Цифровой вольтметр: виды, схема, описание. Амперметр цифровой своими руками. Цифровые амперметры и вольтметры Простой цифровой вольтметр для блока питания схема

Лицевая сторона

Общее описание:

Это простой, но в тоже время довольно точный вольтметр. Схема работает на основе АЦП (аналого-цифровой преобразователь) IC CL7107, сделанный компанией Intersil. В схеме имеется 40-контактная микросхема, которая отвечает за преоброзованике аналогового сигнала в цифровой. Схема, как это описано здесь может отображать любое напряжение постоянного тока в диапазоне 0-1999 Вольт.

Технические характеристики:

• Напряжение питания: + / - 5 В (симметричный)
• Требования к питанию: 200 мА (максимум)
• Диапазон измерения: + / - 0-1,999

Особенности:

• Малый размер
• Простота конструкции
• Низкая стоимость
• Простая настройка
• Малое количество внешних компонентов

Как это работает?

Схема:

Дисплей MAN6960

Аналого-цифровой преобразователь, (ADC отныне) более известен как двойной преобразователь наклона или интегрирующего преобразователя. Этот тип преобразователя, как правило, предпочтительнее, чем другие типы, так как он обладает более высокой точностью и прост в дизайне. Работу схемы проще понять, если она описана в два этапа. На первом этапе и в течение заданного периода входное напряжение интегрируется и на выходе интегратора в конце этого периода есть напряжение, которое прямо пропорционально входному напряжению. В конце установленного периода интегратор подается с внутренним опорным напряжением и на выходе схемы постепенно уменьшается, пока не достигнет уровня опорного напряжения (нуль). Второй этап известен как отрицательный период наклона и его продолжительность зависит от выхода интегратора в первом периоде. Поскольку продолжительность первой операции является фиксированной и длина второго является переменной можно сравнить два и таким образом входное напряжение на самом деле по сравнению с внутренним опорным напряжением, и результат кодируется и посылается на дисплей.

Задняя сторона

Все это звучит довольно просто, но это на самом деле серия очень сложных операций, которые все сделанные АЦП IC с помощью нескольких внешних компонентов, которые используются для настройки схемы и её работы. Более подробно схема работает следующим образом. Напряжение измеряется через точки 1 и 2 цепи и цепи через R3, R4 и C4, наконец, применяется к контактам 30 и 31 ИС. Это вход IC, как вы можете видеть из ее диаграммы (В высоких и в низких соответственно). Резистор R1 вместе с С1 используются для установки частоты внутреннего генератора (часы), который установлен на частоте около 48 Гц. В этот тактовой частоте насчитывается около трех различных показаний в секунду. Конденсатор C2, который соединен между выводами 33 и 34, ИС была выбрана, чтобы компенсировать погрешности, вызванной внутренним опорным напряжением, а также держит дисплей устойчивым. Конденсатор C3 и резистор R5 вместе образуют цепь, которая делает интеграцию входного напряжения и в то же время предотвращает разделение входного напряжения, делает контур быстрее и надежнее, возможность ошибки значительно снижается. Конденсатор C5 вынуждает инструмент отображать нуль, когда нет напряжения на его входе. Резистор R2 вместе с P1 используются для настройки прибора при вводе в эксплуатацию. Резистор R6 контролирует ток, который протекает через дисплей. Три правых дисплея подключены, чтобы они могли показать все цифры от 0 до 9, а первый слева может отображать только номер 1, и когда напряжение отрицательно знак минус. Вся схема работает от симметричной? 5 В постоянного тока, которая применяется в контактах 1 (+5 В) , 21 (0 В) и 26 (-5 В) из IC.

Изготовление:

Прежде всего рассмотрим несколько основ в изготовлении электронной схемы на печатной плате. Плата выполнена из тонкого изолирующего материала, покрытого тонким слоем токопроводящей меди, которая формируется таким образом, чтобы сформировать необходимые проводники между различными компонентами схемы. Использование правильно спроектированной печатной платы очень необходимо, поскольку это ускоряет изготовление и существенно уменьшает возможность совершения ошибок. Медь должна быть луженая в процессе производства и покрыта специальным лаком, который защищает её окисления, а также чтобы делать пайки проще. Пайка компонентов к плате является единственным способом, чтобы построить вашу схему и от того, как вы это делаете зависит в значительной степени ваш успех или неудача. Эта работа не очень сложная, и если вы будете придерживаться нескольких правил, с которыми вы не должны иметь никаких проблем. Паяльник, который вы используете, должен быть легким и его мощность не должна превышать 25 Ватт. Есть много различных типов припоя на рынке и вы должны выбрать тот, который содержит необходимый флюс, чтобы обеспечить идеальную совместимость. Для того, чтобы спаять компонент правильно, вы должны сделать следующее: очистить компонент с помощью небольшого куска наждачной бумаги. Согните их на правильном расстоянии от компонента и вставьте компонент на своё место на борту.

