Монитор напряжения

Идея создания данного прибора появилась очень давно, практически сразу же после массового внедрения цифровых измерительных приборов. При использовании стрелочных измерительных приборов по колебаниям стрелки можно было судить о наличии импульсных помех в измеряемой цепи. Цифровые же приборы показывают усредненное значение за определенный промежуток времени и говорить о наличии или отсутствии импульсов не приходится. Последним толчком к созданию данного прибора послужили проблемы с автомобильным аккумулятором, но об этом позже.

В итоге был создан прибор – монитор напряжения, который постоянно измеряет напряжение (более 600 раз в секунду) и запоминает минимальное и максимальное значения. Основное назначение прибора – оценка отклонений напряжения питания от номинала. Поэтому особых мер по увеличению точности, входного сопротивления и прочих параметров не принималось. Сравнительно малое входное сопротивление в некоторых случаях даже играет положительную роль.

Принципиальная схема прибора представлена ниже.

Поскольку прибор создавался для личных нужд в течение одного вечера, то и детали для него использовались те, которые нашлись. В итоге были использованы микроконтроллер PIC12F675, регистры 555ИР23, 7-ми сегментный светодиодный индикатор от компьютера, стабилизатор 7805 и резисторы, конденсаторы.

Работа схемы не представляет что-то необычного. Измеряемое напряжение с аккумулятора (оно же и напряжение питания, подается через стабилизатор 7805 на схему) через резистивный делитель подается на АЦП микроконтроллера. С помощью переменного резистора производят калибровку монитора. Микроконтроллер измеряет аналоговое напряжение, переводит его в цифровой вид и заносит соответствующее значение в сдвиговые регистры, к которым подключены светодиодные индикаторы. При нажатии на кнопку на табло выводится поочередно минимальное или максимальное зафиксированное напряжение. При удержании кнопки в нажатом состоянии более 6 секунд при отображении максимального значения прибор сбрасывает запомненные значения и после отпускания кнопки начинается новый цикл измерений.

Для ограничения тока, протекающего через индикаторы было решено поставить по одному резистору (по схеме R3, R4) в анодных цепях каждого разряда.  Это привело к зависимости яркости свечения индикаторов от количества сегментов в отображаемой цифре, но на качестве выполняемых функций не отразилось. Первоначально резисторы были присоединены к (+) питания, но потом их подключил к выводу микроконтроллера, что позволило более четко отображать текущее значение на индикаторе. Номиналы резисторов R3, R4 довольно велики, но тем не менее используемые индикаторы обеспечивают достаточную яркость. Кроме того был введен светодиод (на схеме не показан), который светиться при наличии колебаний напряжения в измеряемой цепи.

Под эти детали была разведена плата.

Плата изготавливалась с использованием ЛУТ. На фото представлена плата одного из первых вариантов монитора, где резисторы R3 и R4 подсоединены к (+) питания. Поэтому на первых собранных экземплярах резисторы подсоединялись к выводу микроконтроллера проволочной перемычкой (белый провод на фотографии ниже). Вообще схема не критична к номиналам радиоэлементов. Возможно использование следующих деталей:
R1 – 470 Ом - 1кОм
R2 –  470 Ом - 3,3кОм
R3 – 100 Ом - 470 Ом
R4 – 100 Ом - 470 Ом
R5 – 10 Ом - 100 Ом (или заменить диодом/предохранителем – сделан на всякий случай)
R6 – 100 Ом - 470 Ом (на схеме не показан, см. плату – питание на светодиод)

Электролитический конденсатор 10 мкФ*10 Вольт. Большую емкость ставить не стоит, поскольку в этом случае напряжение питания на микроконтроллере возрастает медленно и может не произойти запуск внутреннего генератора. В большинстве случаев от этого конденсатора можно отказаться. Остальные конденсаторы – керамические по 0,1-1 мкФ.

Микросхемы: PIC12F675, 555ИР23. Интегральный стабилизатор 7805 (с отпиленным фланцем).

Программа для микроконтроллера писалась уже на основе существующих модулей, поэтому в ней много лишнего кода и при желании ее можно улучшить. (Вообще разработка данного устройства заняла меньше времени, чем написание данной статьи.)

При контроле прибор подсоединяется к источнику питания. На табло отображается текущее напряжение. При изменении напряжения вспыхивает красный светодиод. При постоянно меняющемся напряжении (пульсациях) светодиод практически постоянно горит. При нажатии кнопки прибор поочередно показывает минимальное и максимальное зафиксированное напряжение. При удержании кнопки в нажатом состоянии более 6 секунд когда отображается максимальное зафиксированное напряжение прибор обнуляется.

Вернемся к нашей автомобильной аккумуляторной батарее, для которой-то этот прибор и создавался. Все проявлялось в том, что автомобиль, особенно в зимний период, мог утром не завестись или заглохнуть на перекрестке/ в пробке. Аккумуляторная батарея на стенде показывала вполне нормальные результаты и вроде не требовала замены. Были подозрения и на реле заряда, и на генератор и на стартер. Все это было проверено/заменено и не бесплатно. При подключении монитор напряжения однозначно показывал падение напряжения ниже нормы не только при работе стартера, но и при езде в городских условиях. Анализируя время падения напряжения и его величину, был сделан вывод, что дело не в проводке автомобиля, а именно в аккумуляторе. Что и подтвердилось на практике. Вполне возможно, что одна из банок при вибрации начинает «коротит».

Помимо проверки автомобильного аккумулятора у прибора сразу появилась работа в других сферах. Он оказался весьма полезен при диагностике проблем с питанием в электронных схемах. Для этого цепь питания и измерительная цепь были просто разделены. Питание на прибор в этом случае подается от отдельного источника питания. Именно этот вариант показан на видео при проверке компьютерного блока питания.

И напоследок видео работы и осциллограммы, которые получены на компьютерном блоке питания и на которых видны скачки напряжения.

Нормальная осциллограмма:

А вот такие импульсы проскакивают довольно часто и это в режиме простоя компьютера:

В архиве:
Плата в формате Sprint-Layout
Исходники для PIC12F625 на языке PICBasic.
HEX-файл для прошивки.

При программировании необходимо: установить внутренний генератор INTOSC, вывод GP4 работает как канал порта ввода/вывода; сторожевой таймер выключить; GP3  работает как канал порта ввода/вывода. Для примера слово конфигурации для микроконтроллера в 14 разрядном битовом виде согласно даташита и при использовании программатора AUTOPROG выглядит так: 01000000010100.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Sprint-Layout
• Микроконтроллер
• PIC