Un ampermetru digital pe LED-uri este o modalitate convenabilă de a afișa informații, în care contează nu numai modulul valorii măsurate (care, apropo, este mult mai convenabil să se determine nu prin abaterea indicatorului cadran, ci prin dimensiune a graficului cu bare, sau folosind un mini-display), dar și frecvența care modifică acest parametru.
Descrierea schemei
LED-urile nu sunt foarte puternice, dar utilizarea lor în circuite electrice cu curent redus este acceptabilă și recomandabilă. Ca exemplu, putem lua în considerare un circuit pentru obținerea unui ampermetru digital pentru determinarea puterii curentului într-o baterie de mașină, cu un interval de valori nominale de 40...60 mA.
Varianta apariției unui ampermetru pe LED-uri dintr-o coloană
Numărul de LED-uri utilizate va determina valoarea curentului de prag la care se va aprinde unul dintre LED-uri. Puteți utiliza LM3915 sau un microcontroler cu parametri adecvați ca amplificator operațional. Intrarea va fi alimentată cu tensiune prin orice rezistor cu rezistență scăzută.
Este convenabil să afișați rezultatele măsurătorilor sub forma unei diagrame cu bare, în care întregul domeniu de curent utilizat practic va fi împărțit în mai multe segmente de 5...10 mA. Avantajul LED-ului este că circuitul poate folosi elemente de diferite culori - roșu, verde, albastru etc.
Pentru a utiliza un ampermetru digital veți avea nevoie de următoarele componente:
- Microcontroler tip PIC16F686 cu ADC pe 16 biți.
- Jumpere configurabile pentru semnalul final de ieșire. Alternativ, comutatoarele DIP pot fi folosite ca șunturi electronice sau scurtcircuitari de semnal în circuitele electronice convenționale.
- O sursă de alimentare CC, care este proiectată pentru o tensiune de funcționare de 5 până la 15 V (dacă există o tensiune stabilă, care este monitorizată de un voltmetru, 6 V este, de asemenea, potrivit).
- Placă de contact unde puteți plasa până la 20 de LED-uri SMD.
Circuitul electric al unui ampermetru pe surse LED Secvența de amplasare și instalare a ampermetrului
Semnalul curent de intrare (nu mai mult de 1 A) este furnizat de la o sursă de alimentare stabilizată printr-un rezistor șunt, tensiunea admisă peste care nu trebuie să depășească 40...50 V. Apoi, trecând printr-un amplificator operațional, semnalul este trimis la LED-uri. Deoarece valoarea curentului se modifică în timpul trecerii semnalului, înălțimea coloanei se va modifica în consecință. Prin controlul curentului de sarcină, puteți regla înălțimea diagramei, obținând rezultate cu diferite grade de precizie.
Montarea plăcii cu componente SMD, la cererea utilizatorului, poate fi amplasată orizontal sau vertical. Înainte de a începe calibrarea, fereastra de vizualizare trebuie acoperită cu sticlă închisă la culoare (este potrivit un filtru cu o multiplicitate de 6...10 x a unei căști de sudură obișnuite).
Calibrarea unui ampermetru digital constă în selectarea valorii minime de sarcină a curentului la care se va aprinde LED-ul. Setarea este variată experimental, pentru care în circuit este prevăzut un rezistor cu o rezistență mică (până la 100 mOhm). Eroarea în citirile unui astfel de ampermetru nu depășește de obicei câteva procente.
Știați că puteți transforma un voltmetru vechi într-un ampermetru? Cum să faci asta - vezi videoclipul:
Cum se setează rezistența de reglare
Pentru a face acest lucru, puterea curentului care trece printr-un anumit LED este setată secvenţial. Un tester obișnuit poate fi folosit ca dispozitiv de control. Un voltmetru este inclus în circuit înaintea microcontrolerului și un ampermetru după acesta. Pentru a elimina influența ondulațiilor aleatorii, este conectat și un condensator de netezire.