Размещение:

PCB размеры: 77,6 мм х 44,18 мм или масштабировать его на уровне 35%

Возьмите горячий утюг и поместите его кончик на поводке компонентов, держа конец проволочного припоя в точке, где ведущий выходит. Когда припой начинает плавиться и течь, подождать, он охватит равномерно всю область вокруг отверстия и поток кипит и выходит из-под припоя. Вся операция не должна занимать более 5 секунд. Если все было сделано правильно поверхность шва должна иметь светлое металлическую отделку и ее края должны быть гладкие. Если припой в трещинах или имеет форму капли, то вы сделали сухой шов и вы должны удалить припой и переделывать. Постарайтесь, чтобы не перегреть дорожки, поскольку можно сместить их с доски и разбить их. Не используйте больше припои, так как вы работаете с риском короткого замыкания соседних дорожек на плате, особенно если они очень близко друг к другу. Когда вы закончите вашу работу, нужно отрезать избыток компонентов и очистите доску тщательно подходящим растворителем, чтобы удалить все остатки флюса, которые могут по-прежнему остаться на нем.

Рекомендуется начать работу по идентификации компонентов и разделения их на группы. Есть два момента, в изготовлении этого проекта, что вы должны соблюдать: перемычка используется для управления десятичной точки на дисплее. Если вы собираетесь использовать инструмент только для одного диапазона вы можете сделать перемычку соединение между самым правым отверстием на борту и соответствующим требуемой позиции для десятичной точки для конкретного приложения. Если вы планируете использовать вольтметр в различных диапазонах, вы должны использовать один полюс, трехпозиционный переключатель, сдвинуть десятичную точку в нужное место для диапазона измерения выбранного. (Этот переключатель может предпочтительно быть объединен с переключателем, который используется, чтобы фактически изменить чувствительность прибора). Помимо этого рассмотрения, и на то, что небольшой размер платы и большое количество стыков на нем что требует очень тонкого наконечника паяльника, строительство проекта очень простое. Вставить разъем IC и припаять его на месте, припаять флажки, резисторы, конденсаторы и многооборотный триммера Р1. Поверните доску и очень тщательно припаяйте дисплей ИС от медной стороны платы. Не забудьте проверить базу IC, как только одна строка будет покрыта за дисплеи и уже будет невозможно увидеть какую-либо ошибку, что вы возможно и сделали после того, как припаяли дисплеи на место. R3 контролирует диапазон измерения вольтметра и если вы предоставите для некоторых средств, для переключения различных резисторов на его месте вы можете использовать инструмент в диапазоне напряжений.

Замена резисторов:

• 0 - 2 В ………… R3 = 0 Ом 1 %
• 0 - 20 В ……….. R3 = 1,2 кОм 1 %
• 0 - 200 В ………. R3 = 12 кОм 1 %
• 0 - 2000 В ……… R3 = 120 кОм 1 %

Когда вы закончите всю пайку на доске и вы уверены, что все в порядке, вы можете вставить IC на свое место. ИК CMOS очень чувствительны к статическому электричеству. Это следует завернуть в алюминиевую фольгу, чтобы защитить его от статических разрядов и с ним следует обращаться с большой осторожностью, чтобы не повредить его. Старайтесь избегать касаясь его флажков руками. Подключите схему к подходящему источнику питания? 5 В постоянного тока и включите питание. Дисплеи должен загореться немедленно и должнен сформировать ряд. Короткое замыкание входной (0 В) и отрегулируйте триммер P1 пока на дисплее не будет « 0 ».

Компонеты:

• R1 180k
• R2 22k
• R3 12k
• R4 1M
• R5 470k
• R6 560 Ом
• С1 100 пФ
• C2, C6, C7 100нФ
• С3 47nF
• С4 10нФ
• С5 220nF
• P1 20k триммер многооборотный
• U1 ICL 7107
• LD1, 2,3,4 MAN 6960 общий анод LED дисплей

Если он не работает:

Проверьте остатки пайки, из-за низ могут вонзникнуть проблемы. Проверьте еще раз все внешние подключения к схеме, чтобы увидеть есть ли ошибка. Смотрите, что нет ли никаких недостающих компонетов или вставленных в неправильных местах. Убедитесь, что все поляризованные компоненты были припаяны правильно. Убедитесь, что питания имеет правильное напряжение и связано правильно, вокруг вашей схемы. Проверьте исправны ли, или может повреждены ваши компоненты.

Источник питания:

В сегодняшнем занятии мы рассмотрим вариант изготовления самодельного цифрового вольтметра для измерения напряжения на одиночном элементе питания. Пределы измерения напряжения 1-4.5 Вольт. Внешнее дополнительное питание, кроме измеряемого, не требуется.

25 лет назад у меня был кассетный плеер. Питал я его Ni-Cd аккумуляторами НКГЦ-0.45 ёмкостью 450мА/ч. Чтобы в дороге определять какие аккумуляторы уже сели, а какие ещё поработают было сделано простое устройство.


