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 1) کمک گرفته شده است تا بتوان سرعت شارژ خازن ها را کنترل کرد. شدت جریان عبوری از شاخه های شماره 1 و 2 برابر بوده و با کنترل کردن شدت جریان شاخه شماره 1، جریان شاخه شماره 2 را کنترل می کنیم. برای نمونه از این مجموعه در پروژه فعلی استفاده کرده ایم (شکل 2).

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:

1- محدوده (1): خازن های 10mF و بیشتر

2- محدوده (2): خازن با ظرفیت بین 10uF الی 10mF

3- محدوده (3): خازن با ظرفیت بین 1nF الی 10uF

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 1 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 5 ولت می باشد. حال برنامه با جایگذاری این مقادیر در فرمول یاد شده، اقدام به محاسبه تقریبی خازن می کند.

شماتیک مدار

تصاویری از شبیه سازی مدار

بخش دانلود