Gelişen mikrokontrol teknolojileri ve artan bilgi birikimi sayesinde geliştirici düzeyinde daha yaygın kullanımına olanak tanımıştır. Burada elimden geldiği kadar bazı örnekler sunmaya çalışacağım...

3 Ağustos 2010 Salı

Attiny2313 ve LED ekran ile Kondansatör metre


Giriş

Kondansatör ölçmek için geliştirilmiş birçok devre mevcuttur. Kondansatör ölçüm sonuçları birçok değişik ekran üzerinde gösterilir. Bu projede sunulan devrede Attiny2313 ile 4 adet 7 parçalı ekran göstergeli bir kondansatör devresi vardır.

Not: Devrenin aslı Chan 2003 tarihinde gerçekleştirilmiş. Projeye "http://elm-chan.org/works/cmc/report.html" adresinden erişebilirsiniz..
Kondansatör ve ölçümü


Şekil-1 :Bazı kondansatör örnekleri.

Günümüzde kondansatörler çok çeşitli malzemelerden çeşitli boyutlarda ve amaçlar için üretilebilmektedir. Örneğin Farad boyutlarında kapasitif yük depolamak için RTC (gerçek zaman saati) tipi yongalar için geçici enerji kaynağı veya pilsiz LED lamba için enerji depolama aracı olarak kullanılmaktadır. Hatta devre kartları üzerindeki yolların birbirine göre durumu göz önüne alınarak kondansatörler oluşturulmakta ve boyutları neredeyse gözle görülmez SMD montaj için kondansatör üretilmekte ve kullanılmakta. (cep telefonu kartları ve bilgisayar ana kartları bir göz atın). Hatta yongalar üzerinde kondansatörler oluşturulabilmektedir. (Bunlar konumuz dışı)

Temel olarak kondansatör iki iletken levha arasına konulmuş bir yalıtkandan oluşur. Yalıtkan hava olabildiği gibi dielektrik sabiti yüksek bir malzemede olabilir.

Kondansatör değerini belirleyen iki değişken var: İletken levhaların alanı ve iletken levhalar arasında mesafe. Temelde bu iletkenlerin birbirine gören alanları değiştirilerek ayarlı kondansatörlerde yapılabilmektedir.(trimmer gibi).

Teorik olarak bir kondansatör ile çevresindeki diğer nesneler arasında da bir kapasitif değer vardır. Bu bizin isteğimiz dışında veya kontrolumuz dışında meydana geldiği için kaçak kapasite olarak adlandırılır. Devreler tasarlanırken bu etkileşimi azaltmak için gerekli önlemler alınır veya alınması gerekir. Aynı zamanda bu etki kullanılarak kapasitif butonların yapımında da kullanılır.

Kondansatör ve ölçümü hakkında ayrıntılı bilgiyi "M8 ve LCD ekran ile Kondansatör metre" projesinde bulabilirsiniz.
Devre

Devreyi basitçe ölçüm, gösterge ve buton olarak parçalara ayırabiliriz. Öncelikle Attiny2313 bacak sayısı göz önüne alındığı zaman aslında bacak sayısının yeterli olmadığı görülür.

Yani yardımcı ek eleman olmadan Attiny2313 bu projede kullanılamaz. Çözüm gösterge bölümünde bir yardımcı eleman kullanmak. Bu 4094 yongasıdır. 4094 saat referansı ile gelen veriyi çıkış bacakları üzerinde göstermek. Bir şekilde seri giriş paralel çıkış yongası olarak tanımlanabilir. 4094 bacakları seri direnç üzerinden LED ekranların parça bağlantıları bağlanır. LED ekranların ortak anot uçları bir transistör sürücüsü üzerinden işlemci tarafından kontrol edilir. Gösterge bölümü bu şekilde kontrolu sağlanır.

Ölçme bölümü ise aslında kondansatörün dolma ve boşalmasını kontrol eden ve ölçüm referans gerilimini oluşturan bir dizi dirençden oluşuyor. (Tabii ki işlemci kontrolunda). Yani kondansatörün ölçme işlemi göz önüne aldığında ; kondansatör sabit bir akım ile doldurulurken kondansatör üzerindeki gerilim izlenir ve besleme geriliminin %63.2 gerilimine denk gelen süre kondansatör karakteristiği olduğuna göre sadece işlemci direnç grubu üzerinden işlemci kondansatörün gerilimine (%63.2 xVcc) gerilimine denk düşer süreyi ölçer ve zamanı kullanarak işlemci ölçülen kondansatörü hesaplar.