Батарейно-аккумуляторный диагностическо-измерительный комплекс.


Он собран по схеме преобразователя напряжения на двух транзисторах. На выход включен светодиод. Параллельно входу, подключаемому к аккумулятору включен резистор, намотанный из нихрома. Таким образом, если аккумулятор способен отдавать около 200мА, то светодиод загорается.

Из недостатков - размеры контактов жестко выгнуты на длину АА элемента, все прочие типоразмеры подключать не удобно. Ну и напряжение не видно. Поэтому в век цифровых технологий захотелось сделать более высокотехнологичное устройство. И конечно на микроконтроллере, куда без него:)

Итак, схема проектируемого устройства.

Используемые детали:
1. OLED дисплей с диагональю 0.91 дюйм и разрешением 128x32 (около $3)
2. Микроконтроллер ATtiny85 в корпусе SOIC (около $1)
3. Boost DC/DC Converter LT1308 от компании Linear Technology. ($2.74 за 5 штук)
4. Конденсаторы керамические, выпаяны из неисправной видеокарты.
5. Индуктивность COILTRONICS CTX5-1 или COILCRAFT DO3316-472.
6. Диод Шоттки, я использовал MBR0520 (0.5A, 20V)

Преобразователь напряжения LT1308

Характеристики из описания LT1308:

Обещают 300мА 3.3В с одного элемента NiCd, нам подходит. Выходное напряжение устанавливается делителем, резисторы 330кОм и 120кОм, при указанных номиналах выходное напряжение преобразователя получается около 4.5В. Выходное напряжение выбиралось достаточным для питания контроллера и дисплея, чуть выше максимального измеряемого напряжения на литиевом аккумуляторе.

Для раскрытия всего потенциала преобразователя напряжения нужна индуктивность, которой у меня нет (см. пункт 5 выше), поэтому собираемый мной преобразователь имеет заведомо худшие параметры. Но и нагрузка у меня совсем небольшая. При подключении реальной нагрузки из микроконтроллера и OLED дисплея получается такая нагрузочная таблица.

Прекрасно, идём дальше.

Особенности измерения напряжения микроконтроллером

Микроконтроллер ATtiny85 имеет АЦП разрядностью 10 бит. Поэтому считываемый уровень лежит в диапазоне 0-1023 (2^10). Для перевода в напряжение используется код:
float Vcc = 5.0; int value = analogRead(4); / читаем показания с А2 float volt = (value / 1023.0) * Vcc;
Т.е. предполагается, что напряжение питания строго 5В. Если напряжение питания микроконтроллера изменится, то измеренное напряжение тоже изменится. Поэтому нам нужно узнать точное значение напряжения питания!
Многие чипы AVR включая серию ATmega и ATtiny обеспечивают средства для измерения внутреннего опорного напряжения. Путем измерения внутреннего опорного напряжения, мы можем определить значение Vcc. Вот как:

• Установить источник опорного напряжения analogReference(INTERNAL).
• Снять показания АЦП для внутреннего источника 1.1 В.
• Расчитать значение Vcc основываясь на измерении 1.1 В по формуле:

Vcc * (Показания АЦП) / 1023 = 1.1 В
Из чего следует:
Vcc = 1.1 В * 1023 / (Показания АЦП)
На просторах интернета была найдена функция для измерения напряжения питания контроллера:

Функция readVcc()

long readVcc() { // Read 1.1V reference against AVcc // set the reference to Vcc and the measurement to the internal 1.1V reference #if defined(__AVR_ATmega32U4__) || defined(__AVR_ATmega1280__) || defined(__AVR_ATmega2560__) ADMUX = _BV(REFS0) | _BV(MUX4) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1); #elif defined (__AVR_ATtiny24__) || defined(__AVR_ATtiny44__) || defined(__AVR_ATtiny84__) ADMUX = _BV(MUX5) | _BV(MUX0); #elif defined (__AVR_ATtiny25__) || defined(__AVR_ATtiny45__) || defined(__AVR_ATtiny85__) ADMUX = _BV(MUX3) | _BV(MUX2); #else ADMUX = _BV(REFS0) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1); #endif delay(75); // Wait for Vref to settle ADCSRA |= _BV(ADSC); // Start conversion while (bit_is_set(ADCSRA,ADSC)); // measuring uint8_t low = ADCL; // must read ADCL first - it then locks ADCH uint8_t high = ADCH; // unlocks both long result = (high<<8) | low; result = 1125300L / result; // Calculate Vcc (in mV); 1125300 = 1.1*1023*1000 return result; // Vcc in millivolts }

Для вывода на экран используется библиотека Tiny4kOLED с включенным шрифтом 16х32. Из шрифта, для уменьшения размера библиотеки, удалены 2 не используемых символа (, и -) и нарисована отсутствующая буква «В». Код библиотеки соответственно изменен.
Так-же для стабилизации выводимых измерений использована функция с , спасибо автору dimax , работает хорошо.

