وقتی با بردهایی روبرو می شویم که قبلاً طراحی شده اند یا یکی از آنها را از تلویزیون یا رایانه قدیمی خارج می کنیم تا آن را تعمیر کنیم. و گاهی برای رفع عیب نیاز به دانستن ظرفیت خازن خاصی در برد داریم. سپس در دریافت مقدار دقیق خازن از برد با مشکل مواجه می شویم، به خصوص اگر دستگاه Surface Mount Device باشد. ما می توانیم تجهیزات اندازه گیری ظرفیت را بخریم، اما همه این دستگاه ها گران هستند و برای همه نیست. با در نظر گرفتن این موضوع، ما قصد داریم یک خازن سنج ساده آردوینو برای اندازه گیری ظرفیت خازن های ناشناخته طراحی کنیم .
این متر را می توان به راحتی و همچنین مقرون به صرفه ساخت. ما قصد داریم با استفاده از Arduino Uno , Schmitt trigger gate و IC timer 555 Capacitance Meter بسازیم .
قطعات مورد نیاز:
- آی سی تایمر 555
- گیت ماشه IC 74HC14 اشمیت یا گیت NOT.
- مقاومت 1K Ω (2 قطعه)، مقاومت 10KΩ
- خازن 100nF، خازن 1000μF
- LCD 16*2،
- تخته نان و چند کانکتور.
توضیح مدار:
نمودار مدار ظرفیت سنج با استفاده از آردوینو در شکل زیر نشان داده شده است. مدار ساده است، یک LCD با آردوینو رابط دارد تا ظرفیت اندازه گیری شده خازن را نمایش دهد. یک مدار مولد موج مربعی (555 در حالت استیبل) به آردوینو متصل شده است، جایی که ما خازن را که ظرفیت آن باید اندازه گیری شود وصل کرده ایم. یک گیت ماشه اشمیت (IC 74LS14) برای اطمینان از اینکه فقط موج مستطیلی به آردوینو تغذیه می شود استفاده می شود. برای فیلتر کردن نویز، ما چند خازن در سراسر قدرت اضافه کردهایم.
این مدار می تواند ظرفیت های خازنی را در محدوده 10nF تا 10uF به دقت اندازه گیری کند .
مولد موج مربعی مبتنی بر آی سی تایمر 555:
اول از همه، ما در مورد مولد موج مربعی مبتنی بر آی سی تایمر 555 یا باید بگویم مولتی ویبراتور پایدار 555 صحبت خواهیم کرد . می دانیم که ظرفیت خازن را نمی توان به طور مستقیم در یک مدار دیجیتال اندازه گیری کرد، به عبارت دیگر UNO با سیگنال های دیجیتال سر و کار دارد و نمی تواند به طور مستقیم ظرفیت خازن را اندازه گیری کند. بنابراین ما از مدار مولد موج مربعی 555 برای اتصال خازن به دنیای دیجیتال استفاده می کنیم.
به زبان ساده، تایمر خروجی موج مربعی را ارائه می دهد که فرکانس آن مستقیماً بر ظرفیت خازن متصل به آن تأثیر می گذارد. بنابراین ابتدا سیگنال موج مربعی را می گیریم که فرکانس آن نماینده ظرفیت خازن مجهول است و این سیگنال را برای بدست آوردن مقدار مناسب به UNO تغذیه می کنیم.
فرکانس سیگنال خروجی به مقاومت های RA، RB و خازن C بستگی دارد.
فرکانس (F) = 1/ (دوره زمانی) = 1.44/ ((RA+RB*2)*C).
در اینجا RA و RB مقادیر مقاومت و C مقدار ظرفیت هستند. با قرار دادن مقادیر مقاومت و ظرفیت خازن در معادله فوق فرکانس موج مربع خروجی را بدست می آوریم.
ما قرار است 1KΩ را به عنوان RA و 10KΩ را به عنوان RB وصل کنیم. بنابراین فرمول تبدیل می شود،
فرکانس (F) = 1/ (دوره زمانی) = 1.44/ (21000*C).