В данной статье пойдет речь, об одной из разновидностей цифровых частей (вольтамперметров) для лабораторного блока питания (ЛБП). Идея собрать данную приставку появилась после публикации на канале Паяльник TV видео о сборке и работе конструктора лабораторного блока питания, купленного у наших китайских коллег:
По подобию автора данного видео были мною заказаны два набора ЛБП (ссылка на AliExpress). Шли дни, посылочки все еще не было, но я не отчаивался и начал потихоньку прорабатывать основные функции и идеи реализации цифровой части, т.к. простая установка стрелочных вольтметра и амперметра меня не особенно устроила, итак, основные функции:
- Возможность отображения тока потребления и напряжения на выходе БП;
- Возможность отключения напряжения от выходных клемм БП с помощью реле, индикация на экране;
- Замер температуры на ключевом транзисторе, ее индикация на экране;
- Включение вентилятора охлаждения при превышении установленного порога температуры, гистерезис выключения;
- Регулировка оборотов вентилятора в зависимости от нагрева выходного транзистора;
- Индикация режимов работы «CC->CV» по аналогии с уже имеющимся светодиодом;
- Возможность автоматического выключения нагрузки, при переходе в режим «CC»;
- Наличие звуковых уведомление с возможностью их включения/выключения в меню прибора;
- Возможность отображения графика тока с изменяемым пределом шкалы;
- Возможность отображения напряжения и тока на одном поле графика;
- Возможность разделения интерфейса пользователя на несколько страниц: Основная(“Main”), Режим Ток(“Amper”), Режим Зарядки (“Charge”), режим Меню (“Menu”);
- Установка коэффициентов в меню для более точного отображения данных тока и напряжения;
- Управление цифровой частью с помощью кнопок на панели;
- Наличие пары свободных выводов, GPIO_x, для дополнительных функций в процессе работы с БП;
- Отдельное напряжение питание цифровой части БП, преимущественно от одной из обмоток трансформатора.
После определения для себя основных функций прибора встала задача реализации: использовать больше подходящих элементов, купить, или ограничится тем, что давно валяется на столе и ждет своего «звездного часа». Ну что же, кризис он и есть кризис, ограничимся тем, что есть, сдуем пыль, и пусть настанет тот «звездный час»!
Давным давно, когда доллар был еще по 30р, приобретались мною парочка контроллеров STM32L152RBT6. Почему бы его не применить? В качестве микросхемы EEPROM, наверное шиканул, но взял тоже имеющуюся AT45DB041. Объема у нее для меня конечно многовато, но сохранять данные в памяти самого контроллера мне как-то не хотелось. Возможно появятся еще какие-то идеи: картинки, шрифты, логи данных которые можно будет прошить в данную EEPROM и пусть они там лежат на сохранности, поэтому не судите строго, делаем на том что есть в закромах. С контроллером и внешней памятью определились, теперь дисплей. Опять же в те времена низкого курса доллара приобретался и дисплей: диагональ 2,8 дюйма 320х240 пикселей с шиной SPI. Отлично, это то, что нам нужно. Возможно, будет немножко тормозить картинка, из-за низкой скорости контроллера, но это же не потоковое видео, примитивные векторные картинки вывести, думаю сойдет. Теперь система питания, т.к. устройство необходимо питать от одной из обмоток трансформатора, на плате необходимо предусмотреть место под сборку диодного моста из отдельных диодов, либо вместо них иметь возможность установить уже готовый диодный мост. Т.к. диодный мост был найден в закромах, на нем и остановимся. Стабилизацию напряжения питания +3.3в осуществим с помощью имеющихся в наличии линейных микросхем TPS70933. Поскольку основная элементная база набрана, приступим к проработке принципиальной схемы (рисунок 1).
Краткое описание основных узлов схемы: Напряжение с вторичной обмотки трансформатора, примерно 10В поступает на диодный мост, на выходе которого получаем не стабилизированное напряжение порядка 12В-13В(DC_IN). Оно как раз нам пригодится для питания вентилятора охлаждения и напряжения питания обмотки реле. Т.к. реле выбрано с напряжением питания обмотки +5В, BT-5S(P1), необходимо последовательно с ним в цепи питания включить гасящий резистор, рассчитанный по следующим формулам:
Uп = Iреле *R;
где:
Uп – падение напряжения на резисторе;
Iреле – ток обмотки реле;
R – сопротивление необходимого резистора(R8).