Код я отлаживал на платке Digispark в среде arduino IDE. После чего ATtiny85 была выпаяна и припаяна на макетку. Собираем макетную плату, подстроечным резистором выставляем напряжение на выходе преобразователя (сначала я выставлял на выходе 5В, при этом ток на входе преобразователя был под 170мА, уменьшил напряжение до 4.5В, ток снизился до 100мА). Когда ATtiny85 припаяна на макетку код приходится заливать с помощью программатора, у меня обычный USBash ISP.

Код программы

// НАСТРОЙКА /* * Ставим #define NASTROYKA 1 * Компилируем, заливаем код, запускаем, запоминаем значение на дисплее, например 5741 * Измеряем мультиметром реальное напряжение на выходе преобразователя, например 4979 (это в мВ) * Считаем (4979/5741)*1.1=0.953997 * Считаем 0.953997*1023*1000 = 975939 * Записываем результат в строку 100 в виде result = 975939L * Ставим #define NASTROYKA 0 * Компилируем, заливаем код, запускаем, готово. */ #define NASTROYKA 0 #include #include long Vcc; float Vbat; // тонкая настройка алгоритма сглаживания shumodav() #define ts 5 // *table size* количество строк массива для хранения данных, для девиации ± 2 отсчёта оптимально 4 строки и одна в запас. #define ns 25 // *number samples*, от 10..до 50 максимальное количество выборок для анализа 1й части алгоритма #define ain A2 // какой аналоговый вход читать (А2 это P4) #define mw 50 // *max wait* от 15..до 200 ms ожидать повтора отсчёта для 2 части алгоритма unsigned int myArray, aread, firstsample, oldfirstsample, numbersamples, rezult; unsigned long prevmillis = 0; boolean waitbegin = false; //флаг включённого счётчика ожидания повтора отсчёта void setup() { oled.begin(); oled.clear(); oled.on(); oled.setFont(FONT16X32_sega); } void loop() { for (byte i = 0; i < 5; i++) { Vcc += readVcc(); } Vcc /= 5; shumodav(); Vbat = ((rezult / 1023.0) * Vcc) / 1000; if (Vbat >= 0.95) { oled.setCursor(16, 0);#if NASTROYKA oled.print(rezult); #else oled.print(Vbat, 2); oled.print("/"); #endif } Vcc = 0; } long readVcc() { // чтение реального напряжения питания // Read 1.1V reference against AVcc // set the reference to Vcc and the measurement to the internal 1.1V reference #if defined(__AVR_ATmega32U4__) || defined(__AVR_ATmega1280__) || defined(__AVR_ATmega2560__) ADMUX = _BV(REFS0) | _BV(MUX4) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1); #elif defined (__AVR_ATtiny24__) || defined(__AVR_ATtiny44__) || defined(__AVR_ATtiny84__) ADMUX = _BV(MUX5) | _BV(MUX0); #elif defined (__AVR_ATtiny25__) || defined(__AVR_ATtiny45__) || defined(__AVR_ATtiny85__) ADMUX = _BV(MUX3) | _BV(MUX2); #else ADMUX = _BV(REFS0) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1); #endif delay(75); // Wait for Vref to settle ADCSRA |= _BV(ADSC); // Start conversion while (bit_is_set(ADCSRA, ADSC)); // measuring uint8_t low = ADCL; // must read ADCL first - it then locks ADCH uint8_t high = ADCH; // unlocks both long result = (high << 8) | low; // result = 1125300L / result; // Calculate Vcc (in mV); 1125300 = 1.1*1023*1000 // индикатор показывал 4990, вольтметр 4576мВ (4576/4990)*1.1=1.008737 result = 1031938L / result; // Calculate Vcc (in mV); 1031938 = 1.008737*1023*1000 return result; // Vcc in millivolts } void shumodav() { // главная функция //заполнить таблицу нолями в начале цикла for (int s = 0; s < ts; s++) { for (int e = 0; e < 2; e++) { myArray[s][e] = 0; } } // основной цикл накопления данных for (numbersamples = 0; numbersamples < ns; numbersamples++) { #if NASTROYKA aread = readVcc(); #else aread = analogRead(ain); #endif // уходим работать с таблицей//// tablework(); } // заполнен массив, вычисляем максимально повторяющееся значение int max1 = 0; // временная переменная для хранения максимумов for (byte n = 0; n < ts ; n++) { if (myArray[n] > max1) { //перебор 2-х элементов строк max1 = myArray[n]; // запомним куда больше всего попало firstsample = myArray[n]; // его 1 элемент = промежуточный результат. } } //*****вторая фаза алгоритма *********///// // если старый отсчёт не равен новому, //и флага включения счёта времени небыло, то if (oldfirstsample != firstsample && waitbegin == false) { prevmillis = millis(); // скидываем счётчик времени на начало waitbegin = true; } // активируем флаг ожидания // если до истечения лимита времени отсчёт сравнялся //со старым, то снимаем флаг if (waitbegin == true && oldfirstsample == firstsample) { waitbegin = false; rezult = firstsample; } // если всё таки отсчёт не сравнялся, а время ожидания вышло if (waitbegin == true && millis() - prevmillis >= mw) { oldfirstsample = firstsample; waitbegin = false; rezult = firstsample; } //то признаём новый отсчёт конечным результатом функции. } // конец главной функции void tablework() { // функция внесения данных в таблицу // если в таблице совпадает отсчёт, то инкрименировать //его счётчик во втором элементе for (byte n = 0; n < ts; n++) { if (myArray[n] == aread) { myArray[n] ++; return; } } // перебираем ячейки что б записать значение aread в таблицу for (byte n = 0; n < ts; n++) { if (myArray[n] == 0) { //если есть пустая строка myArray[n] = aread; return; } } // если вдруг вся таблица заполнена раньше чем кончился цикл, numbersamples = ns; } // то счётчик циклов на максимум

