Después de realizar el multímetro de banco anterior, he decidido mejorar el mismo creando este nuevo proyecto en su versión 1.0, lo cual quiere decir que con el tiempo se irá mejorando y agregando funciones.
En este link se puede leer el principio de funcionamiento (lo que es medición y procesamiento de la señal), ya que funciona igual. http://electgpl.blogspot.com.ar/2014/04/multimetro-de-banco-con-datalogger.html
Se le incorpora la medición de frecuencia lo cual también pueden encontrarlo en el siguiente link http://electgpl.blogspot.com.ar/2014/03/frecuencimetro-hasta-30khz.html
Por último se le agrega la medición de diodos, y continuidad visual (se le puede agregar alerta acústica donde está el led, con un transistor y un buzzer).
El funcionamiento de todo el sistema es en base a un menú, el cual se realiza con la sentencia Switch Case, y se opera mediante un único pulsador.
Al presionar el pulsador se incrementa la variable menú en una unidad, y cambia de Case en la sentencia Switch, dentro de cada Case se procede a realizar la función especifica. Como se pueden imaginar se puede incrementar la cantidad de Cases para incrementar la cantidad de funciones.
Por el momento no he realizado funciones (lo cual quedaría mucho mas prolijo) porque mi idea es que sea de fácil comprensión para aquellos que recién se inician.
Se utiliza un multiplexor/demultiplexor Analógico 4051 que cumple la función de switchear digitalmente la entrada analógica del MCU para cambiar las diferentes funciones, el mismo se comanda por las direcciones binarias.El circuito funciona con 5V por ejemplo provenientes de un puerto USB o de un pack de pilas (Con su regulador de tensión a 5V).
#include <16F883.h>
#device adc=10
#FUSES XT,NOWDT
#use delay(clock=4000000)
#include <LCD.C>
void main(){
int16 valorADC, frecuencia;
int menu=1;
float corriente, tension, diodos, temperatura;
setup_adc_ports(sAN0|VSS_VDD);
setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);
lcd_init();
while(TRUE){
if(input(PIN_C1)==1){
delay_ms(200);
menu++;
if(menu>6)
menu=1;
}
switch(menu){
case 1:
lcd_gotoxy(1,1);
printf(lcd_putc,"VOLTIMETRO DC");
output_low(pin_c4);
output_low(pin_c5);
set_adc_channel(0);
delay_us(20);
valorADC = read_adc();
tension = 5.0 * valorADC / 1024.0;
lcd_gotoxy(1,2);
printf(lcd_putc,"VM:10V %1.3fV",tension*2);
break;
case 2:
lcd_gotoxy(1,1);
printf(lcd_putc,"AMPERIMETRO DC");
output_high(pin_c4);
output_low(pin_c5);
set_adc_channel(0);
delay_us(20);
valorADC = read_adc();
corriente = (5.0 * valorADC / 1024.0) * 0.2118;
lcd_gotoxy(1,2);
printf(lcd_putc,"IM:1A %1.3fA",corriente);
break;
case 3:
lcd_gotoxy(1,1);
printf(lcd_putc,"FRECUENCIMETRO ");
set_timer1(0);
setup_timer_1(T1_EXTERNAL|T1_DIV_BY_1);
delay_ms(500);
setup_timer_1(T1_DISABLED);
frecuencia=get_timer1();
lcd_gotoxy(1,2);
printf(lcd_putc," %6lu Hz",frecuencia*2);
break;
case 4:
lcd_gotoxy(1,1);
printf(lcd_putc,"DIODOS Y LEDS ");
output_low(pin_c4);
output_high(pin_c5);
set_adc_channel(0);
delay_us(20);
valorADC = read_adc();
diodos = 5.0 * valorADC / 1024.0;
lcd_gotoxy(1,2);
printf(lcd_putc," %1.3fV",diodos);
break;
case 5:
lcd_gotoxy(1,1);
printf(lcd_putc,"TEMPERATURA ");
output_high(pin_c4);
output_high(pin_c5);
set_adc_channel(0);
delay_us(20);
valorADC = read_adc();
temperatura = (5.0 * valorADC / 1024.0) * 100;
lcd_gotoxy(1,2);
printf(lcd_putc," %2.1f°C",temperatura);
break;
case 6:
lcd_gotoxy(1,1);
printf(lcd_putc,"CONTINUIDAD ");
lcd_gotoxy(1,2);
if(input(PIN_C2)==0){
printf(lcd_putc,"CIRCUITO CERRADO");
output_high(pin_c3);
}
else{
printf(lcd_putc,"CIRCUITO ABIERTO");
output_low(pin_c3);
}
break;
default:
lcd_gotoxy(1,1);
printf(lcd_putc," **ERROR** ");
lcd_gotoxy(1,2);
printf(lcd_putc," [REINICIAR] ");
}
}
}
En este nuevo post les traeré un proyecto útil para el laboratorio, con el tiempo pretendo agregarle más funciones, como Medición de Resistencias, Capacitores, Inductores, Frecuencia y Diodos (por el momento solo les presento el proyecto simple como para que puedan ir observando la evolución del mismo y comprendiendo cada bloque.