Таким образом, по данным описания на реле, оно рассчитано на напряжение обмотки +5В с током порядка 30мА имеем:
DC_IN - Uп = 5В;
Uп = 12В - 5В = 7В;
R = Uп/ Iреле = 7В/0,03А = 240 Ом.
Если выходное напряжение DC_IN или тип реле P1 у вас отличны от моих значений, следует пересчитать необходимый номинал гасящего резистора R8.
Далее это же напряжение, DC_IN, поступает на линейные стабилизаторы напряжения D2 и D3. Стабилизатором можно отделаться и одним, при условии дальнейшей хорошей фильтрации напряжения АЦП(VDDA). Напряжения питания цифровой и аналоговой части +3,3V и +3.3V_ANALOG, соответственно, после D2 и D3, поступает на все необходимые контакты микросхем и разъемов. Для управления силовыми элементами, а у нас это реле и вентилятор, в схему были введены ключи на полевых транзисторах VT1 и VT2. При соответствующих положительных напряжениях на их затворах они открываются и тем самым включают вентилятор или реле. Схема измерения тока нагрузки основана на стандартном методе изменения падения напряжения на резисторе, в данном случае это микросхема DA1 и С17, С18, R14-R20. Управление LCD и EEPROM осуществляется по разным SPI интерфейсам контроллера.
Рисунок. 1 - Эскиз принципиальной схемы цифровой части БП
Не будем медлить, делаем печатную плату… Для меня самой оптимальной программой для разводки плат с технологией ЛУТ является Sprint-Layout. Давно в ней работаю, приходилось разводить различные платки, от мала до велика. Для тех кому лень устанавливать и разбираться с этой программкой, в архивах вложил готовые картинки платы в Microsoft Word 2010, что называется «хватай и беги», ну или вставляй фотобумагу в принтер и печатай. Размер печатной платы, а так же крепежные отверстия совпадают с размером и крепежными отверстиями выбранного LCD. Весь процесс ЛУТа описывать не буду, он в общем-то мало чем отличается от обычного. Есть одна особенность, т.к. плата получается двусторонняя, Рисунок 2, после распечатки листа документа Word, необходимо совместить два слоя платы. Я делаю это так:
- Вырезаем две картинки, резать нужно НЕ ПО КОНТУРУ, а с отступлением 1 см от края рисунка;
- Вырезав два рисунка, вооружаемся небольшим степлером и совмещаем рисунки, тут нужно быть аккуратным и не наворотить лишнего. При совмещении двух рисунков, необходимо периодически поглядывать на плату, Рисунок 2. Совмещать рисунки необходимо напечатанной стороной друг к другу;
- Совместив две картинки аккуратно пришлепываем их степлером с трех сторон, не повредив тонер;
- Когда все это у нас проделано, вырезаем плату из двустороннего стеклотекстолита, зашкуриваем ее, если потребуется;
- Вставляем плату в наш конвертик, смотрим на просвет и совмещаем края, если плата немного больше чем распечатанный рисунок, ничего страшного, подпилить ее можно будет после травления;
- Плата в конвертике, пора утюжить?! Поутюжив одну сторону, переворачиваем плату на другую, опять утюжим и так не более 3-5 мин.
- Даем плате остыть и аккуратно снимаем фотобумагу с каждой стороны;
- Вот и пришло время травить. Раствор я использую: Перекись+лимонная кислота+соль = вещь! Кладем плату, периодически побалтываем и минут через 20-30 получаем результат, Рисунок 3, Рисунок 4.
Рисунок 2 – Вид печатной платы в программе Sprint-Layout
Рисунок 3 – Внешний вид печатной платы после травления, слой Top
Рисунок 4. – Внешний вид печатной платы после травления, слой Bottom
Как видно из Рисунка 3 и Рисунка 4, плата протравилась достаточно не плохо, теперь осталось просверлить отверстия необходимого диаметра и пропаять переходы. Для пропайки переходных отверстий:
- Берем МГТФ провод, сечением 0,07 мм, делим его пополам, вставляем в просверленные переходные отверстия, запаиваем с одной стороны.