Как упоминалось выше, в контроллерах есть внутренний источник опорного напряжения 1.1В. Он стабильный, но не точный. Поэтому его реальное напряжение скорее всего отличается от 1.1В. Чтобы узнать, сколько на самом деле, необходимо провести калибровку:

* Ставим #define NASTROYKA 1
* Компилируем, заливаем код, запускаем, запоминаем значение на дисплее, например 5741
* Измеряем мультиметром реальное напряжение на выходе преобразователя, например 4979 (это в мВ)
* Считаем (4979/5741)*1.1=0.953997 - это реальное напряжение источника опорного напряжения
* Считаем 0.953997*1023*1000 = 975939
* Записываем результат в строку 100 в виде result = 975939L;
* Ставим #define NASTROYKA 0
* Компилируем, заливаем код, запускаем, готово.

В программе DipTrace разводим плату, размером с OLED дисплей 37х12мм


Полчаса нелюбимого занятия ЛУТом.

Найдите 10 отличий

Первый раз я облажался и протравил зеркальную плату, причем заметил это только когда начал паять элементы.

Припаиваем. SMD индуктивность 4,7мкГн была мне любезно предоставлена , большое спасибо, Сергей.


Собираем бутерброд из платы и экрана. На концах проводов я припаял небольшие магниты, вольтметр сам прищелкивается к измеряемому аккумулятору. Неодимовые магниты при нагреве выше 80 градусов теряют магнитные свойства, поэтому паять нужно легкоплавким сплавом Вуда или Розе очень быстро. Еще раз проводим калибровку и проверяем точность измерения:






Обзор понравился +126 +189

Вольтметр автомобильный — это полезное устройство, позволяющее автомобилисту всегда знать о том, какое напряжение в бортовой сети его транспортного средства. Многих автолюбителей сегодня интересует вопрос, как соорудить такой девайс самостоятельно в домашних условиях. Ниже вы сможете найти пошаговую инструкцию по изготовлению прибора своими руками.

[ Скрыть ]

Характеристика автомобильного вольтметра

Как сделать вольтметр? Как правильно должен подключаться сделанный электронный вольтметр в прикуриватель, какая схема подключения? Для начала давайте ознакомимся с основными характеристиками устройства.

Описание устройства

Как мы уже сказали, цифровой вольтметр предназначен для измерения напряжения. Аналоговое устройство представляет собой девайс, оснащенный стрелочным указателем, а также шкалой. На сегодняшний день такие устройства используются очень редко, в последнее время все большую популярность набирают цифровые девайсы.

Виды

Что касается непосредственно видов, то в продаже можно найти либо простые устройства, либо комбинированные.

1. Простой. Такой девайс характеризуется сравнительно небольшими размерами, в результате чего его монтаж допускается фактически в любом место транспортного средства. Поэтому обычно подключение вольтметра такого типа производится в прикуриватель. Таким образом, девайс позволяет производить мониторинг состояния уровня напряжения аккумуляторной батарее как при заглушенном, так и при заведенном двигателе. Если вы решили установить вольтметр своими руками, то вам будет полезно знать, что при заглушенном моторе напряжение должно составлять 12.5 вольт, в то время как на заведенном — 13.5-14.5 вольт.
   В том случае, если данный параметр будет более высоким или низким, потребуется произвести диагностику бортовой сети машины. Вольтметр в авто будет незаменимым, будь то стрелочный вариант или цифровой автомобильный, станет незаменимым атрибутом для тех, кто любит отдыхать на природе. С его помощью вы всегда будете знать, какое напряжение в сети вашего транспортного средства и как не допустить его снижения ниже нормы. Ни для кого не секрет, что ориентироваться на штатные сигнализаторы о разряде АКБ — это не совсем правильно, поскольку такие устройства обычно предупреждают водителя тогда, когда предпринимать какие-то действия уже поздно. Схема вольтметра может быть подключена к специальному выносному дисплею, который можно установить в любом месте автомобиле, например, прямо в центральную консоль.
2. Комбинированный. Что касается комбинированных приборов, то они могут быть дополнительно оснащены термометрами, тахометрами, амперметрами и т.д. Благодаря термометру водитель всегда сможет знать, какая температура в салоне авто или на улице, в моторном отсеке транспортного средства. С помощью тахометра у автолюбителя всегда будет возможность мониторинга количества оборотов мотора. Как правило, если вы покупаете комбинированный гаджет с тахометром, в комплекте должны идти все необходимые датчики, которые позволяют производить замер данного показателя от 50 градусов мороза до 120 градусов тепла. В целом процедура монтажа прибора такого типа в свою автомобиль — не особо сложная процедура, с которой вполне можно справиться своими силами.

