- Mga Kinakailangan na Bahagi:
- Paliwanag sa Circuit:
- 555 Timer IC Batay sa Square Wave Generator:
- Schmitt Trigger Gate:
- Sinusukat ng Arduino ang Kapasidad:
- Buod at Pagsubok:
Kapag nahahanap namin ang mga circuit board na dati ay dinisenyo o kumuha kami ng isa mula sa lumang TV o computer, sa pagtatangka na ayusin ito. At kung minsan kailangan nating malaman ang kapasidad ng partikular na capacitor sa board upang matanggal ang kasalanan. Pagkatapos ay nahaharap tayo sa isang problema sa pagkuha ng eksaktong halaga ng capacitor mula sa board lalo na kung ito ay isang Surface Mount Device. Maaari kaming bumili ng kagamitan para sa pagsukat ng capacitance, ngunit ang lahat ng mga aparatong ito ay magastos at hindi para sa lahat. Sa pag-iisip na iyon ay magdidisenyo kami ng isang simpleng Arduino Capacitance Meter upang masukat ang kapasidad ng hindi kilalang mga capacitor.
Ang meter na ito ay maaaring madaling gawin at mabisa din ang gastos. Gagawa kami ng Capacitance Meter gamit ang Arduino Uno, Schmitt gateway gate at 555 IC timer.
Mga Kinakailangan na Bahagi:
- 555 timer IC
- Ang IC 74HC14 Schmitt gatilyo gatilyo o HINDI gate.
- 1K Ω risistor (2 piraso), 10KΩ risistor
- 100nF capacitor, 1000µF capacitor
- 16 * 2 LCD,
- Breadboard at ilang mga konektor.
Paliwanag sa Circuit:
Ang circuit diagram ng Capacitance Meter na gumagamit ng Arduino ay ipinapakita sa ibaba ng pigura. Ang circuit ay simple, ang isang LCD ay nakikipag-interfaced sa Arduino upang ipakita ang sinusukat na Capacitance ng capacitor. Ang isang Square alon Generator Circuit (555 sa Astable mode) ay konektado sa Arduino, kung saan nakakonekta namin ang Capacitor na ang kapasidad ay kailangang sukatin. Ginagamit ang isang Schmitt gateway gate (IC 74LS14) upang matiyak na ang parihabang alon lamang ang pinapakain kay Arduino. Para sa pag-filter ng ingay nagdagdag kami ng ilang mga capacitor sa buong lakas.
Ang circuit na ito ay maaaring tumpak na masukat ang mga capacitance sa saklaw na 10nF hanggang 10uF.
555 Timer IC Batay sa Square Wave Generator:
Una sa lahat pag-uusapan natin ang tungkol sa 555 Timer IC based square wave generator, o dapat kong sabihin na 555 Astable Multivibrator. Alam namin na ang capacitance ng isang capacitor ay hindi masusukat nang direkta sa isang digital circuit, sa madaling salita ang pakikitungo ng UNO sa mga digital signal at hindi nito masusukat nang direkta ang capacitance. Kaya gumagamit kami ng 555 square square generator circuit para sa pag-link ng capacitor sa digital na mundo.
Sa simpleng pagsasalita, nagbibigay ang timer ng output ng square wave na ang dalas na direktang ipinapahiwatig sa capacitance na konektado dito. Nakuha muna namin ang parisukat na signal ng alon na ang dalas ay ang kinatawan ng capacitance ng hindi kilalang capacitor, at pakainin ang signal na ito sa UNO para makuha ang naaangkop na halaga.
Pangkalahatang pagsasaayos 555 sa Astable mode tulad ng ipinapakita sa ibaba na pigura:
Ang dalas ng output signal ay nakasalalay sa RA, RB resistors at capacitor C. Ang equation ay ibinibigay bilang, Dalas (F) = 1 / (Oras ng oras) = 1.44 / ((RA + RB * 2) * C).
Narito ang RA at RB ay mga halaga ng paglaban at ang C ay halaga ng capacitance. Sa pamamagitan ng paglalagay ng mga halaga ng paglaban at kapasidad sa itaas ng equation nakukuha natin ang dalas ng output square wave.
Ikonekta namin ang 1KΩ bilang RA at 10KΩ bilang RB. Kaya't ang formula ay naging, Dalas (F) = 1 / (Oras ng oras) = 1.44 / (21000 * C).