- Со второй стороны откусываем кусачками, что бы от поверхности платы выступало не более 1 мм
- Пропаиваем вторую сторону и так для всех переходных отверстий.
Плата готова к запайке, и потихоньку можно писать и отлаживать программное обеспечение для контролера, а там ЛБП прибудет от наших китайских коллег. Чтобы не описывать всю структуру программного обеспечения цифровой части БП и не томить вас гигантским набором текста, я решил это все сделать в демонстрационном видео к статье. Как итог, дождавшись плат ЛБП и подключив к одной из них цифровую часть, решил убрать это все в самодельный корпус, который вы можете видеть на видео.
Всем спасибо за внимание! На имеющиеся вопросы с удовольствием отвечу по почте или на форуме. Удачи в сборке …
Список радиоэлементов
Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
---|---|---|---|---|---|---|
D1 | Микросхема | AT45DB041D-SSU | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
D2, D3 | Микросхема | TPS70933DBV | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
D4 | Микросхема | STM32L156RBT6 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
DA1 | Микросхема | MCP6022-I/P | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT1, VT2 | MOSFET-транзистор | IRLML2402 | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
VD1-VD6 | Выпрямительный диод | 1N4001 | 6 | Поиск в магазине Отрон | ||
C1, C2, C6, C9, C12-C15, C17 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 9 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
C3 | Конденсатор | 1000 мкФ | 1 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
C4, C5 | Конденсатор | 1 мкФ | 2 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
C7, C8 | Конденсатор | 2.2 мкФ | 2 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
C16, C18 | Конденсатор | 10 мкФ | 2 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
C10, C11 | Конденсатор | 22 пФ | 2 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
R1 | Резистор | 4.7 кОм | 1 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
R2 | Резистор | 39 Ом | 1 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
R3, R7, R11, R13, R15 | Резистор | 10 кОм | 5 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
R4 | Резистор | 0 Ом | 1 | Перемычка | Поиск в магазине Отрон | |
R5, R12, R17, R21 | Резистор | 1 кОм | 4 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
R6 | Резистор | 12 кОм | 1 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
R8 | Резистор | 240 Ом | 1 | 0805 | Поиск в магазине Отрон | |
R9, R18, R20 | Резистор | 100 кОм | 3 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
R10 | Резистор | 2 кОм | 1 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
R14 | Резистор | 0.1 Ом | 1 | 2-3 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R16 | Резистор | 300 Ом | 1 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
R19 | Резистор | 60 Ом | 1 | 0603 | Поиск в магазине Отрон | |
BQ1 | Кварц | 8МГц | 1 | HC49/S | Поиск в магазине Отрон | |
L1 | Индуктивность | BLM18AG102SN | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
P1 | Реле | BT-5S | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
X1, X8, X9 | Разъем | DG300-5.0-02P-12 | 3 | Поиск в магазине Отрон | ||
X2 | Разъем | PLS-3 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
X3 | Разъем | PLS-4 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
X4 | Разъем | PBS-9 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
X5, X6 | Разъем | PLS-6 | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- board.docx (79 Кб)
- Схема соединения.pdf (62 Кб)
- основная ПП.lay6 (248 Кб)
- LCD_ILI9341.rar (40 Кб)
- Схема(1).pdf (114 Кб)
- src.rar (5188 Кб)
Комментарии (63) | Я собрал (0) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
[Автор]
[Автор]
А дай ссыль на конструктор БП у китайцев. Что-то не попадались мне.
[Автор]
[Автор]
Еще хочу заметить данный контролер, также применяется в платах STM32L Discovery
[Автор]
[Автор]
[Автор]
Просто пайка переходов для меня очень большая проблема. Я хочу разузнать максимум информации. Возможно то что для вас является рутиной - для меня может оказаться новшеством.