Руководство по изготовлению самодельного вольтметра в авто

Схема

Итак, если вы решили соорудить вольтметр автомобильный из калькулятора, светодиодный из ламп или любой другой, вы должны как минимум разбираться в этой теме. Ламповый вольтметр или вольтметр на светодиодах можно приобрести в любом тематическом магазине автоэлектроники. Но если вы решили все сделать своими руками, то учтите, что просто взять плату и установить ее в авто — не выход, нужна определенные познания в области электроники. Мы рассмотрим пример схемы цифрового девайса в автомобиле, в частности, вольтметр на pic16f676. Ниже приведена схема устройства с пределом измерения 50 вольт, этого вполне достаточно.

На двух резисторах — R1 и R2 — обустроен делитель напряжения, а элемент R3 предназначен для калибровки девайса. Еще один компонент С1 (конденсатор) используется для защиты системы от сигнальных помех, также он позволяет сглаживать входной импульс. VD1 — это стабилитрон, предназначенный для ограничения уровня входного напряжения на входе контроллера, его использование необходимо для того, чтобы вход МК не сгорел, когда напряжение в сети увеличится.

Инвертирующий компонент девайса собран на резисторах R11-R13, а также транзисторе VT1. Инвертор зажигает точку непосредственно на самом индикаторе вместе со вторым разрядом. К МК подключается индикатор с анодом, характеризующийся минимальным потреблением тока. Что касается непосредственно настройки девайса, то она осуществляется при помощи подстроечного резистора R3 (автор видео о том, как своими руками соорудить вольтметр — Руслан К).

Подключение своими руками

Чтобы подключить вольтметр на микроконтроллере в свой автомобиль самостоятельно, для начала следует определиться с местом монтажа. Установка осуществляется в любом удобное для водителя место. В нашем случае мы установим вольтметр в машину в центральную консоль.

Процесс описан на примере автомобиля ВАЗ 2113:

1. Произведите демонтаж пластиковой накладки справа от панели приборов, над магнитолой. В случае с ВАЗ 2113 эта пластмасса снимается без проблем, крепится она на пластиковых фиксаторах, поэтому при демонтаже будьте осторожны, чтобы не повредить их.
2. Используя электрический лобзик, вам необходимо прорезать прямоугольное отверстие на заглушке. Вырезайте отверстие в соответствии с размерами дисплея вашего вольтметра — устройство должно идеально подходить для прорезанного отверстия.
3. С обратной стороны пластиковой заглушки произведите установку девайса. Для начала его можно зафиксировать при помощи обычных канцелярских резинок. Разумеется, ездить так вы не будете, ведь это совсем не эстетично и только испортит вид в салоне авто. Поэтому свободное пространство с обратной стороны необходимо будет залить специальным сантехническим герметиком, чтобы плата хорошо держалась на заглушке. Когда вольтметр схватится, резинки можно убрать.
4. Чтобы подключить устройство к бортовой сети, можно использовать специальный разъем от блока питания компьютера. Он может подойти, а может и не подойти — если не подошел, придется прибегнуть к пайке. Установите обратно пластмассовую заглушку вокруг дисплея можно дополнительно установить рамку, чтобы улучшить внешний вид экрана. Важно, чтобы вольтметр не отвлекал водителя во время езды, поэтому если свет цифр слишком яркий, с этим необходимо что-то сделать. Можно затемнить экран с помощью обычного лака либо небольшого кусочка тонировочной пленки.
5. Подключить устройство можно либо напрямую к аккумулятору, чтобы вольтметр функционировал всегда, либо к зажиганию. Второй вариант более приемлемый, в этом случае девайс будет активироваться при включении автомагнитолы, то есть вы всегда сможете следить за состоянием напряжения при включенной аудиосистеме.

Видео «Установка цифрового вольтметра своими руками»

Подробнее о том, как осуществляется монтаж цифрового вольтметра своими силами, вы можете узнать из видео ниже (автор видео — Авто мир).