Un avantaj practic de a face singur dispozitivul (nu ar trebui să existe mai puțin de patru LED-uri) este stabilitatea circuitului cu modificări semnificative în intervalul de curent specificat inițial. Spre deosebire de diodele convenționale, care se vor defecta dacă sunt scurtcircuitate, LED-urile pur și simplu nu se aprind.
Diodele LED, cum ar fi contoarele de curent dintr-o baterie de mașină, nu numai că economisesc încărcarea și păstrează bateriile, dar vă permit și să citiți citirile într-un mod mai convenabil.
Un voltmetru digital poate fi construit într-un mod similar. Elementele de 12 V sunt potrivite ca surse de lumină pentru această aplicație, iar prezența unui șunt suplimentar în circuitul voltmetrului va permite utilizarea mai eficientă a întregii înălțimi a graficului cu bare.
Acest articol descrie un voltmetru simplu, al cărui indicator este douăsprezece LED-uri. Acest lucru vă permite să afișați tensiunea măsurată în intervalul de la 0 la 12 volți în pași de 1 volți, iar eroarea de măsurare nu depășește 2 procente.
Cea mai potrivită zonă de aplicare pentru acest indicator de voltmetru LED este utilizarea în surse de alimentare reglementate. Dacă aveți la îndemână toate componentele radio necesare, atunci circuitul poate fi asamblat într-o oră sau două.
Descrierea dispozitivului voltmetru cu LED
va fi un zero logic, deci LED-urile nu se aprind.
Când se aplică tensiune la intrarea voltmetrului, la anumite ieșiri ale comparatoarelor DA1...DA3 va apărea un nivel logic scăzut (în conformitate cu nivelul de tensiune la bornele neinversoare ale amplificatorului operațional).
După cum rezultă din schema de circuit, la diferite niveluri de tensiune la intrările circuitelor integrate DD1...DD3, la ieșirile acestora este setat un nivel logic ridicat, în urma căruia LED-ul corespunzător începe să se aprindă. Pentru a limita tensiunea la intrarea voltmetrului la 12 volți, în circuit este inclusă o diodă zener VD2.
Piese pentru voltmetru LED
Circuitul folosește op-amp-uri LM324 ca comparatori. Utilizarea lor a contribuit la reducerea numărului total de microcircuite și alte elemente radio pentru interfața părții analogice a circuitului cu circuite integrate. Condensatoare - KM. Toate rezistențele sunt MLT-0.125, MLT-0.25.
LED-urile HL1 - HL12 pot fi utilizate AL307. Stabilizatorul de tensiune integrat DA5 78L12 poate fi înlocuit cu un KREN8B sau 7812. Dioda zener VD2 poate fi înlocuită cu un KS212 cu litera E sau Zh. Circuitul voltmetrului este alimentat de la o sursă de tensiune constantă nestabilizată de la 13 la 16 volți cu un curent de sarcină de cel puțin 12 mA.
Sursa Radioamator, 8/2001
Acest design descrie un voltmetru simplu cu un indicator pe douăsprezece LED-uri. Acest dispozitiv de măsurare vă permite să afișați tensiunea măsurată în intervalul de valori de la 0 la 12 volți în pași de 1 volți, iar eroarea de măsurare este foarte mică.
Comparatoarele de tensiune sunt asamblate pe trei amplificatoare operaționale LM324. Intrările lor inverse sunt conectate la un divizor de tensiune al rezistenței, asamblat între rezistențele R1 și R2, prin care o tensiune controlată este furnizată circuitului.
Intrările neinversoare ale amplificatoarelor operaționale primesc o tensiune de referință de la un divizor realizat peste rezistențele R3 - R15. Dacă nu există tensiune la intrarea voltmetrului, atunci ieșirile amplificatorului operațional vor avea un nivel de semnal ridicat, iar ieșirile elementelor logice vor avea un zero logic, astfel încât LED-urile nu se vor aprinde.