İşlemciye bağlı buton igsp konnektörü ile birlikte kalibrasyon (isp konnektörünün bazı bacakları bir köprü ile geçici olarak kısa devne edilerek) ve özellikle her açılıştaki sıfırlama işleminde kullanılır.

Şekil-2 :Kalibrasyonu yapılmış devre boşta çalıştığında ve sıfırlaması yapıldığında. (Bu değerin teorik olarak elde edilmlesi zor. Öncelikle şu anda devre adaptör ile çalışıyor ve kutusu olmadığı için çevresel kaçak kapasitelere açık.)


Şekil-3 :Kartın üstten görünümü


Şekil-4 :Kartın alltan görünümü

Şema

Devre başlıktan anlaşılacağı üzere Atmel firmasına ait Attiny2313 yongası üzerine kurulu ve bu IC1 ile gösterilmiştir.Haliyle bu yongaya saat üreteci olarak bağlanmış olan XT1 kristalı 10MHz frekansında. Saat üreteci osilatörü kondansatörleri C4 ve C5 27pF değerini taşımaktalar. IC1'e bağlı isp konnektörü işlemcinin programlanması için kullanılmaktadır. işleciye bağlı S1 butonu devre ilk açıldığında sıfırlama işlemi için kullanılırken, isp konnektörünü bazı bacakları kısa dever halinde iken kalibrasyon içinde kullanılmaktadır.

IC1 işlemcisine bağlı IC2 (4094) seri-paralel dönüştürücü olarak kullanılmakta(parça sürücüsü). IC2 çıkışlarınının her birine seri bağlı R12..R19 680R dirençleri 7 parçalı LED ekranlar (D1,D2,D3,D4-NFD3611) için akım sınırlama elemanı olarak kullanılıyor.LED ekranların ortak anot uçları Q1,Q2,Q3 ve Q4 BC557 transistörleri üzerinden Vcc (+5V) hattına bağlanarak kontrolu sağlanır(hat sürücüsü). Bu transistörlerin baz uçlarına seri bağlı R8,R9,R10 ve R11 1K dirençler ile işlemcinin bacaklarına bağlanmıştır. Bu bölüm basitçe gösterge bölümü olarak tanımlanabilir.

Kondansatörü ölçerken sabit akım kaynağından bahsedilmişti burada o 3M3 değerindeki R7 direncidir. Ama bu direnç belirli değerlerin üzerindeki kondansatörler için çok büyük. Bu problem bu dirence paralel bağlı 3K3 R3 direnci ile çözülüyor. Tabbi ki R3 sürekli devrede olması söz konusu olamayacağından gerektiğinde açıp kapayacak bir anahtar gerektiriyor. Buradaki anahtar Q5 BC557 transistörüdür. Q5'in kontroluda 10K'lik R1 direnci üzerinden işlemci tarafından yerine getiriliyor. R3 ve R7'nin ortak uçlarına bağlı 100R R4 direnci (bu noktaya aynı zamanda ölçülecek kondansatörün bir bacağı bağlandı ve kondansatörün diğer bacağıda toprakta) üzerinden işlemciye bağlanıyor. İşlemcinin bu bacağı gerilim izleyici olarak (karşılaştırıcı) kullanılan kısmının giriş bölümüdür. (aynı zamanda gerektiğinde kondansatörü boşaltır) Karşılaştırıcının ikinci bacağı vardır. Bu bacağa bağlı R2(10K),R5(39K),R6 (39K) direnç bağlantıları ile refernas gerilimi sağlanır ve gerektiğinde seviye değiştirilir.

Devrenin beslemesi IC3 7805 yongası tarafından sağlanıyor. Geri kalan kondansatörler filtre amaçlıdır.

Şekil-5 :Devrenin blok şeması


Şekil-6 :Devrenin şeması

Devre Yapımı

Devre yapılındaki en kritik nokta dirençlerin %1 toleransa veya daha düşük toleransa sahip olmasıdır. Çünkü ölçüm için kullanılan değerler R1...R7 aralığındaki dirençlerin %1 toleransa sahip metal film özellikli(bulabilen daha iyisi) dirençlerin kullanımı yerinde olacaktır

Pil ile kullanmak isteyenlerin pil uçlarından birisi üzerine bir anahtar eklenmesi yerinde olacaktır

Şekil-7:Devrenin baskı devresi şekli(üstten görünüm)


Şekil-8:Devrenin yerleşim planı


Şekil-9:Kartın eleman ve yollarla birlikte yerleşim planı.

