پروژه آموزشی خازن سنج ۱nF الی ۱F با میکروکنترلرهای AVR و بسکام Bascom

در ابتدا می خواهیم توضیحاتی در مورد عملکرد یک خازن سنج بدهیم. مدارات خازن سنج از روش های مختلفی جهت اندازه گیری ظرفیت خازن کمک می گیرند. یکی از روش ها، استفاده از زمان شارژ و یا دشارژ خازن موردنظر می باشد که ما در این بحث به این مورد می پردازیم.

مقدمه

زمانی که اختلاف پتانسیلی به دو سر خازن اعمال می شود، خازن شروع به شارژ شدن کرده و پس از مدت زمانی که «زمان شارژ» نامیده می شود، ولتاژ دو سر خازن برابر با ولتاژ مرجع می شود. در بازه زمانی شارژ خازن، می توان یک زمان را اختیار کرد و با در اختیار داشتن میزان ولتاژ خازن در آن لحظه و ولتاژ مرجع — که مقدار ثابتی است —، ظرفیت خازن را طبق فرمول زیر بدست آورد:

Vc: مقدار ولتاژ لحظه ای خازن در حین شارژ شدن (متغیر)

Vs: ولتاژ مرجع (ثابت)

t: زمان (متغیر)

R: مقدار مقاومت سری شده با خازن (ثابت)

C: ظرفیت خازن

همانطور که بدیهی است، هر چه ظرفیت خازن بیشتر باشد، زمان شارژ آن بیشتر خواهد بود و برعکس. در نتیجه بایستی در بعضی از مواقع، سرعت شارژ خازن را افزایش و یا کاهش دهیم تا بتوانیم زمان آن را اندازه گیری کنیم. برای مثال؛ خازن های با ظرفیت کم، به سرعت شارژ می شوند و اندازه گیری زمان شارژ آن در محدوده دقت اندازه گیری وسیله اندازه گیری ما نمی باشد؛ در نتیجه بایستی سرعت شارژ را با افزایش مقدار مقاومت، کمتر کنیم تا این مشکل برطرف شود. در طرف مقابل، خازن های با ظرفیت بالا، با سرعت کمی شارژ می شوند؛ در بعضی اوقات زمان بسیار زیادی را صرف می کنند تا شارژ شوند که این مشکل را می توان با کاهش مقدار مقاومت، برطرف نمود.

 

شرح پروژه

در این پروژه آموزشی از میکروکنترلرهای AVR جهت اندازه گیری زمان (تایمرها) و ولتاژ (ADC) لحظه ای خازن در حین شارژ شدن و در نتیجه اندازه گیری ظرفیت خازن کمک گرفته ایم. از یک منبع جریان (شکل ۱) کمک گرفته شده است تا بتوان سرعت شارژ خازن ها را کنترل کرد. شدت جریان عبوری از شاخه های شماره ۱ و ۲ برابر بوده و با کنترل کردن شدت جریان شاخه شماره ۱، جریان شاخه شماره ۲ را کنترل می کنیم. برای نمونه از این مجموعه در پروژه فعلی استفاده کرده ایم (شکل ۲).

شکل (۱): منبع جریان
شکل (۲)

یک عدد کلید فشاری در مدار تعبیه شده است که با فشردن آن عملیات اندازه گیری شروع می شود. در برنامه سه محدوده بندی در نظر گفته شده است که توسط کلید فشاری Range قابل تغییر است. در هر محدوده بندی پارامترهای متمایزی در برنامه تعریف شده است؛ از جمله: مقدار مقاومت در حال استفاده، حد ولتاژ خازن و … .

  • محدوده بندی های در نظر گرفته شده در این مدار:

۱- محدوده (۱): خازن های ۱۰mF و بیشتر

۲- محدوده (۲): خازن با ظرفیت بین ۱۰uF الی ۱۰mF

۳- محدوده (۳): خازن با ظرفیت بین ۱nF الی ۱۰uF

شرح کار مدار

هنگام فشردن کلید Test، در ابتدا برنامه به تنظیم نمودن پارامترهای اندازه گیری می پردازد. سپس به یکی از ترانزیستورهای محدوده بندی کننده دستور منطقی ۱ ارسال کرده و ترانزیستور مربوطه، مقاومت مناسب جهت اعمال محدوده بندی را وارد مدار کرده و شارژ خازن شروع می شود. حال تایمر و قسمت ADC میکروکنترلر فعال شده و شروع به اندازه گیری زمان و ولتاژ خازن می کنند. زمانی که ولتاژ فعلی خازن به «ولتاژ حد» رسید، عملیات اندازه گیری متوقف می شود. حال مقدار Vc برابر «ولتاژ حد»، t برابر زمان اندازه گیری شده توسط میکروکنترلر، R مقدار مقاومت محدوده بندی و Vs برابر ولتاژ مرجع مدار است که همان ۵ ولت می باشد. حال برنامه با جایگذاری این مقادیر در فرمول یاد شده، اقدام به محاسبه تقریبی خازن می کند.