Sa pamamagitan ng pag-aayos ng mga term na mayroon kami, Kapasidad C = 1.44 / (21000 * F)
Sa aming Program Code (tingnan sa ibaba), para sa pagkuha ng tumpak na halaga ng capacitance kinakalkula namin ang resulta sa nF sa pamamagitan ng pagpaparami ng mga nakuha na resulta (sa mga farad) na may "1000000000". Ginamit din namin ang '20800' sa halip na 21000, dahil ang tumpak na paglaban ng RA at RB ay 0.98K at 9.88K.
Kaya't kung alam natin ang dalas ng square square maaari nating makuha ang halaga ng capacitance.
Schmitt Trigger Gate:
Ang mga signal na nabuo ng circuit ng timer ay hindi ganap na ligtas na direktang ibigay sa Arduino Uno. Sa isip ng pagiging sensitibo ng UNO, ginagamit namin ang Schmitt gateway. Ang Schmitt gateway gate ay isang digital logic gate.
Ang gate na ito ay nagbibigay ng OUTPUT batay sa antas ng boltahe ng INPUT. Ang isang Schmitt Trigger ay mayroong antas ng boltahe na THERSHOLD, kapag ang signal ng INPUT na inilapat sa gate ay may antas na boltahe na mas mataas kaysa sa THRESHOLD ng logic gate, ang OUTPUT ay napapataas. Kung ang antas ng signal ng boltahe ng INPUT ay mas mababa kaysa sa THRESHOLD, ang OUTPUT ng gate ay magiging mababa. Sa pamamagitan ng iyon hindi namin karaniwang nakakakuha ng hiwalay na pag-trigger ng Schmitt, palagi kaming may HINDI gate na sumusunod sa Schmitt gatilyo. Ang nagtatrabaho sa Schmitt Trigger ay ipinaliwanag dito: Schmitt Trigger Gate
Gagamitin namin ang 74HC14 chip, ang chip na ito ay mayroong 6 Schmitt Trigger gate dito. Ang SIX na gate na ito ay konektado sa loob tulad ng ipinakita sa ibabang pigura.
Ang Talaan ng Katotohanan ng Inverted Schmitt Trigger gate ay ipinapakita sa figure sa ibaba, kasama nito kailangan nating iprograma ang UNO para sa pag-invert ng positibo at negatibong mga yugto ng oras sa mga terminal nito.
Ikonekta namin ang signal na nabuo ng circuit ng timer sa ST gate, magkakaroon kami ng parihabang alon ng mga baligtad na tagal ng panahon sa output na ligtas na ibibigay sa UNO.
Sinusukat ng Arduino ang Kapasidad:
Ang Uno ay may isang espesyal na function na pulseIn , na nagbibigay-daan sa amin upang matukoy ang tagal ng positibong estado o tagal ng negatibong estado ng isang partikular na hugis-parihaba na alon:
Htime = pulseIn (8, TAAS); Ltime = pulseIn (8, LOW);
Ang pulseIn function na sinusukat ng oras para sa kung saan Mataas o Mababang antas ay naroroon sa PIN8 ng Uno. Ang pulseIn function na hakbang na ito High oras (Htime) at Mababang Oras (Ltime) sa micro segundo. Kapag nagdagdag kami ng Htime at Ltime na magkasama magkakaroon kami ng Tagal ng Cycle, at sa pamamagitan ng pag-invert nito magkakaroon kami ng Frequency.
Kapag mayroon na tayong dalas, makukuha natin ang capacitance sa pamamagitan ng paggamit ng pormula na tinalakay natin nang mas maaga.
Buod at Pagsubok:
Kaya't sa buod, ikinonekta namin ang hindi kilalang capacitor sa 555 timer circuit, na bumubuo ng isang square wave output na ang dalas ay direktang nauugnay sa capacitance ng capacitor. Ang signal na ito ay ibinibigay sa UNO sa pamamagitan ng ST gate. Sinusukat ng UNO ang dalas. Sa nalalaman na dalas, pinaprogram namin ang UNO upang makalkula ang capacitance sa pamamagitan ng paggamit ng pormula na tinalakay nang mas maaga.
Tingnan natin ang ilang mga resulta na nakuha ko, Kapag nakakonekta ako sa 1uF Electrolytic Capacitor, ang resulta ay 1091.84 nF ~ 1uF. At ang resulta sa 0.1uF Polyester Capacitor ay 107.70 nF ~ 0.1uF
Pagkatapos ay kinonekta ko ang 0.1uF Ceramic Capacitor at ang resulta ay 100.25 nF ~ 0.1uF. Gayundin ang resulta sa 4.7uF electrolytic capacitor ay 4842.83 nF ~ 4.8uF
Kaya't kung paano namin madaling masusukat ang Capacitance ng anumang capacitor.