En este caso las mediciones son de Tensión, Corriente, Potencia y Temperatura, como se puede ver en él la imagen animada los cuatro datos se ven en simultaneo.
El circuito que se propone es extremadamente sencillo, solo es el microcontrolador, el LCD, un LM35 y un Shunt.
El microcontrolador puede que sea algo grande para dicha tarea pero es económico y cuando le comencemos a incorporar funciones extra nos servirá su poder de procesamiento.
El LCD es un simple LCD de 2x16 caracteres.
El Shunt en este caso es una resistencia de 4.7Ohms de 10W (Las cerámicas).
El LM35 es nuestro sensor de temperatura que nos entregara 10mV por cada 1°C (es decir si lee una temperatura de 25°C nos entregara en su salida 250mV).
El principio de funcionamiento:
La medición de Tensión se realiza de forma directa ya que este multimetro tiene un fondo de escala de 5V, sé que es poco pero una de las actualizaciones será incrementar dicho fondo de escala, por ahora nos sirve para medi el consumo en circuitos de 5V (ya sean Leds, USB, etc...).
La medición de Corriente se realiza mediante el shunt, la idea del shunt es de un componente pasivo de baja resistencia conocida, es decir, si alguna vez desarmaron un multimetro pueden encontrar un alambre de más o menos 1mm con forma de U, este es el shunt, no es solo un alambre sino que es un alambre calibrado, por ejemplo de 0,1Ohms, esto se utiliza porque mediante la ley de Ohm conociendo la Resistencia y midiendo la caída de tensión podemos obtener la corriente que lo atraviesa.
Si tenemos nuestra resistencia de 4.7Ohms, y le aplicamos una tensión de 3V, por ley de ohm, tendremos que I=V/R, I=3V/4.7R=638mA, esta es la corriente que atraviesa dicha resistencia.
Entonces si nosotros tenemos por ejemplo un circuito con 10 leds que se alimenta con 4V y estos 10 Leds tienen un consumo de 200mA, la forma de corroborar este consumo es poniendo nuestro Shunt en serie a esta Carga y así podemos saber la corriente que lo atraviesa. Claramente se estarán imaginando que 4.7Ohms es una resistencia considerable, es decir si tengo un circuito que representa una resistencia de carga de 20Ohms, poner en serie 4.7Ohms nos dará 24.7Ohms lo cual es un 20% de la carga aproximadamente, por ende esta es la razón por la cual se utilizan shunts con valores bajos de resistencia por ejemplo 0.1R, 0.01R.., etc... El inconveniente es que si tenemos un Shunt de por ejemplo 0.1R y aplicamos el mismo ejemplo anterior de 3V, tendremos que I=V/R, I=3V/0.1R=30mA, y si queremos medir los 200mA de los leds la ley de ohm nos dirá que la caída de tensión en el shunt de 0.1R es de V=I*R, V=200mA*0.1R=20mV, entonces al ADC del MCU le llegaran solo 20mV. En esta configuración utilizando la tensión de referencia del ADC del MCU igual a Vdd ósea 5V, si nos llegan 20mV será una medida muy baja teniendo en cuenta el fondo de escala que son 5V. Si usamos la resistencia de 4.7R la tensión en el ADC para una carga de 200mA será V=200mA*4.7R=940mV, lo cual ya estamos casi en 1V y la representación será mejor. Si queremos usar un Shunt de 0.1Ohms el problema es que hay otro parámetro a tener en cuenta, La Potencia de Disipación de la Resistencia, si queremos un fondo de escala de 5V (para completar todo el rango del ADC) con una resistencia de 4.7Ohms la corriente que atraviesa a esta será I=V/R, I=5V/4.7R=1.063A, si medimos la potencia, será P=I^2*R=1.063^2*4.7R=8.14W lo que nos dice que requerimos una Resistencia de al menos 10W, si en cambio utilizamos la resistencia de 0,1Ohm la corriente que atraviesa a esta será I=V/R, I=5V/0,1R=50A, si medimos la potencia, será P=I^2*R=50A^2*0.1R=250W lo que nos dice que requerimos una Resistencia de al menos 250W. Por esa razón no podemos usar un fondo de escala de 5V sino que hay que bajarlo. Y esto se puede bajar o bien bajando la tensión de referencia del ADC o bien acondicionando la entrada con otro circuito. Si queremos modificar la referencia del ADC tenemos que poner una fuente estable en la referencia positiva, por ejemplo un diodo Zener de 1V, ahí ya el valor baja mucho por ejemplo para 0.1Ohms, será I=V/R, I=1V/0.1R=10A, P=I^2*R=10A^2*0.1R=10W el valor es mucho mas cómodo y mas económico.
