RADIOAMATÉRSKÝ OBČASNÍK

OK1CJB - Jaroslav Janata - Czech Republic - QTH:Říčany - Loc: JN79hx - EPC:#1217 - SWL: OK1 15512

  • Zvětšit velikost písma
  • Výchozí velikost písma
  • Zmenšit velikost písma
       OK1CJB                    Jaroslav Janata                    Czech Republic                    QTH: Říčany                    Loc: JN79hx                    EPC:  #1217                    OK QRP CLUB No: 533                    SWL:  OK1 15512      

Měřič LC s obvodem PICAXE 28X2

Tisk
V listopadovém Občasníku mne zaujal Jaroslavův článek o obvodech PICAXE. Vzpoměl jsem si na to, že s obvodem PIC amatéři staví měřiče LC s minimem ostatních součástek a mnoho jiných věcí. Rozhodl jsem se, že se s PICAXE naučím pracovat a jako první projekt jsem si zvolil právě ten LC-metr. Nešlo mi o okopírování kontrukce (což ani nejde), nýbrž o její napodobení. Chtěl jsem konstrukci pokud možno ještě zjednodušit a přenést co nejvíce práce do oblasti SW.

Nejstarší verzi LC měřiče (s PIC16F84 a komparátorem LM311) ve stavebnici představil ve svém blogu nedávno Ondra OK1CDJ (viz. http://blog.ok1cdj.com). Já jsem vycházel z novější verze s obvodem PIC16F628A (viz.http://www.marc.org.au - odkaz na LC-meter). Protože tento obvod nemá ekvivalent mezi obvody PICAXE, hledal jsem náhradu a došel jsem k závěru, že vhodný by mohl být PICAXE 28X2 nebo 20X2.

Zvolil jsem si pro první pokus modul MODPICAXE-28X2. Obsahuje obvod PICAXE 28X2, který má potřebné komparátory a pokud máte nepájivé pole, nic jiného už nepotřebujete. Podle mne je to vůbec nejlepší způsob, jak s těmito obvody začít. Koupit již zastaralý 28X1 a pokusnou desku k němu vyjde sice o něco málo levněji, ale to nejsou dobře ušetřené peníze. Také lze použít jen samotný obvod a strčit ho rovnou do nepájivého pole (nejlépe v patici) - to je nejlevnější. Ještě k tomu modulu - já mám starší verzi modulu AXE200 s obvodem 28X2-5V a od prosince existuje již novější AXE201 s nejnovějším obvodem 28X2. Nakupoval jsem v prodejně Hobby-Robot a na jejich stránkách lze zjistit dost informací. Pokud zvládáte angličtinu alespoň pasivně, tak na stránkách výrobce PICAXE (viz http://www.rev-ed.co.uk/picaxe/) je všechno a navíc velmi obsáhlé a živé diskuzní fórum.

Po té, co jsem rozchodil vzorek s modulem na nepájivém poli, jsem si pořídil obvod 28X2 a pokračoval s ním. Nejdříve také na nepájivém poli a potom jsem přenesl vše do krabičky. Pro tuto konstrukci je podstatný rozdíl mezi starším obvodem PICAXE 28X2-5V a novým 28X2. Ten nový může běžet na 64 MHz místo 32 a má odlišnou a variabilnější konfiguraci komparátorů. Těch výhod je jěště více. Dokud se neobjevil nový 28X2, předpokládal jsem, že finální konstrukce bude s 20X2. Ten také zvládá 64 MHz, ale ne s externím krystalem. Vnitřní oscilátor ovšem nemá přesnost a stabilitu krystalu. Vysoký taktovací kmitočet je potřeba pro měření frekvence kmitů. Maximální měřený kmitočet je ůměrný taktovacímu a při 64 MHz můžeme čítat do 400 kHz.
Schéma přístroje jsem převzal a mírně upravil. Vynechal jsem relé a kalibrační kondenzátor, protože kalibraci provádím jinak. Stabilizátor 7805 si doufám všichni domyslíte. Na jeho vstupu mám ochrannou diodu (KY130/150) proti přepólování a blokovací kondenzátor M33. Na výstupu je blokovací kondenzátor M1. 78L05 by nestačil, protože jen podsvícení dipleje bere 100 mA. Ostatní (řadič displeje a PICAXE) jsou drobné - cca 25 mA.

