Rok: 2014, kategoria: C, nr projektu: 10
Uwaga! Ten tekst nie został jeszcze sprawdzony i upiększony. Jeśli już jest piękny i nie zawiera błędów, martwych linków i innego badziewia, dodaj proofread: yes do sekcji flag artykułu.
Miniwoltomierz
Układ służy do pomiaru napięcia, wykorzystuje niewielką liczbę komponentów i cechuje się
niezwykle małymi rozmiarami. Zmierzoną wartość napięcia wyświetla za pomocą miniaturowych
siedmiosegmentowych wyświetlaczy LED.
Stopień podziału w dzielniku wejściowym jest
zaprojektowany tak, aby prezentowany woltomierz można było wykorzystać do pomiaru napięć
stałych w zakresie od -200V do +200V. Pomimo tego, ze względu na budowę urządzenia i
bezpieczeństwo jego użytkowania zakres bezpiecznie mierzonych napięć jest mniejszy i
ograniczony względami bezpieczeństwa użytkownika.
Budowa układu
Układ wykonany jest w technologii montażu powierzchniowego, wykorzystuje jedynie dwa układy
scalone: mikrokontroler oraz przetwornik analogowo-cyfrowy. Pozostałe elementy to jeden tranzystor,
jedna dioda Zenera, rezystory oraz kondensatory. Schemat układu przedstawiony jest na rysunku 3.
Zastosowanie niewielkiej liczby niewielkich elementów umożliwiło spektakularne zmniejszenie
całości urządzenia do wymiarów 20,5mm na 10,5mm i wysokość po zamontowaniu na płytce
stykowej 11mm.
Układ zasilany jest napięciem 3,3V. Pobór prądu wynosi około 24mA – większość prądu zużywana
jest przez wyświetlacz LED. Woltomierz ma wejście różnicowe, umożliwia pomiar napięć
zewnętrznych jak też własnego napięcia zasilania (przy dowolnej polaryzacji wejść). Wynik
pomiaru wyświetlany jest na wyświetlaczu czteropozycyjnym bez dodatkowego znaku „minus”. Do
wyświetlania znaku „minus” wykorzystywany jest jeden z segmentów wyświetlacza
odpowiadającego „najstarszej” cyfrze. Takie rozwiązanie upraszcza konstrukcję i umożliwia
wykorzystanie łatwiej dostępnych elementów, jednak ogranicza rozdzielczość wyświetlania dla
wartości ujemnych.
W układzie wykorzystywany jest przetwornik analogowo-cyfrowy o
rozdzielczości 18 bitów, komunikujący się z mikrokontrolerem sterującym za pomocą magistrali I2C.
Zastosowane rozwiązanie umożliwia uzyskanie następujących rozdzielczości:
1) dla zakresu od -2V do 10V: 1mV
2) dla zakresu od -20 do 100V: 10 mV
3) dla zakresu od -200 do 200V: 100mV
Zastosowania
Zaletą prezentowanego rozwiązania jest bardzo niewielki rozmiar urządzenia (wielkość układu w
obudowie DIP16) i możliwość instalacji na płytce stykowej. Przyrząd umożliwia łatwy pomiar i
monitorowanie wartości napięć (a z użyciem zewnętrznego rezystora pomiarowego – również
prądów) w układzie budowanym na płytce stykowej. Możliwe jest jego zastosowanie przy
uruchamianiu urządzeń na płytkach stykowych i prezentacja ich działania – można za pomocą
kamery bez problemu objąć układ na płytce i woltomierz.
Przy odpowiednich zmianach oprogramowania możliwe jest przeliczanie wyświetlanych wartości
według zadanego sposobu (pierwiastkowanie, podnoszenie do potęgi, mnożenie przez stały
współczynnik i inne operacje matematyczne). Dzięki temu możliwe jest zastosowanie opisywanego
urządzenia w szerokim spektrum urządzeń, takich jak zasilacze czy mierniki mocy. Możliwe jest
też wygodne zastosowanie go jako wskaźnika wbudowywanego we wszelkiego rodzaju urządzenia
pomiarowe.