Când tensiunea măsurată este recepționată la intrarea indicatorului LED, se va stabili un nivel logic scăzut la anumite ieșiri ale comparatoarelor op-amp și, în consecință, LED-urile vor primi un nivel logic ridicat, în urma căruia LED-ul corespunzător se va aprinde. Pentru a preveni alimentarea nivelului de tensiune la intrarea dispozitivului există o diodă zener de protecție de 12 volți.
Această versiune a schemei discutate mai sus este perfectă pentru orice proprietar de mașină și îi va oferi informații vizuale despre starea de încărcare a bateriei. În acest caz, sunt utilizate patru comparatoare încorporate ale microansamblului LM324. Intrările inversoare generează tensiuni de referință de 5,6 V, 5,2 V, 4,8 V, respectiv 4,4 V. Tensiunea bateriei este furnizată direct la intrarea inversoare printr-un divizor peste rezistențele R1 și R7.
LED-urile acționează ca indicatoare intermitente. Pentru configurare, un voltmetru este conectat la baterie, apoi rezistența variabilă R6 este reglată astfel încât tensiunile necesare să fie prezente la bornele inversoare. Fixați LED-urile indicatoare de pe panoul frontal al mașinii și trasați lângă ele tensiunea bateriei la care se aprinde unul sau altul indicator.
Asadar, astazi vreau sa ma uit la un alt proiect folosind microcontrolere, dar si foarte util in munca de zi cu zi a unui radioamator. Acesta este un dispozitiv digital bazat pe un microcontroler modern. Designul său a fost preluat dintr-o revistă de radio pentru 2010 și poate fi ușor convertit într-un ampermetru dacă este necesar.
Acest design simplu al unui voltmetru de mașină este utilizat pentru a monitoriza tensiunea rețelei de bord a mașinii și este proiectat pentru o gamă de la 10,5 V la 15 volți. Zece LED-uri sunt folosite ca indicator.
Inima circuitului este LM3914 IC. Este capabil să estimeze nivelul tensiunii de intrare și să afișeze rezultatul aproximativ pe LED-uri în modul punct sau bară.
LED-urile afișează valoarea curentă a bateriei sau a tensiunii rețelei de bord în modul punct (pinul 9 nu este conectat sau conectat la minus) sau în modul coloană (pin 9 la puterea plus).
Rezistenta R4 regleaza luminozitatea LED-urilor. Rezistoarele R2 și variabila R1 formează un divizor de tensiune. Folosind R1, pragul superior de tensiune este ajustat, iar folosind rezistorul R3, pragul inferior este ajustat.
Calibrarea circuitului se face după următorul principiu. Aplicam 15 volti la intrarea voltmetrului. Apoi, prin schimbarea rezistenței R1, vom realiza aprinderea LED-ului VD10 (în modul punct) sau a tuturor LED-urilor (în modul coloană).
Apoi aplicăm 10,5 volți la intrare și R3 atinge strălucirea lui VD1. Și apoi creștem nivelul de tensiune în trepte de jumătate de volt. Comutatorul comutator SA1 este folosit pentru a comuta între modurile de afișare punct/coloană. Când SA1 este închis - o coloană, când este deschis - un punct.
Dacă tensiunea bateriei este sub 11 volți, diodele zener VD1 și VD2 nu trec curent, motiv pentru care doar HL1 se aprinde, indicând un nivel scăzut de tensiune în rețeaua de bord a vehiculului.
Dacă tensiunea este în intervalul de la 12 la 14 volți, dioda zener VD1 deblochează VT1. HL2 se aprinde, indicând nivelul normal al bateriei. Dacă tensiunea bateriei este peste 15 volți, dioda zener VD2 deblochează VT2, iar LED-ul HL3 se aprinde, indicând un exces semnificativ de tensiune în rețeaua vehiculului.
Trei LED-uri sunt folosite ca indicator, ca în designul anterior.
Când nivelul de tensiune este scăzut, HL1 se aprinde. Dacă norma este HL2. Și mai mult de 14 volți, al treilea LED clipește. Dioda Zener VD1 formează tensiunea de referință pentru funcționarea amplificatorului operațional.