Рассмотрены не сложные схемы цифровых вольтметра и амперметра, построенных без использования микроконтроллеров на микросхемах СА3162, КР514ИД2. Обычно, у хорошего лабораторного блока питания есть встроенные приборы, - вольтметр и амперметр. Вольтметр позволяет точно установить выходное напряжение, а амперметр покажет ток через нагрузку.

В старых лабораторных блоках питания были стрелочные индикаторы, но сейчас должны быть цифровые. Сейчас радиолюбители чаще всего делают такие приборы на основе микроконтроллера или микросхем АЦП вроде КР572ПВ2, КР572ПВ5.

Микросхема СА3162Е

Но существуют и другие микросхемы аналогичного действия. Например, есть микросхема СА3162Е, которая предназначена для создания измерителя аналоговой величины с отображением результата на трехразрядном цифровом индикаторе.

Микросхема СА3162Е представляет собой АЦП с максимальным входным напряжением 999 mV (при этом показания «999») и логической схемой, которая выдает сведения о результате измерения в виде трех поочередно меняющихся двоично-десятичных четырехразрядных кодов на параллельном выходе и трех выходах для опроса разрядов схемы динамической индикации.

Чтобы получить законченный прибор нужно добавить дешифратор для работы на семисегментный индикатор и сборку из трех семисегментных индикаторов, включенных в матрицу для динамической индикации, а так же, трех управляющих ключей.

Тип индикаторов может быть любым, -светодиодные, люминесцентные, газоразрядные, жидкокристаллические, все зависит от схемы выходного узла на дешифраторе и ключах. Здесь используется светодиодная индикация на табло из трех семисегментных индикаторов с общими анодами.

Индикаторые включены по схеме динамической матрицы, то есть, все их сегментные (катодные) выводы включены параллельно. А для опроса, то есть, последовательного переключения, используются общие анодные выводы.

Принципиальная схема вольтметра

Теперь ближе к схеме. На рисунке 1 показана схема вольтметра, измеряющего напряжение от 0 до 100V (0...99,9V). Измеряемое напряжение поступает на выводы 11-10 (вход) микросхемы D1 через делитель на резисторах R1-R3.

Конденсатор СЗ исключает влияние помех на результат измерения. Резистором R4 устанавливают показания прибора на ноль, при отсутствии входного напряжения А резистором R5 выставляют предел измерения так чтобы результат измерения соответствовал реальному, то есть, можно сказать, им калибруют прибор.

Рис. 1. Принципиальная схема цифрового вольтметра до 100В на микросхемах СА3162, КР514ИД2.

Теперь о выходах микросхемы. Логическая часть СА3162Е построена по логике ТТЛ, а выходы еще и с открытыми коллекторами. На выходах «1-2-4-8» формируется двоичнодесятичный код, который периодически сменяется, обеспечивая последовательную передачу данных о трех разрядах результата измерения.

Если используется дешифратор ТТЛ, как, например, КР514ИД2, то его входы непосредственно подключаются к данным входам D1. Если же будет применен дешифратор логики КМОП или МОП, то его входы будет необходимо подтянуть к плюсу при помощи резисторов. Это нужно будет сделать, например, если вместо КР514ИД2 будет использован дешифратор К176ИД2 или CD4056.

Выходы дешифратора D2 через токоограничивающие резисторы R7-R13 подключены к сегментным выводам светодиодных индикаторов Н1-НЗ. Одноименные сегментные выводы всех трех индикаторов соединены вместе. Для опроса индикаторов используются транзисторные ключи VT1-VT3, на базы которых подаются команды с выходов Н1-НЗ микросхемы D1.

Эти выводы тоже сделаны по схеме с открытым коллектором. Активный ноль, поэтому используются транзисторы структуры р-п-р.

Принципиальная схема амперметра

Схема амперметра показана на рисунке 2. Схема практически такая же, за исключением входа. Здесь вместо делителя стоит шунт на пятиваттном резисторе R2 сопротивлением 0,1 От. При таком шунте прибор измеряет ток до 10А (0...9.99А). Установка на ноль и калибровка, как и в первой схеме, осуществляется резисторами R4 и R5.

Рис. 2. Принципиальная схема цифрового амперметра до 10А и более на микросхемах СА3162, КР514ИД2.

Выбрав другие делители и шунты можно задать другие пределы измерения, например, 0...9.99V, 0...999mA, 0...999V, 0...99.9А, это зависит от выходных параметров того лабораторного блока питания, в который будут установлены эти индикаторы. Так же, на основе данных схем можно сделать и самостоятельный измерительный прибор для измерения напряжения и тока (настольный мультиметр).

При этом нужно учесть, что даже используя жидкокристаллические индикаторы прибор будет потреблять существенный ток, так как логическая часть СА3162Е построена по ТТЛ-логике. Поэтому, хороший прибор с автономным питанием вряд ли получится. А вот автомобильный вольтметр (рис.4) выйдет неплохой.

Питаются приборы постоянным стабилизированным напряжением 5V. В источнике питания, в который будут они установлены, необходимо предусмотреть наличие такого напряжения при токе не ниже 150mA.

