenie.
Rys. 4
Wykaz elementów
Rezystory Półprzewodniki
R1,R2: ............................................... 0,22W/5W U1:........................................................ATmega8
U2:.........................................................LM358N
R3: ............................................................4,7kW
U3: .......................................................DS18B20
R4: ............................................................2,2kW
U4: ............................................................78L05
R5: ............................................................ 10kW
Pozostałe
R6,R8,R10,R12,R14,R15: ............................1kW
L1: ...................................................dÅ‚awik 10µH
R7,R11,R13: ..............................................12kW
Q1:..........................................kwarc 8MHz, niski
R9: ...........................................................120kW
S1,S2:............................mswitch stojÄ…cy, wysoki
PR1: ...........................................................10kW
LCD:.............. wySwietlacz alfanumeryczny 2x16
PR2: ....................................5kW helitrim stojÄ…cy
Z1:..............................................................ARK2
PR3...PR7: ....................................0,5kW stojÄ…cy
Kondensatory
C1,C4-C6:..................................................100nF
C2,C3: .........................................................22pF
Zestaw powstał na podstawie projektu o tym samym tytule opublikowanego w Elektronice dla Wszystkich 1/08
www.elportal.pl
Oferta zestawów do samodzielnego montażu dostępna jest na stronie internetowej www.sklep.avt.pl
Dział pomocy technicznej:
Producent:
tel.:(22) 257-84-58
AVT-Korporacja sp. z o.o.
tel.: (22) 257-84-50
ul. Leszczynowa 11 serwis@avt.pl
fax: (22) 257-84-55
03-197 Warszawa
AVT 2857 Moduł woltomierza/amperomierza z termostatem
4
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
MOduł III nauka i wiedzaecdltest modul 2Test DT moduł 3 4Moduł 1Modul 6Moduł 2 lek 2 Fizjologia PracyModuł zdalnego sterowania PC 1Fizyka modulModul 6 Przelom wiekowModul 7Moduł preskaleraTechnika na co dzien modul 2[1]modul test4 modul 2więcej podobnych podstron