Я паяю переход с помощью одной жилы Ethernet кабеля. Сечения не знаю, но сверло беру 0,7мм. Чтоб провод там сидел как можно плотнее. При этом при малейшем перегреве (например при пайке соседнего с переходом компонента) переход может с легкостью испортится (вылезти на одну сторону платы).
А вы переход делаете проводом 0,07мм согнутым в двое. Расскажите в чем фишка такого способа? И каким сверлом пользуетесь (в моем цанговом патрон все что меньше 0,7мм прокручивается при сверловке)
[Автор]
П.С. В принципе я думаю под мое сверло можно пучек потолще взять (скажем в 4 провода).
[Автор]
[Автор]
Пологаю релюшка на12в тоже пойдет?
[Автор]
[Автор]
[Автор]
Прошу прощения если что то ни то спросил ( читаю с мобильника).
[Автор]
Самое главное на что обратить внимание при покупке:
1. Встроенный контроллер ILI9341
2. Напряжение питания дисплея +5V/+3/3V
3. Применительно к этой статье разрешение дисплея, я использовал 2,8 дюйма, 320х240 пикс.
Прошивка, а так же исходники и схемы подключения доработки (цифровой части) лежат в конце статьи.
[Автор]
2. Посмотреть все напряжения, на выходах DC/DC(скорее всего они в норм, т.к. МК прошился)
3. Если есть осцил, посмотреть генерацию 8МГц на соответствующем кварце.
4. Если шили ST-Link через среду, посмотреть на какой строчке кода виснет.
5. Замерить ток потребления платы.
Спасибо за интересный приборчик! Приступим к тестированию и прикручиванию к БП.
[Автор]
Будут еще вопросы - спрашивайте, чем смогу, помогу. У меня пока все работает, хоть и не часто им пользуюсь.
Подпалил РВ9, по питанию теперь звонится почти коротиш-30ом. Тем не менее прибор включается, все работает, кроме, греется проц и соответственно возрос ток. Проц в помойку?
[Автор]
Да, выпалили внутренний полевичок на этом выводе, и на нем коротыш, обидно, но контроллер в помойку :( Хотя можно попробовать настроить эту ножку на вход и убрать инициализацию термодатчика, но тогда как быть с охлаждением?!
А на другую ножку перекинуть термодатчик? Что править в прошивке чтобы отключить РВ9.
[Автор]
DS1822_Start_Conversion_by_ROM(One_Wire_Pin, &(ROM_SN[0]));
DS1822_Get_Conversion_Result_by_ROM_CRC(One_Wire_Pin, &ROM_SN[0], &temp[0]);
Или вам пересобрать проект и выслать прошивку на пробу?
[Автор]
[Автор]
[Автор]
Невозможно выставить 0,без подключенной нагрузке, если подогнать 0, то показания вообще уходят...
[Автор]
В формуле задан коэф смещения нуля(Current = (AI[0]-63.0)/0.12/Calibrovka_A), т.е. значение, которое 63. Т.к. ОУ в схеме с однополярным питанием, реальный ноль у него смещен. Т.о. вам нужно вместо 63 подставить то значение на которое он смещен, чтобы по умолчанию(без нагрузки) на дисплее был гарантированный ноль. А уж затем калиброваться. Получить это значение проще всего, подключившись ST-Link и сделать точку останова после этой строки, а в Watch посмотреть значение переменной AI[0], проделать операцию несколько раз. А затем вместо 63 вписать свое значение и собрать проект.
[Автор]
[Автор]
Прошивка с выводом на первой страничке смещение нуля. Напишите мне, что будет показывать без нагрузки и что будет показывать с известной нагрузкой (чтобы что-то выводило, нужно нажать кнопку Вкл/выкл выходного напряжения).
Без нагрузки 00,0006
Нагрузка 1А 00,1425
[Автор]
Прошивочку держите, попробуйте на ней, как дело будет обстоять. Отписывайтесь по результатам.
На скорую руку:
Прибор Мультиметр
01,9945 1,991А
01,0022 1,003А
00,0952 0,100А
Только прошивка эта без температуры, я поменял проц на новый.
[Автор]
Прошивка с включенным термодатчиком и вашим смещением ОУ.
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]