Produse electronice de casă pentru a ajuta șoferul
Un voltmetru instalat pe tabloul de bord al unei mașini vă permite să monitorizați rapid nivelul de tensiune din rețeaua sa de bord.Un astfel de dispozitiv nu necesită o rezoluție înaltă, dar necesită capacitatea de a citi ușor și rapid citirile. Un indicator discret de tensiune LED îndeplinește cel mai bine aceste condiții. Astfel de dispozitive au devenit foarte răspândite pentru evaluarea nivelurilor de tensiune și putere (în echipamentele de amplificare a sunetului). Ele sunt de obicei implementate în două moduri.
Primul este descris în detaliu în. Esența sa este că o linie de LED-uri este conectată la sursa tensiunii măsurate printr-un divizor de tensiune rezistiv cu mai multe ieșiri. Aici sunt utilizate proprietățile de prag ale LED-urilor, tranzistorilor și diodelor. Pentru simplitatea unui astfel de indicator, trebuie să plătiți cu un prag neclar pentru aprinderea LED-urilor (după cum notează autorul). Astfel de dispozitive au fost vândute cândva sub formă de seturi radio.
A doua metodă este de a folosi un comparator separat pentru a porni fiecare LED, comparând o parte a semnalului de intrare cu unul de referință (cum ar fi, de exemplu, în), Datorită câștigului mare al comparatorilor, cel mai adesea efectuat pe amplificatoare operaționale , pragurile de pornire și oprire sunt foarte clare, dar indicatorul necesită multe microcircuite . Quad amplificatoare operaționale sunt în prezent încă scumpe, iar un astfel de cip poate conduce doar patru LED-uri.
În cele din urmă, nu se poate să nu remarcăm lucrarea (4), în care se folosește principiul conversiei analog-digital. Acest design are multe avantaje, dar există totuși o mulțime de piese și, de asemenea, neeconomice.
Voltmetrul adus în atenție este optimizat în lumina celor de mai sus - în el, niveluri de prag clare pentru aprinderea LED-urilor sunt obținute folosind un minim de elemente ieftine, economice și disponibile pe scară largă. Principiul de funcționare al dispozitivului se bazează pe proprietățile de prag ale unui microcircuit digital.
Dispozitivul (vezi diagrama din Fig. 1) este un indicator cu șase nivele. Pentru ușurința în utilizare într-o mașină, intervalul de măsurare este ales să fie de 10...15 V în trepte de 1 V. Atât intervalul, cât și treapta pot fi modificate cu ușurință.
Dispozitivele de prag sunt șase invertoare DD1.1-DD1.6, fiecare dintre acestea fiind un amplificator de tensiune neliniar cu un câștig mare. Nivelul de comutare al pragului invertoarelor este de aproximativ jumătate din tensiunea de alimentare a microcircuitului, astfel încât acestea par să compare tensiunea de intrare cu jumătate din tensiunea de alimentare.
Dacă tensiunea de intrare a invertorului depășește nivelul de prag, la ieșire va apărea o tensiune de nivel scăzut. Prin urmare, LED-ul care servește ca sarcină a invertorului va fi pornit de curentul de ieșire (influent). Când ieșirea invertoarelor este ridicată, LED-urile sunt închise și stinse.
De la ieșirile divizorului rezistiv R1-R7, cota corespunzătoare a tensiunii rețelei de bord este furnizată la intrarea invertoarelor. Când tensiunea de la bord se modifică, cotele sale se schimbă și proporțional. Tensiunea de alimentare a invertoarelor și a liniei LED este stabilizată de stabilizatorul de microcircuit DA1. Valorile rezistențelor R1-R7 sunt calculate astfel încât să se obțină o treaptă de comutare egală cu 1 V.
Condensatorul C2 împreună cu rezistența R1 formează un filtru de joasă frecvență care suprimă supratensiunile pe termen scurt care pot apărea, de exemplu, la pornirea unui motor. Producătorul de stabilizatori de microcircuite recomandă instalarea condensatorului C1 pentru a le îmbunătăți stabilitatea la frecvențe înalte. Rezistoarele R8-R13 limitează curentul de ieșire al invertoarelor.