شماتیک مدار

شکل (۳): شماتیک مدار (جهت بزرگ نمایی بر روی عکس کلیک کنید.)

تصاویری از شبیه سازی مدار

شکل (۴): اندازه گیری خازن ۲۲ میلی فاراد در محدوده بندی شماره ۱
شکل (۵): اندازه گیری خازن ۱۰۰۰ میکروفاراد در محدوده بندی شماره ۲
شکل (۶): اندازه گیری خازن ۲۲ نانوفاراد در محدوده بندی شماره ۳

بخش دانلود

بخش دانلودتوضیحات

شامل موارد زیر:

  • فایل شبیه سازی Proteus
  • سورس کد کامل برنامه به زبان بیسیک
  • کد هگز مخصوص پروگرام کردن میکروکنترلر

توجهات:

  • برای تهیه این پروژه آموزشی زحمت فراوانی کشیده شده است؛ لذا، کپی برداری ممنوع می باشد!
  • این پروژه صرفا جنبه آموزشی دارد!

پروژه آموزشی خازن سنج ۱nF الی ۱F با میکروکنترلرهای AVR و بسکام Bascom
کل امتیازات: ۱ | درصد: ۸۰% | میانگین: ۸

23
دیدگاه بگذارید

avatar
  عضو شدن در خبرنامه  
جدیدترین قدیمی ترین بیشترین رای
اطلاع دادن
Ajudani
مشترک
Ajudani

Hi,
and thanks alot!

hadiyusefzadeh
مشترک
hadiyusefzadeh

سلام خسته نباشین
یه سوال داشتم
تواین مدار میشه از کریستال خارجی واسه افزایش زمان اندازگیری استفاده کرد؟اچنین چیزی نمیشه؟

hadiyusefzadeh
مشترک
hadiyusefzadeh

سلام
باتشکر از ادمین عزیز
مدار کاملا درس کار کرد.ایشالله بعد از تکمیل فیلترینگ ورودی مدار فایلPCBمیفرستم براتون اگه خواستین در سایت قرار بدین

hadiyusefzadeh
مشترک
hadiyusefzadeh

سلام منpcbاین مدار طراحی کردم متاسفانه نتونستم جواب بگیرم

hadiyusefzadeh
مشترک
hadiyusefzadeh

سلام
فرستادم براتون. نمیدونم اومد یانه؟

hadiyusefzadeh
مشترک
hadiyusefzadeh

اگه امکان داره ادرس ایمیل بدین تا بفرستم اونجا

hadiyusefzadeh
مشترک
hadiyusefzadeh

سلام
من رو لینک کلیک کردم اما متاسفانه وارده جایی نمیشه
من همین الان با فرکانس داخلی پروگرم کردم بازم هم قضیه پیش اومد

hadiyusefzadeh
مشترک
hadiyusefzadeh

سلام
ببخشین یه سوال دیگه داشتم من اینو تو برد بورد ساختم.من فقط کلیدای سویچ نصب کردم متاسافنه رو ال سی دی مینویسه c=0.0000vازاین قسمت دیگه نمیره پایه های انلوگ چک کردم همشون وصلن.فقط یه چیزه دیگه موقع پروگرم کردم باید از گزینه خاصی استفاده کنم واسه راه اندازی پاییه انلوگ دیجیتال؟همونAREF
AVCC

hadiyusefzadeh
مشترک
hadiyusefzadeh

سلام من تصمیم گرفتم این مداررو برود برد بسازم فقط یه مشکل هس اینه که۱۰ میکرو فاراد محاسبه نمیکنه ۲۰ به بالارو محاسبه میکنه مشکلش چیه؟

hadiyusefzadeh
مشترک
hadiyusefzadeh

چطوری میشه دانلود کرد مدار خازن سنج؟؟؟