Devre Elemanları

Devre Elemanları
100R %1R4
680RR12..R19
1KR8..R11
3K3 %1R3
10K %1R7
39K %1R5,R6
3M3 %1R6, R7, R8
10µF/25VC2
27pFC4,C5
100nFC1,C3,C6
Attiny2313IC1
4094IC2
7805IC3
NFD-3611BSD1,D2,D3,D4
BC557Q1..Q5
10Mhz kristalXT1
Klemens(Cx)P1
6'li headerisp
Bas-bırak butonS1

Malzeme listesi. Burada işlemci için soket ve 9V adaptör verilmemiştir. Kaliteli 20 ve 16 bacaklı soket oluşabilecek problemlerin önüne geçecektir. Kondansatörün bacaklarının bağlanacağı timsah ağzı kıskaçların bağlanması yerinde olacaktır. Kalibrasyon için bir köprü, düşük toleranslı 1nF ve 100nF kondansatör.
Ayarlar

Devre tamamlandıktan sonra ölçme işlemlerini gerçekleştirebilmek için kalibrasyonunun yapılması gerekkiyor.

Devre yapıldı tamamlandı ön testlerinden geçirildi ve devrenin çalıştığından emin olundu. Şimdi devre kalibrasyon için hazır. Devrenin boştaki değer sıfırlaması haricindeki kalibrasyon değerleri işlemcinin EEPROM'u üzerine kaydediliyor. Yani boştaki değer sıfırlamasını devre her başlatıldığında yapılması gereken bir işlem.

Not:"H4" uyarısı alınması bu işlemi gerekli kılacaktır.

Devre kalibrasyonu için;

1.adım :Devrenin ölçüm uçlarına bir kondansatör bağlamadan boştaki değer sıfıraması S1 butonuna basılarak yapılır. Böylece ekran sıfır veya sıfıra yakın bir değeri gösterir. Bundan sonraki kalibrasyon işlemlerine geçilebilir

Şekil-10:İlk sıfırlama..

2.adım :Küçük değerli kondansatörlerin kalibrasyonu için:isp konnektörünün 1. ve 3. bacağı köprü yardımı ile kısa devre edilir.(miso ve sck) Kondansatör ölçüm uçlarına (P1) 1nF kondansatör bağlanır, ekran farklı bir değeri gösterir. S1 butonuna basıldığı (ve bırakıldığı) zaman ekranda 1nF değeri görülür. (isp konnektörü üzerindeki köprüyü sökmeyi unutmayın!).Bu ayar tamamlanmış olur.

Şekil-11:2. adım için isp köprü ayarı..(mavi ile işaretli yer)

3.adım :Büyük değerlikli kondansatörlerin kalibrasyonu için: isp konnektörünün 4. ve 6. bacakları köprülenir (mosi ve gnd). Konnektür ölçüm uçların 100nF kondansatör bağla. Ekran ne görülürse görünsün, S1 butonu bas-bırak işleminden sonra ekranda 100nF değeri görüntülenir.(isp konnektörü üzerindeki köprüyü sökmeyi unutmayın!)

Şekil-12:3. adım için isp köprü ayarı..(mavi ile işaretli yer)

Kalibrasyon işlemi tamamlandığına göre artık rahatlıkla kullanılabilir. Devrenin doğuruluğunun buradaki 1nF ve 100nF kondansatörlere bağlı olduğunu unutmayın
Çalışması

Devre kalibrasyonu ve açılış sıfırlaması yapıldıktan sonra tek yapılması gereken P1 uçlarına kondansatör bağlamak. Ölçüm yerine getirilir ve sonuç ekranda gösterilir.

Şekil-13:1nF kondansatör ölçümü.


Şekil-14:100nF kondansatör ölçümü.


Şekil-15:1uF kondansatör ölçümü.

Devrenin sadece 4 haneli 7 parçalı göstergesi olduğuna göre bazı hatalı durum ve mesajlarıda bu ekran üzerinde göstermektedir.

Şekil-16:Ölçüm kapasitesine aştığında gösterilen uyarı.


Bazı hata mesajları:
H2ölçüm kapasitesi aşıldı.
H3üst aralık ayar hatası
H4bozuk eeprom verisi
H5sıfırlama hatası


video
Ekler:

Attiny2313 hakkında ayrıntılı bilgi için

Attiny2313 ve LED ekran ile Kondansatör metre için dosyalar -birleşik

Bu devrenin yapım sorumluluğu size aittir. Devre yapıldı ve çalışıyor. K.A....

Hiç yorum yok:

Etiketler

İzleyiciler