Вольтметр постоянного тока с автоматическим выбором пределов измерения
Предлагаемый вольтметр измеряет только постоянное напряжение, но он экономичен, имеет автоматический выбор пределов измерения и небольшие габаритные размеры.
При разработке данного устройства была поставлена задача — сделать максимально простой по схеме цифро¬вой вольтметр постоянного тока с автоматическим выбором пределов, обеспечивающий измерение напряжения до 999 В и потребляющий небольшой ток. Схема разработанного устройства по¬казана на рис. 1. Основа его — микроконтроллер DD1, работающий по программе, коды которой показаны в таблице. Измеряемое напряжение поступает на вход встроенного в микроконт¬роллер АЦП (вывод 3) через резистивные делители напряжения и фильтр НЧ C1R5, подавляющий высокочастотные помехи. В качестве образцового напряжения для АЦП использован встроенный в микроконтроллер источник напряжения 2,56 В. При входном напряжении менее 10 В линии порта РВ1 и РВ2 (выводы 6 и 7) микроконтроллера DD1 находятся в состоянии высокого сопротивления. В этом случае коэффициент деления входного делителя напряжения АЦП равен 4 (верхнее плечо делителя — R3 и R6, нижнее — R2) и входное напря¬жение измеряется с точностью до сотых долей вольта.
Если входное напряжение превысит 10 В, с помощью линии порта РВ1 микроконтроллер DD1 подключит параллельно резистору R2 резистор R9, увеличивая коэффициент деления входного напряжения до 40. В этом случае верхний предел измерения составит 99,9 В. Когда на этом пределе напряжение станет менее 10 В, линии порта РВ1 и РВ2 (выводы 6 и 7) микроконтроллера DD1 переключатся в состояние высокого сопротивления и коэффициент деления входного делителя вновь уменьшится до 4. Если же входное напряжение достигнет 100 В и более, с помощью линии порта РВ2 микроконтроллер DD1 дополнительно подключит параллельно резистору R2 резистор R8. При этом коэффициент деления входного напряжения возрастет до 400, а верхний предел измерения составит 999 В. Когда входное напряжение превысит значение 999 В (перегрузка), в первом и втором (крайние правые) разрядах отображаются символы "- -".
В устройстве также предусмотрено измерение напряжения аккумулятора G1 с точностью до сотых долей вольта. Для этого напряжение, пропорциональ¬ное напряжению аккумулятора, с резистивного делителя R1R4 поступает на вход РВ4, который программно сконфигурирован как еще один вход встроенного АЦП. Вся информация отобража¬ется на десяти разрядном ЖК индикаторе HG1. В левой его части — напряжение аккумулятора, а в правой — измеряемого напряжения.
Разделение целых и десятых долей вольта осуществляется пустым знакоместом. В связи с ограниченным чис¬лом портов ввода—вывода микроконтроллера данные передаются по одной линии РВ5 (вывод 5) с времяимпульсным кодированием (время передачи 1 примерно в десять раз больше 0, а пауза между ними равна длительности 1). При малой длительности сигнала конденсатор СЗ не успевает зарядиться, а во время паузы полностью разряжается, поэтому при малой длительности импульса во время его спада на линии данных DAT (вывод 4 индикатора HG1) присутствует низкий уровень и контроллер ЖК индикатора воспринимает это как 0. При большой длительности импульса к моменту спада импульса конденсатор СЗ успевает зарядиться до высокого уровня и контроллер ЖК индикатора фиксирует это как 1.
Для питания устройства подойдет аккумулятор от сотового телефона. При напря¬жении 4,2 В потребляемый ток не превышает 5 мА. Светодиод HL1 используется не в качестве светового индикатора, а как стабилизатор напряжения питания ЖКИ. Вольтметр сохраняет работоспособность при снижении напряжения питания 3 В.
Большинство элементов, кроме аккумулятора G1, выключателя питания SA1, индикатара HG1 и резистора R3, смонтированы на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 2. Плата установлена в пластмассовый корпус подходящего размера. Применены резисторы Р1-4, МЛТ, С2-23, оксидный конденсатор — импортный, конденсаторы С1, СЗ — К10-17. ЖК индикатор — КО-4В2 (с контроллером W-1611-04) или НТ-1611, выпускаемые фирмой "Телесистемы". Светодиод, выключатель питания и аккумулятор от сотового телефона могут быть любого типа.
Для налаживания устройства потребуется образцовый вольтметр. Сначала его подключают к аккумулятору и под¬боркой резистора R4 уравнивают показания в левой части индикатора с показаниями образцового вольтметра. Затем подключают вход "+" устройства к плюсовому выводу конденсатора С2 и подборкой резистора R9 уравнивают показания в правой части ЖК индикатора с показаниями образцового вольтметра. Далее подключают этот вольтметр на вход устройства, подают на него напряжение около 30 В от стабилизированного источника питания и подборкой резистора снова уравнивают показания в правой части ЖК индикатора с показаниями образцового вольтметра. Увеличивают входное напряжение до 150 В, и подборкой резистора R8 снова уравнивают показания.
Поскольку максимальный ток делителя не превышает 1 мА (при входном напряжении 1000 В он составляет около 0,6 мА), с защитой микроконтроллера от перегрузок и аномальных напряжений на входе встроенного АЦП вполне справляются внутренние защитные диоды.
Скачать: Текст и коды программы для микроконтроллера вольтметра