Compteur de capacité utilisant Arduino

Lorsque nous rencontrons des circuits imprimés qui sont précédemment conçus ou que nous en retirons un d'un vieux téléviseur ou ordinateur, pour tenter de le réparer. Et parfois, nous avons besoin de connaître la capacité d'un condensateur particulier dans la carte pour éliminer le défaut. Ensuite, nous sommes confrontés à un problème pour obtenir la valeur exacte du condensateur de la carte, surtout s'il s'agit d'un dispositif de montage en surface. Nous pouvons acheter des équipements pour mesurer la capacité, mais tous ces appareils sont coûteux et pas pour tout le monde. Dans cet esprit, nous allons concevoir un simple compteur de capacité Arduino pour mesurer la capacité de condensateurs inconnus.

Ce compteur peut être facilement fabriqué et également rentable. Nous allons fabriquer un compteur de capacité en utilisant Arduino Uno, la porte de déclenchement Schmitt et la minuterie 555 IC.

Composants requis:

• 555 minuterie IC
• IC 74HC14 Schmitt trigger gate ou NOT gate.
• Résistance 1K Ω (2 pièces), résistance 10KΩ
• Condensateur 100nF, condensateur 1000µF
• Écran LCD 16 * 2,
• Breadboard et quelques connecteurs.

Explication du circuit:

Le schéma de circuit du capacimètre utilisant Arduino est illustré dans la figure ci-dessous. Le circuit est simple, un écran LCD est interfacé avec Arduino pour afficher la capacité mesurée du condensateur. Un circuit générateur d'onde carrée (555 en mode Astable) est connecté à Arduino, où nous avons connecté le condensateur dont la capacité doit être mesurée. Une porte de déclenchement Schmitt (IC 74LS14) est utilisée pour garantir que seule une onde rectangulaire est envoyée à Arduino. Pour filtrer le bruit, nous avons ajouté deux condensateurs sur l'alimentation.

Ce circuit peut mesurer avec précision les capacités dans la plage 10nF à 10uF.

Générateur d'ondes carrées basé sur circuit intégré 555:

Tout d'abord, nous parlerons du générateur d'ondes carrées basé sur 555 Timer IC, ou devrais-je dire 555 Astable Multivibrator. Nous savons que la capacité d'un condensateur ne peut pas être mesurée directement dans un circuit numérique, en d'autres termes, l'UNO traite des signaux numériques et ne peut pas mesurer directement la capacité. Nous utilisons donc un circuit générateur d'ondes carrées 555 pour relier le condensateur au monde numérique.

Pour parler simplement, la minuterie fournit une sortie d'onde carrée dont la fréquence implique directement la capacité qui y est connectée. Nous obtenons donc d'abord le signal d'onde carrée dont la fréquence est le représentant de la capacité du condensateur inconnu, et transmettons ce signal à UNO pour obtenir la valeur appropriée.

Configuration générale 555 en mode Astable comme illustré dans la figure ci-dessous:

La fréquence du signal de sortie dépend des résistances RA, RB et du condensateur C. L'équation est donnée comme suit:

Fréquence (F) = 1 / (Période de temps) = 1,44 / ((RA + RB * 2) * C).

Ici RA et RB sont des valeurs de résistance et C est la valeur de capacité. En mettant les valeurs de résistance et de capacité dans l'équation ci-dessus, nous obtenons la fréquence de l'onde carrée de sortie.

Nous allons connecter 1KΩ en RA et 10KΩ en RB. Alors la formule devient, Fréquence (F) = 1 / (Période de temps) = 1,44 / (21000 * C).

En réorganisant les termes que nous avons, Capacité C = 1,44 / (21000 * F)

Dans notre code de programme (voir ci-dessous), pour obtenir la valeur de capacité avec précision, nous avons calculé le résultat en nF en multipliant les résultats obtenus (en farads) par «1000000000». Nous avons également utilisé «20800» au lieu de 21000, car les résistances précises de RA et RB sont de 0,98K et 9,88K.

Donc, si nous connaissons la fréquence de l'onde carrée, nous pouvons obtenir la valeur de la capacité.

Porte de déclenchement Schmitt:

Les signaux générés par le circuit de minuterie ne peuvent pas être transmis directement à l'Arduino Uno. En gardant à l'esprit la sensibilité de UNO, nous utilisons la porte de déclenchement de Schmitt. La porte de déclenchement de Schmitt est une porte logique numérique.

Cette porte fournit une sortie basée sur le niveau de tension d'entrée. Un déclencheur de Schmitt a un niveau de tension THERSHOLD, lorsque le signal INPUT appliqué à la porte a un niveau de tension supérieur au SEUIL de la porte logique, OUTPUT passe à HAUT. Si le niveau du signal de tension d'entrée est inférieur au SEUIL, la SORTIE de la porte sera BASSE. Avec cela, nous n'obtenons généralement pas le déclencheur de Schmitt séparément, nous avons toujours une porte NOT après le déclencheur de Schmitt. Le fonctionnement de Schmitt Trigger est expliqué ici: Schmitt Trigger Gate

Nous allons utiliser la puce 74HC14, cette puce contient 6 portes Schmitt Trigger. Ces portes SIX sont connectées en interne comme indiqué dans la figure ci-dessous.

La table de vérité de la porte de déclenchement de Schmitt inversée est montrée dans la figure ci-dessous, avec cela, nous devons programmer l'UNO pour inverser les périodes de temps positives et négatives à ses terminaux.

Nous connectons le signal généré par le circuit de minuterie à la porte ST, nous aurons une onde rectangulaire de périodes de temps inversées à la sortie qui peut être transmise en toute sécurité à UNO.

Arduino mesure la capacité:

L'Uno a une fonction spéciale pulseIn , qui nous permet de déterminer la durée de l'état positif ou la durée de l'état négatif d'une onde rectangulaire particulière:

Htime = pulseIn (8, HIGH); Ltime = pulseIn (8, LOW);

La fonction pulseIn mesure le temps pendant lequel le niveau haut ou bas est présent au PIN8 de Uno. La fonction pulseIn mesure ce temps haut (Htime) et ce temps bas (Ltime) en micro secondes. Lorsque nous ajoutons Htime et Ltime ensemble, nous aurons la durée du cycle, et en l'inversant, nous aurons la fréquence.

Une fois que nous avons la fréquence, nous pouvons obtenir la capacité en utilisant la formule dont nous avons discuté précédemment.

Résumé et test:

Donc, en résumé, nous connectons le condensateur inconnu au circuit de minuterie 555, qui génère une sortie d'onde carrée dont la fréquence est directement liée à la capacité du condensateur. Ce signal est transmis à UNO via la porte ST. L'UNO mesure la fréquence. Avec une fréquence connue, nous programmons l'UNO pour calculer la capacité en utilisant la formule discutée précédemment.

Voyons quelques résultats que j'ai, Lorsque j'ai connecté un condensateur électrolytique 1uF, le résultat est 1091,84 nF ~ 1uF. Et le résultat avec un condensateur polyester 0,1 uF est 107,70 nF ~ 0,1 uF

Ensuite, j'ai connecté un condensateur céramique 0,1 uF et le résultat est 100,25 nF ~ 0,1 uF. Le résultat avec un condensateur électrolytique de 4,7 uF est également de 4842,83 nF ~ 4,8 uF

C'est ainsi que nous pouvons simplement mesurer la capacité de n'importe quel condensateur.