Cum se calculează rezistențele R1--R7? În ciuda faptului că la intrarea invertoarelor DD1.1.-D1.6 sunt instalate tranzistori cu efect de câmp, care practic nu consumă curent de intrare, există așa-numitul curent de scurgere. Acest lucru ne obligă să alegem un curent prin divizor care este mult mai mare decât curentul total de scurgere al tuturor celor șase invertoare (nu mai mult de 6X10-5 μA). Curentul minim prin divizor va fi la o tensiune minimă indicată de 10 V.
Să setăm acest curent la 100 μA, care este de aproximativ un milion de ori mai mult decât curentul de scurgere. Apoi, rezistența totală a divizorului RД=R1+R2+RЗ+R4+R5+R6+R7 (în kilo-ohmi, dacă tensiunea este în volți și curentul este în miliamperi) ar trebui să fie egală cu: Rд=Uвx min /Imin = 10V/0,1mA = 100kOhm.
Acum să calculăm rezistența fiecăruia dintre rezistențele în condiția Upor = Upit/2, adică în cazul luat în considerare Upor = 3 V. Cu o tensiune de intrare de 15 V, 3 V ar trebui să scadă peste rezistorul R7, iar curentul prin it (egal cu curentul prin întregul divizor) Id=UBX/Rd=15 V/100 kOhm=0,15 mA=150 μA, Apoi rezistența rezistenței R7: R=Upop/Id; R7=3 V/0,15 mA=20 kOhm.
La intrarea invertorului DD1.5 ar trebui să existe 3 V cu o tensiune de intrare de 14 V. Curentul prin divizor în acest caz este Id = 14 V/100 kOhm = 0,14 mA. Apoi rezistența totală R6+R7=Upop/Id=3/0,14-21,5 kOhm.
Prin urmare, R6=21,5-20=1,5 kOhm.
Rezistența rezistoarelor rămase ale divizorului se determină în același mod: R5=UporkhRd/Uin-(R6+R7)-1,6 kOhm; R4-2 kOhm, RЗ-2,2 kOhm, R2-2,7 kOhm și, în final, R1=Rд-(R2+RЗ+R4+R5+R6+R7) = 70 kOhm-68 kOhm.
În general, după cum se știe, tensiunea de prag a elementelor de microcircuit CMOS este în intervalul de la 1/3Upit la 2/3Upit. De asemenea, se știe că elementele unui microcircuit fabricate într-un singur ciclu tehnologic pe un singur cip au valori prag de comutare aproape identice. Prin urmare, pentru a seta cu precizie „începutul scării” voltmetrului, este suficient să înlocuiți rezistența R1 cu un circuit în serie format dintr-un trimmer cu valoarea calculată și unul constant cu o valoare jumătate din valoarea calculată.
Stabilitatea la temperatură a dispozitivului este foarte ridicată. Când temperatura se schimbă de la -10 la +60 °C, pragul de răspuns se modifică cu câteva sutimi de volt. Stabilizatorul de microcircuit DA1 are, de asemenea, o stabilitate a temperaturii nu mai slabă de 30 mV în intervalul 0...100 °C.
Tensiunea de ieșire a stabilizatorului DA1 nu trebuie să fie mai mică de 6 V, altfel invertoarele nu vor putea furniza curentul necesar prin LED-uri. Invertoarele microcircuitului K561LN2 permit un curent de ieșire de până la 8 mA. LED-urile AL307BM pot fi înlocuite cu oricare altele prin recalcularea valorilor rezistențelor limitatoare de curent R8-R13. Condensatorii pot fi, de asemenea, oricare cu o tensiune nominală de cel puțin 10 V.
