После попытки изготовить аналог китайского USB тестера (ссылка), который конечно работал, но имел некоторые особенности, которые не добавляли ему удобства в использовании. К ним можно отнести и сильно ограниченный диапазон питающих напряжений, и неудобство в считывании информации (бегущая строка на четырехразрядном семисегментном светодиодном индикаторе — то еще удовольствие). Кроме того, в силу отказа от усиления напряжения, поступающего с шунта, точность измерения в сочетании с небольшим максимальным током и вовсе делают его не очень привлекательным к повторению.
Но в данной конструкции были учтены эти ошибки. Так, для индикации параметров применен жидкокристаллический дисплей, устанавливаемый в телефоны фирмы Siemens (модели A62, A65 и т.д.). Добавилась возможность сброса результатов измерений а также повышен предел по току, и расширен диапазон питающих напряжений.
Характеристики USB тестера:
- Потребляемый ток: 50 мА
- Напряжение питания: 5В
- Входное напряжение: 2-24 В
- Сопротивление шунта: 0.1 Ом
Основой данной конструкции является «ветеран» среди микроконтроллеров — ATmega8, работающий на частоте в 16МГц (это сделано для ускорения отрисовки информации на ЖК дисплее). В качестве усилителя напряжения с шунта выступает широкодоступный ОУ LM358N(P).
Для питания устройства был применен повышающий DC-DC преобразователь, что позволило в некоторой степени абстрагироваться от питающего напряжения.
Данный модуль обладает следующими характеристиками (взяты со страницы описания товара на aliexpress):
- Максимальный выходной ток: 2А
- Максимальное выходное напряжение: 28В
- Диапазон входных напряжений: 2 — 24В
- КПД: до 93%
Так же, на нем есть надпись MT3608 (впрочем, китайцы вполне могут склепать и с другой маркировкой). Внешний вид представлен ниже.
При больших токах эти модули ведут себя не совсем адекватно (огромные пульсации на выходе), но вот до 100мА это вполне оправданное решение.
Схема устройства приведена ниже:
Для облегчения монтажа, а также увеличения ремонтопригодности, решено было использовать микроконтроллер и операционный усилитель в корпусах DIP28 и DIP8 соответственно. Этот ход несколько усложнил разводку печатной платы, а также послужил причиной незначительного увеличения ее размеров. Но, в итоге печатная плата получилась односторонней, с несколькими перемычками.
Платы выполнены на одностороннем фольгированном материале. Для их изготовления мной был использован ЛУТ. Все контактные площадки, которые предусматривают сверление отверстий, рассчитаны под сверло 1мм (исключение — отверстия под ушки USB разъема).
Топология печатной платы представлена ниже:
В целом, если вы планируете какой-либо встраиваемый вариант, то можно оставить все как есть. Если же вам требуется законченное устройство, то можно вытравить дополнительную плату, которая устанавливается на основную.
Естественно, все файлы (в т.ч. и файлы печатных плат) есть в архиве, прикрепленном к статье. Для просмотра схемы и плат необходим Proteus версии не ниже чем 8.4.
Схема работает следующим образом. Операционный усилитель включен по не инвертирующей схеме, и в данном случае, обладает коэффициентом усиления 10. Далее, аналоговый сигнал поступает на вход АЦП микроконтроллера, который раз в секунду проводит измерения таких параметров как ток и напряжение. На основе полученных данных вычисляется значение емкости в А*ч. Кнопка служит для сброса текущих значений.
Программа для микроконтроллера написана на языке C++ в среде Atmel Studio 7.0.
При проектировании устройства я старался использовать доступные комплектующие. Единственное, что выбивается из общей картины — ЖК дисплей и DC-DC преобразователь.
Все smd резисторы использованы типоразмера 0805, роль шунта выполняет резистор мощностью 5 — 10 Вт, а остальные резисторы можно взять на 0,125 или 0,25 Вт. Резисторы R2 — R7 желательно брать с малым допуском (<1%), подстроечник RV1 — многооборотный. Что касается делителей (R4 — R5, R11 — R20), то для них можно взять и другие номиналы резисторов, но необходимо что бы отношение плеч осталось неизменным. Резистор R8 можно взять в диапазоне (примерно) 480 — 680 Ом, стабилитрон, увы, необходим именно с напряжением стабилизации 3.3В. Кварцевый резонатор требуется низкопрофильный, в противном случае, он будет упираться во вторую плату (сверху).
Фотографии процесса сборки и готового устройства:
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | МК AVR 8-бит | ATmega8-16PU | 1 | DIP28 | ||
| U2 | Операционный усилитель | LM358N | 1 | DIP8 | ||
| LCD1 | ЖК дисплей | LPH8731-3C | 1 | Siemens A65 | ||
| X1 | Кварцевый резонатор | 16 МГц | 1 | Низкопрофильный | ||
| DC-DC преобразователь | MT3608 | 1 | ||||
| D1 | Стабилитрон | 3.3 В | 1 | |||
| R7 | Резистор | 100 кОм | 1 | 0805 | ||
| R1, R16 — R20 | Резистор | 10 кОм | 6 | 0805 | ||
| R2 | Резистор | 9.1 кОм | 1 | МЛТ-0,25 | ||
| R3 | Резистор | 1.2 кОм | 1 | МЛТ-0,25 | ||
| R4 | Резистор | 36 кОм | 1 | МЛТ-0,25 | ||
| R5 | Резистор | 24 кОм | 1 | МЛТ-0,25 | ||
| RV1 | Подстроечный резистор | 2 кОм | 1 | Многооборотный | ||
| R8 | Резистор | 510 Ом | 1 | МЛТ-0,25 | ||
| R9, R10 | Резистор | 220 Ом | 1 | МЛТ-0,25 | ||
| R11 — R15 | Резистор | 5.6 кОм | 5 | 0805 | ||
| C1 | Конденсатор | 100 нФ | 1 | Дисковый керамический | ||
| C2, C3 | Конденсатор | 22 пФ | 1 | Дисковый керамический | ||
| Разъем | PLS-40 | 1 | ||||
| Разъем | PBS-40 | 1 | ||||
| Гнездо | USB-AF | 1 | Угловой | |||
| S1 | Кнопка | 1 | Длинный толкатель | |||