Подключение прибора

На рисунке 3 показана схема подключения измерителей в лабораторном источнике.

Рис. 3. Схема подключения измерителей в лабораторном источнике.

Рис.4. Самодельный автомобильный вольтметр на микросхемах.

Детали

Пожалуй, самое труднодоставаемое - это микросхемы СА3162Е. Из аналогов мне известна только NTE2054. Возможно есть и другие аналоги, о которых мне не известно.

С остальным значительно проще. Как уже сказано, выходную схему можно сделать на любом дешифраторе и соответствующих индикаторах. Например, если индикаторы будут с общим катодом, то нужно КР514ИД2 заменить на КР514ИД1 (цоколевка такая же), а транзисторы VТ1-VТЗ перетащить вниз, подсоединив их коллектора к минусу питания, а эмиттеры к общим катодам индикаторов. Можно использовать дешифраторы КМОП-логики, подтянув их входы к плюсу питания при помощи резисторов.

Налаживание

В общем-то оно совсем несложное. Начнем с вольтметра. Сначала замкнем между собой выводы 10 и 11 D1, и подстройкой R4 выставим нулевые показания. Затем, убираем перемычку, замыкающую выводы 11-10 и подключаем к клеммам «нагрузка» образцовый прибор, например, мультиметр.

Регулируя напряжение на выходе источника, резистором R5 настраиваем калибровку прибора так, чтобы его показания совпадали с показаниями мультиметра. Далее, налаживаем амперметр. Сначала, не подключая нагрузку, регулировкой резистора R5 устанавливаем его показания на ноль. Теперь потребуется постоянный резистор сопротивлением 20 От и мощностью не ниже 5W.

Устанавливаем на блоке питания напряжение 10V и подключаем этот резистор в качестве нагрузки. Подстраиваем R5 так чтобы амперметр показал 0,50 А.

Можно выполнить калибровку и по образцовому амперметру, но мне показалось удобнее с резистором, хотя конечно на качество калибровки очень влияет погрешность сопротивления резистора.

По этой же схеме можно сделать и автомобильный вольтметр. Схема такого прибора показана на рисунке 4. Схема от показанной на рисунке 1 отличается только входом и схемой питания. Этот прибор теперь питается от измеряемого напряжения, то есть, измеряет напряжение, поступающее на него как питающее.

Напряжение от бортовой сети автомобиля через делитель R1-R2-R3 поступает на вход микросхемы D1. Параметры этого делителя такие же как в схеме на рисунке 1, то есть для измерения в пределах 0...99.9V.

Но в автомобиле напряжение редко бывает более 18V (больше 14,5V уже неисправность). И редко опускается ниже 6V, разве только падает до нуля при полном отключении. Поэтому прибор реально работает в интервале 7...16V. Питание 5V формируется из того же источника, с помощью стабилизатора А1.

Автомобильные , лабораторные источники питания, могут иметь токи, которые достигают до 20 ампер и более. Ясно, что пару ампер можно легко померять обычным дешёвым мультиметром, а как быть с 10, 15, 20 и более ампер? Ведь даже на не очень больших нагрузках встроенные в амперметры шунтирующие резисторы в течение длительного времени замера, иногда даже часов, могут перегреться и в худшем случае поплавится.

Профессиональные инструменты для измерения больших токов, достаточно дорогие, так что имеет смысл собрать схему амперметра самому, тем более ничего тут сложного нет.

Электрическая схема мощного амперметра

Схема, как вы можете видеть, очень простая. Её работа уже испытана многими производителями, и большинство промышленных амперметров работают таким же образом. Например, вот эта схема тоже использует данный принцип.

Рисунок платы мощного амперметра

Особенность заключается в том, что в данном случае используется шунт (R1) с сопротивлением очень низкого значения - 0.01 Ом 1% 20W - это дает возможность рассеять совсем немного тепла.

Работа схемы амперметра

Работа схемы довольно проста, при прохождении определенной тока через R1 будет падение напряжения на нём, его можно измерить, для этого напряжение усиливается операционным усилителем OP1 и поступает далее на выход через контакт 6 на внешний вольтметр, включенный на пределе 2V.

Настройки будут заключаться в установке ноля на выходе амперметра при отсутствии тока, и в калибровке, сравнивая его с другим, образцовым инструментом для замера тока. Питается амперметр стабильным симметричным напряжением. Например от 2-х батареек по 9 вольт. Для измерения тока подключите датчик к линии и мультиметр в диапазоне 2V - смотрите показания. 2 вольта будет соответствовать току 20 ампер.

С помощью мультиметра и нагрузки, например небольшой лампочки или сопротивления, мы будем измерять ток нагрузки. Подключим амперметр и получаем показания тока с помощью мультиметра. Рекомендуем выполнить несколько тестов с разными нагрузками, чтобы сравнить показания с эталонным амперметром и убедиться, что все работает правильно. Скачать файл печатной латы можете .