Pentru configurare, dispozitivul asamblat este conectat la ieșirea unei surse de tensiune reglabilă, care va simula rețeaua de bord. După ce se setează tensiunea de ieșire a sursei la 10 V și rezistența rezistenței de tăiere la maxim, rotiți cursorul până când LED-ul HL1 se aprinde. Nivelurile rămase sunt setate automat.
Părțile voltmetrului sunt montate pe o placă de circuit imprimat din laminat din fibră de sticlă acoperită cu folie de 1 mm grosime. Desenul plăcii este prezentat în Fig. 2. Este proiectat pentru a instala un rezistor de reglare SPZ-33, iar restul - MLT-0,125, condensator C1 - KM, C2 - K50-35.
Placa este atașată la fundul cutiei de plastic cu două șuruburi M2.5 pe suporturi tubulare și încă unul de același tip, care presează simultan cipul DA1 pe placă. Rețineți că acest microcircuit este instalat cu o margine de plastic (nu de metal) pe placă. Între corpul cipului și placă este instalat și un suport tubular, dar este scurtat.
Înainte de instalare, cablurile LED sunt îndoite cu 90 de grade, astfel încât axele lor optice să fie paralele cu planul plăcii. Carcasele LED-urilor ar trebui să iasă dincolo de marginea plăcii și, în timpul asamblarii finale a dispozitivului, să intre în găurile găurite în capătul cutiei.
LITERATURĂ
1. Nechaev I. Indicator LED de nivel al semnalului. - Radio, 1988, nr. 12, p. 52.
2. Isaulov V., Vasilenko E. Un indicator simplu de nivel de înregistrare. - RadioAmator, 1995, nr. 3, p. 5.
3. Tikhomirov A. Indicator de tensiune a rețelei de bord. - RadioAmator, 1996, nr. 10, p. 2.
4. Gvozditsky G. Indicator de tensiune al rețelei de bord. - Radio, 1992, nr. 7, p. 18-20.
O. KLEVTSOV, Dnepropetrovsk, Ucraina
Revista Radio 1998, numărul 2
Notă de la redactorii revistei Radio: Stabilitatea stabilizatorului și a întregului dispozitiv va fi și mai mare dacă la intrarea microcircuitului este conectat un condensator cu o capacitate de 0,1 microni (între pinii 8 și 17). Pentru a proteja stabilizatorul de supratensiuni aleatorii din rețeaua de bord, a căror amplitudine poate ajunge la 80 - 00 V, un alt condensator trebuie conectat în paralel cu acest condensator - unul de oxid. Trebuie să aibă o capacitate de cel puțin 1000 μF și o tensiune nominală de 25 V. Acest condensator va avea, de asemenea, un efect benefic asupra funcționării echipamentelor radio și de amplificare a sunetului pentru automobile.
Diagrama unui voltmetru de bord cu indicație este prezentată în figura de mai jos:
Dispozitivul este un indicator liniar pe șase nivele, în intervalul de la 10 la 15 volți. DA1, pe K142EN5B la pinul 8, produce o tensiune de 6 volți pentru a alimenta cipul digital DD1 tip K561LN2. Invertoarele microcircuitului K561LN2 servesc ca elemente de prag, reprezentând amplificatoare de tensiune neliniare, iar rezistențele R1 - R7 stabilesc polarizarea la intrările acestor elemente. tensiunea de intrare a invertorului depășește nivelul de prag, la ieșirea acestuia va apărea o tensiune de nivel scăzut, iar LED-ul de la ieșirea invertorului corespunzător se va aprinde.
Placa de circuit imprimat a voltmetrului LED de bord cu o diagramă a aranjamentului pieselor pe acesta, măsurând 80x45 mm, este prezentată în figurile de mai jos:
Când instalați un voltmetru LED la bord, în loc de baterie, conectați o sursă de 10 volți stabilizată de laborator, instalând temporar o rezistență de reglare în loc de rezistența R1. Schimbând rezistența R1, atingem momentul în care LED-ul HL1 se aprinde. Nivelurile rămase sunt setate automat. La verificarea in detaliu a nivelurilor ramase se specifica rezistentele R2 – R6, respectiv.