Para calcular el valor de conversión de la tensión que llega al ADC desde la medición de caída de tensión en la resistencia de 4.7R (nuestro Shunt) se ha utilizado una regresión lineal a partir de una tabla de valores.
Pueden ver la forma de calcular la regresión en el siguiente link:
http://electgpl.blogspot.com.ar/2014/03/algoritmo-para-regresion-estadistica-en.html
Esto nos ha dicho que multiplicando el valor de caída de tensión del Shunt por 0.2118 nos dará un proporcional en Ampere para mostrar en el LCD, tomando el ejemplo anterior si medimos una caída de tensión V=200mA*4.7R=940mV al ADC ingresaran esos 940mV pero en el LCD debemos mostrar los 200mA para ello multiplicamos 0.940*0.2118=0.1992 que es aproximadamente 200mA.
La medición de Potencia será claramente el producto entre la tensión y la corriente medidas anteriormente, P=V*I y se mostrara el valor en el LCD.
La medición de Temperatura también requiere una conversión ya que el sensor LM35 nos entregara 10mV por cada 1°C, entonces si el ADC nos lee 300mV entonces el cálculo será 300mV * 100= 30°C.
La salida de Data Logger es mediante el puerto USART serie a 9600bps (se puede modificar claramente) este como se puede ver en el programa nos da un string con los 4 valores leídos lo cual se irá actualizando con la finalidad de podes exportar esta tabla de 4 columnas a algún programa y procesar dichos cambios.
#include <16F883.h>
#device adc=8
#FUSES NOWDT
#FUSES INTRC_IO
#FUSES NOPUT
#FUSES MCLR
#FUSES NOPROTECT
#FUSES NOCPD
#FUSES NOBROWNOUT
#FUSES IESO
#FUSES FCMEN
#FUSES NOLVP
#FUSES NODEBUG
#FUSES NOWRT
#FUSES BORV40
#use delay(int=4000000)
#use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=5)
#include <LCD.C>
void main(){
setup_adc_ports(sAN0|sAN1|sAN2|VSS_VDD);
setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2);
setup_spi(SPI_SS_DISABLED);
setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1);
setup_timer_1(T1_DISABLED);
setup_timer_2(T2_DISABLED,0,1);
setup_ccp1(CCP_OFF);
setup_comparator(NC_NC_NC_NC);
lcd_init();
int8 currentADC, voltajeADC, tempADC;
float currentA, voltajeV, tempC, powerW;
while(TRUE){
set_adc_channel(0);
delay_us(10);
currentADC = read_adc();
currentA = (5.0 * currentADC / 256) * 0.2118;
set_adc_channel(1);
delay_us(10);
voltajeADC = read_adc();
voltajeV = 5.0 * voltajeADC / 256;
set_adc_channel(2);
delay_us(10);
tempADC = read_adc();
tempC = (5.0 * tempADC / 256) * 100;
powerW = voltajeV * currentA;
lcd_gotoxy(1,1);
printf(lcd_putc,"[V]:%02.2f[A]:%1.2f",voltajeV,currentA);
lcd_gotoxy(1,2);
printf(lcd_putc,"[W]:%1.2f[C]:%02.1f",powerW,tempC);
printf("[v]:%02.1f [A]:%1.3f [W]:%1.3f [C]:%02.1f\r",voltajeV,currentA,powerW,tempC);
}
}