Použití měřiče je jednoduché - ke svorkám připojíme měřenou součástku, přepneme přepínač Cx/Lx do správné polohy a zmáčkneme tlačítko Reset. Na displeji se objeví v prvním řádku nápis Start... . Pokud dojde k nějaké chybě, objeví se ve druhém řádku nápis Error #x. Místo x je číslo 1,2 nebo 3. Chyby vysvětlím později. Pokud je vše v pořádku, objeví se v prvním řádku naměřený kmitočet a v druhém z něj spočtená výsledná hodnota Cx nebo Lx.

Obvod L0C0 kmitá na své rezonanční frekvenci f0. Měřený kondenzátor Cx je připojen paralelně k C0 nebo měřená cívka Lx do série s L0. V obou případech kmitá potom obvod na jiné frekvenci fx, která je nižší než f0. Hodnota C0 je konstanta, která je zadána v programu. Při kalibraci je přístroj přepnut na měření kapacity, ale žádný Cx není připojen. Je změřena frekvence f0 a podle Thompsonova vzorce spočtena L0. Hodnoty f0 a L0 jsou uloženy do paměti EEPROM a zobrazeny na displeji. Při měření je změřena frekvence fx a spočtena hodnota Cx nebo Lx podle polohy přepínače Cx/Lx.Výpočet provádím opět podle pana Thompsona.
Před měřením je potřeba přístroj zkalibrovat. Kalibrace znamená nastavení správné hodnoty konstanty C0 v programu. K hodnotě kapacity kondenzátoru C0 je potřeba "něco" přidat. To "něco" představuje kapacitu vstupu komparátoru plus další parazitní kapacity montáže. V mém případě je C0 slídový kondenzátor TC212 označený 1n2 a má skutečnou kapacitu cca 1180 pF. Potřebný přídavek se ukázal být okolo 120 pF. Kolik je potřeba přidat zjistíme pomocí etalonu. Etalon je kondenzátor se známou kapacitou, nejlépe v rozsahu od asi 500 do 2000 pF. Pokud ho nemáme, vezmeme nějaký kvalitní stabilní kondenzátor (slídový nebo jakostní bezindukční svitek) a obejdeme několik přátel, kteří mají multimetr s rozsahem 2 nF nebo jiný vhodný měřič kapacit. Spočteme si průměrnou hodnotu (popř. vyloučíme hodnoty výrazně se lišící od ostatních). Po nahrání programu proběhne vždy jako první kalibrace. Kalibraci můžeme kdykoli zopakovat. Stačí, když nejdříve přidržíme tlačítko Calib a potom zmáčkneme Reset pro zahájení měření. Je zobrazena naměřená hodnota f0 a vypočtená L0. Po té co jsme přístroj zkalibrovali, změříme kapacitu našeho etalonu. Pokud je naměřená kapacita nižší než skutečná, je potřeba hodnotu konstanty C0 zvýšit a naopak. Změníme hodnotu C0, program znovu nahrajeme do obvodu, zkalibrujeme a změříme etalon. To opakujeme tak dlouho, dokud nejsme s výsledkem spokojeni. Pokud v budoucnu náš etalon změříme přesněji, můžeme celý postup zopakovat. V mém programu je možné nastavovat hodnotu C0 s krokem 0.25 pF. Ale i to lze upravit. To je výhoda SW řešení. Tlačítko Calib lze použít pro vynulování měřiče - proběhne malá korekce uložených hodnot f0 a L0. Kalibraci (i měření) je potřeba provádět po řádném prohřátí přístroje a s odpojeným programovacím kabelem.

