Medidor de Lc usando Arduino: medindo indutância e frequência

Todos os amantes de embarcações estão familiarizados com o multímetro, que é uma ótima ferramenta para medir tensão, corrente, resistência, etc. Mas às vezes precisamos medir a indutância e a capacitância, o que não é possível com um multímetro normal. Existem alguns multímetros especiais que podem medir indutância e capacitância, mas são caros. Já construímos medidor de frequência, medidor de capacitância e medidor de resistência usando Arduino. Então, hoje vamos fazer um medidor LC de indutância usando Arduino. Neste projeto, mostraremos os valores de indutância e capacitância junto com a frequência em um display LCD 16x2. Um botão é fornecido no circuito, para alternar entre a exibição de capacitância e indutância.

Componentes necessários

1. Arduino Uno
2. 741 opamp IC
3. Bateria 3v
4. Resistor de 100 ohms
5. Capacitores
6. Indutores
7. Diodo 1n4007
8. Resistor de 10k
9. Pote de 10k
10. Fonte de energia
11. Botão de apertar
12. Placa de ensaio ou PCB
13. Fios de conexão

Cálculo de frequência e indutância

Neste projeto vamos medir a indutância e a capacitância usando um circuito LC em paralelo. Este circuito é como um toque ou sino que começa a ressoar em certa frequência. Sempre que aplicamos um pulso, este circuito LC começará a ressonar e esta frequência de ressonância está na forma analógica (onda sinusoidal), então precisamos convertê-la em onda escudeira. Para fazer isso, aplicamos esta frequência de ressonância analógica ao opamp (741 em nosso caso) que irá convertê-la em onda escarpada (frequência) a 50% do ciclo de trabalho. Agora medimos a frequência usando o Arduino e usando alguns cálculos matemáticos podemos encontrar a indutância ou capacitância. Usamos a fórmula de resposta de frequência do circuito LC fornecida.

f = 1 / (2 * tempo)

onde o tempo é a saída da função pulseIn ()

agora temos freqüência do circuito LC:

f = 1/2 * Pi * raiz quadrada de (LC)

podemos resolvê-lo para obter indutância:

f ² = 1 / (4Pi ² LC) L = 1 / (4Pi ² f ² C) L = 1 / (4 * Pi * Pi * f * f * C)

Como já mencionamos, nossa onda é sinusoidal, portanto tem o mesmo período de tempo tanto na amplitude positiva quanto na negativa. Isso significa que o comparador irá convertê-lo em onda quadrada com um ciclo de trabalho de 50%. Para que possamos medi-lo usando a função pulseIn () do Arduino. Esta função nos dará um período de tempo que pode ser facilmente convertido em uma frequência invertendo o período de tempo. Como a função pulseIn mede apenas um pulso, agora para obter a frequência correta, temos que multiplicá-la por 2. Agora temos uma frequência que pode ser convertida em indutância usando a fórmula acima.

Nota: ao medir a indutância (L1), o valor do capacitor (C1) deve ser 0,1uF e ao medir a capacitância (C1), o valor do indutor (L1) deve ser 10mH.

Diagrama de Circuito e Explicação

Neste diagrama de circuito do LC Meter, usamos o Arduino para controlar a operação do projeto. Neste, usamos um circuito LC. Este circuito LC consiste em um indutor e um capacitor. Para converter a frequência de ressonância senoidal em onda digital ou quadrada, usamos o amplificador operacional 741. Aqui, precisamos aplicar alimentação negativa ao amp-op para obter a frequência de saída precisa. Portanto, usamos uma bateria 3v conectada em polaridade reversa, o que significa que o pino negativo 741 está conectado ao terminal negativo da bateria e o pino positivo da bateria é conectado ao aterramento do circuito restante. Para obter mais esclarecimentos, consulte o diagrama do circuito abaixo.

Aqui temos um botão para alterar o modo de operação, quer estejamos medindo indutância ou capacitância. Um LCD 16x2 é usado para mostrar a indutância ou capacitância com a frequência do circuito LC. Um potenciômetro de 10k é usado para controlar o brilho do LCD. O circuito é alimentado com a ajuda da fonte Arduino 5v e podemos alimentar o Arduino por 5v usando um adaptador USB ou 12v.

Explicação de programação

A parte de programação deste projeto LC Meter é muito fácil. O código Arduino completo é fornecido no final deste artigo.

Primeiro, temos que incluir a biblioteca para LCD e declarar alguns pinos e macros.

#incluir LiquidCrystal lcd (A5, A4, A3, A2, A1, A0); # definir serial # definir carga 3 # definir freqIn 2 # definir modo 10 # definir atraso 15 freqüência dupla, capacitância, indutância; typedef struct { int flag: 1; }Bandeira; Bit de bandeira;

Depois disso, na função de configuração , inicializamos a comunicação LCD e serial para mostrar os valores medidos no LCD e no monitor serial.

void setup () { #ifdef serial Serial.begin (9600); #endif lcd.begin (16, 2); pinMode (freqIn, INPUT); pinMode (carga, SAÍDA); pinMode (modo, INPUT_PULLUP); lcd.print ("Medidor LC usando"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Arduino"); atraso (2000); lcd.clear (); lcd.print ("Circuit Digest"); atraso (2000); }

Então, na função de loop , aplique um pulso de um período de tempo fixo ao circuito LC que carregará o circuito LC. Depois de remover o pulso, o circuito LC começa a ressonar. Então lemos sua conversão de onda quadrada, vinda de op-amp, usando a função pulseIn () e convertemos isso multiplicando por 2. Aqui nós pegamos algumas amostras disso também. É assim que a frequência é calculada:

void loop () { para (int i = 0; i { digitalWrite (carga, ALTO); atraso Microssegundos (100); digitalWrite (carga, BAIXO); atraso Microssegundos (50); pulso duplo = pulseIn (freqIn, HIGH, 10000); if (Pulso> 0,1) frequência + = 1.E6 / (2 * Pulso); atraso (20); } frequência / = Atraso; #ifdef serial Serial.print ("frequência:"); Serial.print (frequência); Serial.print ("Hz"); #endif lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("freq:"); lcd.print (frequência); lcd.print ("Hz");

Depois de obter o valor da frequência, nós os convertemos em indutância usando um determinado pedaço de código

capacitância = 0,1E-6; indutância = (1. / (capacitância * frequência * frequência * 4. * 3,14159 * 3,14159)) * 1.E6; #ifdef serial Serial.print ("Ind:"); if (indutância> = 1000) { Serial.print (indutância / 1000); Serial.println ("mH"); } else { Serial.print (indutância); Serial.println ("uH"); } #endif lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Ind:"); if (indutância> = 1000) { lcd.print (indutância / 1000); lcd.print ("mH"); } else { lcd.print (indutância); lcd.print ("uH"); } }

E usando o código fornecido, calculamos a capacitância.

if (Bit.flag) { indutância = 1.E-3; capacitância = ((1. / (indutância * frequência * frequência * 4. * 3,14159 * 3,14159)) * 1.E9); if ((int) capacitância <0) capacitância = 0; #ifdef serial Serial.print ("Capacitância:"); Serial.print (capacitância, 6); Serial.println ("uF"); #endif lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Cap:"); if (capacitância> 47) { lcd.print ((capacitância / 1000)); lcd.print ("uF"); } else { lcd.print (capacitância); lcd.print ("nF"); } }

Então é assim que calculamos a frequência, a capacitância e a indutância usando o Arduino e as exibimos no LCD 16x2.