Výsledky měření se vždy trochu liší. Pokud připojíte součástku a opakovaně mačkáte Reset, je naměřený kmitočet pokaždé trochu jiný a tím i vypočtená hodnota. Svoji roli hraje zřejmě náhoda (šum) a nestabilita oscilátoru. Bylo by možné naprogramovat opakovaná měření a zobrazit průměr. Program ukazuje tři možné chyby. Chyba 1 znamená, že při měření kapacity byla naměřena frekvence vyšší než f0 - zápornou kapacitu přístroj neukazuje. Chyba 2 je totéž při měření indukčnosti. Chyba 3 znamená, že naměřená frekvence je pod 10 kHz - popř. obvod vůbec nekmitá. Chybu 1 uvidíte, když budete provádět opakovaná měření nulové kapacity. Budou se objevovat malé hodnoty zhruba do 1 pF a mezi tím nějaká ta chyba 1 odpovídající záporné hodnotě.

Měřič jsem postavil na kousku univerzální destičky a dal do krabičky z GM.
Na vrchu krabičky jsou svorky pro měřenou součástku, přepínač Cx/Lx a tlačítka (Reset a Calib). Zezadu jsou zdířky pro napájení a programovací konektor (jack 3,5 mm).

Použité součástky jsou běžné - s výjimkami některých kondenzátorů. Elektrolytické kondenzátory C5 - C7 jsou potřeba tantalové. Mají minimální ESR a vlastní indukčnost. Cívka L0 je "konfekční" tlumivka SMCC. Pro kondenzátor C0 platí to samé jako pro etalon. Nejlepší je podle mne slída nebo kvalitní bezindukční svitek. Přesná hodnota C0 a L0 není důležitá, to se vyřeší kalibrací. Displej jsem pořídil také v prodejně Hobby-Robot. Dá se použít i levnější s paralelním interface, ale to byste museli přepsat podprogramy pro práci s displejem. Nožiček má PICAXE 28X2 na obsluhu paralelního interface dost.

Celkové hodnocení přístroje - nemám možnost jej porovnat s originálem. Podle toho co o něm napsal Ondra ve svém blogu, se mi podařilo k němu přiblížit. Úspěšně měřím kapacity od nuly do asi 50 nF. Indukčnosti jsem zkoušel do jednotek mH a šlo to. Nf transformátorek s indukčností vinutí cca 170 mH už byl příliš. Pokud fx poklesne někam ke 30 kHz, začíná přístroj ukazovat chybně - přidává postupně čím dál tím víc. Narozdíl od originálu si nemohu dovolit vyšší f0 než 400 kHz a tím je měřicí rozsah omezen. Na druhou stranu - větší hodnoty kapacit a indukčností změří běžný multimetr. Při měření cívek je každý měřicí přístroj dobrý - pokud měření proběhne jinou metodou a na jiné frekvenci, je výsledek zpravidla jiný a každá informace o cívce je dobrá. Pokud programujete v assembleru, máte možnost využít procesor naplno. V Basicu využijete jen zlomek jeho schopností. A komparátor LM311 zřejmě také funguje jako oscilátor o něco lépe než ten zabudovaný v čipu. Jinými slovy - pokud chcete jen LC-metr a to co nejlepší, co nejrychleji a co nejlevněji, pořiďte si stavebnici, o které psal Ondra. Pokud si ale chcete pohrát, něco se naučit a k tomu jěště získat použitelný měřicí přístroj, můžete se pokusit následovat můj příklad a něco na něm i vylepšit.

Na závěr připojuji svůj program  2-870_LCmeter28X2_B3.bas - dávám ho volně k dispozici pro nekomerční použití.

73! de Miloš, OK1FMY
 

Pro tento týden:

Práce je to, co nikdo nechce dělat.
Dík za materiál pro dětský radiokroužek:
Tondovi OK1DXT Petrovi OK1DPF
Ladislavovi OK1UNL Tomášovi OK1IC
klubu OK1KNG Pavlovi OK1VT

World Wide HamCall™

značka: