ампервольтметр дистанционный лабораторный

leks
Offline
Зарегистрирован: 22.10.2017

Возникла идея заменить реальные шкалы школьных приборов на нарисованные в приложении для смартфона.

Вопрос по входным цепям: что я упустил при использовании прибора в цепях с напряжением до 5 Вольт и током до 2 А и полным незнанием использующих куда совать проводки.

П.С. Не знаю как получать сообщение для скетча, что переключатель режимов переключён.

Ворота
Ворота аватар
Offline
Зарегистрирован: 10.01.2016

leks пишет:

что я упустил

Перечитай свой текст как чужой и попытайся понять, что написал автор. 

Если сделаешь это, то поймёшь, что упустил ты подробное и спокойное объяснение своей хотелки, заменив его нагромождением никак не связанных между собой обрывочных фраз и невнятным потоком сознания.

leks
Offline
Зарегистрирован: 22.10.2017

Подробно про хотелку.

Ардуино про мини, блютуз модуль, приложение на смартфоне. Измеряем ток до 2 А, напряжение до 5 В. Два проводка из коробочки с аккумулятором, повышающим преобразователем, модулем связи и Ардуиной. На коробочке тумблер режимов"V/A". Перед глазами смартфон с приложением - картинка прибора и стрелка указывающая текущее значение, измеряемой величины. Пользующиеся могут путать полярность, режимы прибора, коротить провода между собой, сообразительные могут добавить ещё одну батарейку плоскую (от соседей по партам) к имеющейся (поднять до 9 Вольт пределы). Мне соображалки хватило на защитный диод и стабилитрон. Всё я учёл или есть ещё очевидные упущения. Точность показаний вследствии специфики применения не столь важна.

Технически мне интересно как отслеживать програмно переключатель. Пока в голову разумное не приходит.

sadman41
Offline
Зарегистрирован: 19.10.2016

leks пишет:

Технически мне интересно как отслеживать програмно переключатель. Пока в голову разумное не приходит.

Зачем, если можно взять тумблер на две группы контактов? Разве что для ломания головы...

leks
Offline
Зарегистрирован: 22.10.2017

sadman41 пишет:

leks пишет:

Технически мне интересно как отслеживать програмно переключатель. Пока в голову разумное не приходит.

Зачем, если можно взять тумблер на две группы контактов? Разве что для ломания головы...

Или (мысль посетила) взять реле на 3,3 В (если есть такое в разумных значениях тока) и управлять из приложения, нажимая на картинку прибора для её смены.

Гриша
Offline
Зарегистрирован: 27.04.2014

критика по схеме - стабилитрон вообще не в тему - выкинуть и забыть.  поставить для защиты сопротивление непосредственно на аналоговый вход порядка 10 - 50 кОм - этого хватит в 90% случаев, для напряжения до 10В - 100% . 

svm
Offline
Зарегистрирован: 06.11.2016

Гриша пишет:

критика по схеме - стабилитрон вообще не в тему - выкинуть и забыть.  поставить для защиты сопротивление непосредственно на аналоговый вход порядка 10 - 50 кОм - этого хватит в 90% случаев, для напряжения до 10В - 100% . 

Зря Вы так, если прибор предназначен для школьников, то от них можно ждать всякое. Тем более, что это только имитация измерительного прибора и никакой точности от него требовать не стоит, а вот неубиваемость - нужна. Стабилитрон можно оставить, параллельно ему еще и диод для защиты от переполюсовки. Можно еще и кондючок на землю, на всякий случй. И от наводок защитит и немного от статики.Все это подключается прямо на аналоговый вход. С него-же через сопротивление, хотя-бы килоом 100 подключается та измерительная цепь, что на рисунке ТС, но уже без стабилитрона. Тогда спалить ардуино школьникам не удастся доже если в сеть воткнут, а вот шунт и контакты перключателя они вполне могут, так-что их надо брать с многократным запасом, да и предохранитель ампер на 10 не лишним окажется. А по поводу индикации режима, поставить или перекидной переключатель, или двойной. И опрашивать его любым цифровым входом.

Гриша
Offline
Зарегистрирован: 27.04.2014

svm пишет:

Гриша пишет:

критика по схеме - стабилитрон вообще не в тему - выкинуть и забыть.  поставить для защиты сопротивление непосредственно на аналоговый вход порядка 10 - 50 кОм - этого хватит в 90% случаев, для напряжения до 10В - 100% . 

 ...никакой точности от него требовать не стоит, а вот неубиваемость - нужна. Стабилитрон можно оставить...

какая ВАХ стабилитрона? на что "высаживать" ток от избыточного напряжения? Стабилитрон по этой схеме не только бесполезен, но и вреден. Если поставить на аналоговый вход высокоомное сопротивление 10-50кОм ток будет высаживаться на этом сопротивлении, а напряжение будет ограничиваться внутренней схемой защиты входа МК. можете смело это испытать просто поставьте между источником напряжения и входом сопротивление  50 кОм и подайте на аналоговй вход 10В и получите на входе МК Vcc+0,7В и GND-0,7В. Единственное что можно добавить, это внешние быстрые диоды типа IN4148 продублировав стандартный вход МК (подобрав сопротивление, компенсировать токи утечки. Висящий вход ИЦП будет ловить много чего - это нужно помнить ).

svm пишет:

параллельно ему еще и диод для защиты от переполюсовки...

очень толстый(потоку) и очень быстрый импульсный - и дорогой, выше я написал как проще.

svm пишет:

Можно еще и кондючок на землю, на всякий случй. И от наводок защитит и немного от статики.Все это подключается прямо на аналоговый вход..

бессмысленно и ни от чего не защитит, а искажение в измеряемую схему внесет нехилые - зачем они там?

svm пишет:

да и предохранитель ампер на 10 не лишним окажется.

в 1,5 раза больше измеряемого тока, если ток ниже 10А ...

svm пишет:

А по поводу индикации режима, поставить или перекидной переключатель, или двойной. И опрашивать его любым цифровым входом.

шунт без усилителя будет "снимать" 2А*0,1 Ом - 0,2В это по ТЗ в пределе, учитывая погрешности и прочее т.е ерунду увидим на МК - блох, которых трудно достать из мусора. Увеличивать сопротивление шунта - вредно, так и обсуждать этот вариант схемы я бы не стал ИМХО.

svm
Offline
Зарегистрирован: 06.11.2016

Многоуважаемый Гриша

Вы немного невнимательно прочитали. Связку-стабилитрон, защитный диод и конденсатор я предложил подключить непосредственно к аналоговому входу. А измерительную цепочку ТС подключить к нему через резистор порядка 100 КОм. На нем все и высадится, как Вы пишете. ВАХ стабилитрона при напряжении < напряжения стабилизации, никак не скажется. Защитный диод тоже любой маломощный Шоттки, т. к. перед ним стоит резистор порядка 100 КОм. Ну а конденсатор - никогда не помешает, а тем более для таких "приборов".

Насчет предохранителя, если его поставить в 1,5 раза больше, я думаю спалят при первом-же экспирименте. А 10 А не каждая батарейка выдаст. А если в сеть воткнут - сгореть должен (хотя не факт). Его задача защитить шунт и контакты перелючателя.

Ну а насчет того, что 200 мВ - это блох ловить, вопрос неоднозначный. При опорном 1.1 В  можно получить 10 мА на деление. Зачем больше на аналоговой шкале? Обратите внимание на изображение шкалы приборов у ТС, какова цена деления?

leks
Offline
Зарегистрирован: 22.10.2017

http://alexeevd.narod.ru/publ/arduino_vametr/1-1-0-9

Вот автор так хитро делает, но почему в защиту ставит стабилитрон на 5 Вольт? Почему стабилитрон бесполезен до защитного резистора и полезен после?

Мне хотелось бы только два провода из прибора. Если верить вариативности номинала резистора перед аналоговым входом (хошь 300 Ом, хошь 100 кОм) то можно обойтись одной группой переключающих режимы контактов.

Токи "плоской" батарейки врядли будут больше 2-3 А. Она же солевая (это я к тому чтоб просто и надёжно схему реализовать).

svm
Offline
Зарегистрирован: 06.11.2016

leks пишет:

http://alexeevd.narod.ru/publ/arduino_vametr/1-1-0-9

Вот автор так хитро делает, но почему в защиту ставит стабилитрон на 5 Вольт? Почему стабилитрон бесполезен до защитного резистора и полезен после?

Мне хотелось бы только два провода из прибора. Если верить вариативности номинала резистора перед аналоговым входом (хошь 300 Ом, хошь 100 кОм) то можно обойтись одной группой переключающих режимы контактов.

Токи "плоской" батарейки врядли будут больше 2-3 А. Она же солевая (это я к тому чтоб просто и надёжно схему реализовать).

1 Стабилитрон без защитного резистора-штука одноразовая, если источник достаточно мощный он его сожжет

2 Аналоговый вход имеет очень высокое входное сопротивление, поэтому номинал резистора (в разумных пределах) от единиц Ом до сотен КОм, практически не влияет на результат измерений

3 Для работы с такими батарейками Ваша схема вполне работоспособна, но защититься от учеников , все-таки не помешает.

leks
Offline
Зарегистрирован: 22.10.2017

Так вот что ещё: если выставить 1,1 В в качестве опорного, тогда надо защищать от них же, но выше? А это в качестве стабилитрона 3 кремниевых диода последовательно в прямом направлении. Уж их можно подобрать по току несгораемыми? Правда понадобиться для вольтметра добавочный резистор и схема закорачивания переключателем измениться.

Гриша
Offline
Зарегистрирован: 27.04.2014

leks пишет:

Так вот что ещё: если выставить 1,1 В в качестве опорного, тогда надо защищать от них же, но выше? А это в качестве стабилитрона 3 кремниевых диода последовательно в прямом направлении. Уж их можно подобрать по току несгораемыми? Правда понадобиться для вольтметра добавочный резистор и схема закорачивания переключателем измениться.

На сколько помню, аналоговые входы подключаются к АЦП через мультиплексор... т.е. установив Опору АЦП на 1,1 В или меняйте опорное для разных измерений или городите делитель... 

На вход МК можно подавать напряжение не более напряжения питания аналогового входа (за все МК не уверен, атмега328 выживает).  

Вам решать, но я бы забыл про стабилитрон - там такой разброс параметров, нелинейность, а требование к превышению напряжения по входу МК высокие.  

svm
Offline
Зарегистрирован: 06.11.2016

leks пишет:

Так вот что ещё: если выставить 1,1 В в качестве опорного, тогда надо защищать от них же, но выше? А это в качестве стабилитрона 3 кремниевых диода последовательно в прямом направлении. Уж их можно подобрать по току несгораемыми? Правда понадобиться для вольтметра добавочный резистор и схема закорачивания переключателем измениться.

Вам уже подсказали, что вход АЦП не любит напряжение больше источника питания, и не зависит от опорного. Хотя при использовании "защитного" резистора большого номинала, весь этот огород можно смело выкинуть. Атмега и сама защитится.

А насчет изменения схемы переключения, это больше вопрос религии. Проще программно переключать опорное напряжение. На токах  1,1 В, на напряжении 5 В. А еще лучше использовать два аналоговых входа. Один без делителя, второй с делителем. Тогда можно будет измерять напряжения больше 5 В, или хотя-бы индицировать превышение 5 В. В Вашем случае показания вольтметра при напряжении больше 5 В всегда будут 5 В, что может привести к сомнению в справедливости закона Ома. Так-же можно программно подключать резисторы делителя цифровыми входами. Посмотрите тему  http://arduino.ru/forum/proekty/universalnyi-arduino-probnik  Там можно посмотреть как перекключаются различные резисторы делителя и аналоговае входы. И на различных пределах измерения меняется опорное напряжение.

leks
Offline
Зарегистрирован: 22.10.2017

Вот то что можно подавать выше опорного не знал. Тогда на выходе АЦП при опорном в 1,1 будет всегда 1023 если подать на вход больше?

Для детей, а потом студентов запрыг стрелки за предел это всегда чуть больше этого предела :) Отсюда золотое правило - достоверность измерения выше если стрелка в центральной части шкалы и убывает по краям. Почему - когда то нам объясняли подробно, но я уже забыл.

svm
Offline
Зарегистрирован: 06.11.2016

leks пишет:

Вот то что можно подавать выше опорного не знал. Тогда на выходе АЦП при опорном в 1,1 будет всегда 1023 если подать на вход больше?

Для детей, а потом студентов запрыг стрелки за предел это всегда чуть больше этого предела :) Отсюда золотое правило - достоверность измерения выше если стрелка в центральной части шкалы и убывает по краям. Почему - когда то нам объясняли подробно, но я уже забыл.

Все правильно, всегда будет 1023. И стрелка дальше не запрыгнет, поэтому лучше использовать делитель, чтобы можно было измерять напряжения больше опорного, или хотя-бы индицировать превышение (вкючить красную моргающую подсветку шкалы)

Гриша
Offline
Зарегистрирован: 27.04.2014

как вариант, многие ограничивают верхний предел АЦП (примерно 950) и все, что выше него, выдается как превышение пределов измерения.  Ну а индикатор можно и зашкаливать... какая разница как картинку рисовать, лишбы наглядно.

leks
Offline
Зарегистрирован: 22.10.2017

Тогда такой вариант получается, с опорным 1,1 В без его смены в скетче. Добавочные в сумме 1к, учитывая токи в школьных цепях и свойства диодов и стабилитронов. Такой вариант осмыслен?

svm
Offline
Зарегистрирован: 06.11.2016

leks пишет:

Тогда такой вариант получается, с опорным 1,1 В без его смены в скетче. Добавочные в сумме 1к, учитывая токи в школьных цепях и свойства диодов и стабилитронов. Такой вариант осмыслен?

У Вас опять стабилитрон и диод при измерении токов оказались незащищенными если падение напряжения на шунте превысит напряжение их пробоя, кроме того Шоттки лучше перевернуть, иначе он бесполезен. Они должны быть правее верхнего (условно защитного) резистора 10 К. Тогда они будут в безопасности. Резистор параллельно конденсатору лучше убрать. Он образует еще один делитель, который Вам не нужен, он снизит чувствительность входа и усложнит формулы рассчета. 

Гриша
Offline
Зарегистрирован: 27.04.2014

leks пишет:

Тогда такой вариант получается, с опорным 1,1 В без его смены в скетче. Добавочные в сумме 1к, учитывая токи в школьных цепях и свойства диодов и стабилитронов. Такой вариант осмыслен?

прочитайте эту статью:   AVR. Учебный курс. Устройство и работа портов ввода-вывода ... картинка с описанием:

Итак, что же представляет собой один вывод микроконтроллера. 
Вначале на входе стоит небольшая защита из диодов, она призвана защитить ввод микроконтроллера от превышения напряжения.
 Если напряжение будет выше питания, то верхний диод откроется и это напряжение будет стравлено на шину питания, 
где с ним будет уже бороться источник питания и его фильтры. Если на ввод попадет отрицательное (ниже нулевого уровня) напряжение, 
то оно будет нейтрализовано через нижний диод и погасится на землю. Впрочем, диоды там хилые
 и защита эта помогает только от микроскопических импульсов от помех. Если же ты по ошибке вкачаешь 
в ножку микроконтроллера вольт 6-7 при 5 вольтах питания, то никакой диод его не спасет.

Конденсатор, нарисованный пунктиром, это паразитная емкость вывода. 
Хоть она и крошечная, но присутствует. Обычно ее не учитывают, но она есть. 
Не забивай голову, просто знай это, как нибудь я тебе даже покажу как её можно применить ;)

просто поставте в параллель внутренним диодам - внешние (я писал выше) - это и будет защита.

из вашей картинки оставить тумблер, Rш, верхний резистор 10к и конденсатор... добавить диоды из статьи.

если не хотите дергать ИОН - подключайте резистор делителя для измерения напряжения - второй группой контактов переключателя. 

ЗЫ подписывайте пордок деталей и их номиналы - а то как по схеме общаться "верхнее сопротивление"... :)

leks
Offline
Зарегистрирован: 22.10.2017

Вот такую статью прочитал до самой нижней схемы.

http://cxem.net/beginner/beginner102.php

Вспомнил, что стабилитрон это ещё и обычный диод при обратном включении. В гараже помучал КС447 с токаограничительным резистором на 510 Ом. При диодном включении на нём падает 0,5-0,6 В (подавал в цепь 1-20 В). При режиме стабилитрона после 2,8 В начинает открываться - т.е. до этого предела не искажает подаваемое на резистор напряжение. Всвязи с чем такой вариант нарисовал. R2 защитный резистор стабилитрона при включении шунта.

svm
Offline
Зарегистрирован: 06.11.2016

leks пишет:

Вот такую статью прочитал до самой нижней схемы.

http://cxem.net/beginner/beginner102.php

Вспомнил, что стабилитрон это ещё и обычный диод при обратном включении. В гараже помучал КС447 с токаограничительным резистором на 510 Ом. При диодном включении на нём падает 0,5-0,6 В (подавал в цепь 1-20 В). При режиме стабилитрона после 2,8 В начинает открываться - т.е. до этого предела не искажает подаваемое на резистор напряжение. Всвязи с чем такой вариант нарисовал. R2 защитный резистор стабилитрона при включении шунта.

Если в 220 не втыкать - прокатит, но я бы перенес стабилитрон к конденсатору, а R3 увеличил на порядок (береженного бог бережет)

leks
Offline
Зарегистрирован: 22.10.2017

Решил для удобства управлять режимами прибора из приложения - поставить реле вместо переключателя. Нашёл подобный экземпляр, ток срабатывания 40 мА, так и хочется напрямую без транзистора. Для снижения тока удержания попробовал конденсатор параллельно резистору в 100 Ом. Ток упал до 20 мА. Осталось шунтирующий диод не забыть.

BOOM
BOOM аватар
Offline
Зарегистрирован: 14.11.2018

Спалите ардуино. У неё всего то нагрузка копейки, а тут ещё и два реле. Уж ключи на мосфетах сляпать - пять минут из них 4 паяльник греется. 

leks
Offline
Зарегистрирован: 22.10.2017

Такой вариант работает, можно отследить зашкал прибора и защититься дополнительно, разомкнув контакты реле (если прибор работал в режиме амперметра).

Переполюсовка и подача напряжения иной полярности даёт нули в показаниях т.е. для АЦП это равносильно состоянию когда ничего не подключено, а хотелось бы в приложении отслеживать ошибочное подключение. На стабилитроне-диоде падает в этом режиме около 0,6 В. Как их можно отследить?

Гриша
Offline
Зарегистрирован: 27.04.2014

leks пишет:

 На стабилитроне-диоде падает в этом режиме около 0,6 В. Как их можно отследить?

Это стандартная задача. К сожалению без ОУ она приведет к потере точности и потербует большей сложности при калибровке прибора - потребуется калибровка не по 2 точкам, а большеу количеству. Для штучного или мелкосерийному выпуску ручной сборки не принципиально.

1) у вас есть радуино? вы уже пробовали собрать простой вольтметр в полуением данных в сериал?

2) потребуется дополнительно ИОН (источник опорного напряжения), если установить высокоомный предделитель, который при отсутсвии сигнала будет держать некоторое значение АЦП значительно выше нуля, которое программно будет считаться нулем - все значения АЦП ниже этого порога будут индикатором подачи сигнала обратной полярности. это снизит разрядность и точность измерений. 

 как ИОН сгодится TL431 - используется в подавляющем большинстве недорогих импульсных блоках питания

3) выше я писал в посте 7  какие дешовые диоды (IN4148 ) и почему рекомендую поставить. эти же диоды испоьзовать для шунтирования катушки реле - такие диоды ставят оптом во все источники бесперебойного питания, они есть почти во всех импельсных блоках питания (более-менее серьезных). Выкиньте вы этот стабилитрон - ОН БЕСПОЛЕЗЕН (у него не хватит скорости реакции).

4) R4 20к разделите попалам и между ними поставьте защитные диоды и  конденсатор.  в эту точку можно подать напряжение с предделителя для (2).

5) Вы слишком зациклились на схеме, пора уже эксперименты ставить на железе.

svm
Offline
Зарегистрирован: 06.11.2016

leks пишет:

Переполюсовка и подача напряжения иной полярности даёт нули в показаниях т.е. для АЦП это равносильно состоянию когда ничего не подключено, а хотелось бы в приложении отслеживать ошибочное подключение. На стабилитроне-диоде падает в этом режиме около 0,6 В. Как их можно отследить?

Так как сверхточность не требуется, то применение операционников это лишнее.Чем проще,тем надежнее.  Я этот вопрос в автомобильном пробнике решил так http://arduino.ru/forum/proekty/universalnyi-arduino-probnik?page=2#comment-352905  теория в 104 посте. Идея в том, что прибор меняет щупы местами, пытается определить наличие напряжения. В варианте верхней границы 20 В, уверенно измеряет 50 мВ, с определением полярности. Никаких защит не ставил. От БП давал 30 В, спалить не удалось.

leks
Offline
Зарегистрирован: 22.10.2017

Да, я собрал схему, написал скетч, приложение сделал, испытал разными источниками и потребителями. Всё работает как задумано. Надо просто отслеживать обратную полярность. Идея с внешним опорным вроде понятна, но не измерять надо, а просто фиксировать факт наличия. Мне казалось как нибудь ключ на транзисторе германиевом придумать, что бы при наличии обратного напряжения на стабилитроне шёл сигнал на пин дополнительный (не трогать больше АЦП с его нулевым показанием).   

svm
Offline
Зарегистрирован: 06.11.2016

Даже германиевые Вас не спасут, все равно где-то 0,3 - 0,5 В на них упадет. А то, что я предложил, если выкинуть омметр - всего три резистора. И если ограничить верхний предел 5 В, то можно измерять напряжения любой полярности практически от "0". Недостаток схемы - питание от автономного источника. А амперметр - просто подключать шунт к входным щупам, возможно его точности Вам хватит. Скетч элементарный и достатчно хорошо прокомментирован. Схему собрать - 5 минут. Проверьте, может это самый простой вариант. Не обязательно измерять отрицательное значение. Просто если перевернули щупы и на выходе АЦП появилось что-то, то полярность - обратная. В принципе схема измерения такая-же как у Вас, только резисторы делителя коммутируются ключами ардуино. Если на выходе "0", то он через сопротивление ключа около 20 Ом подключен к земле, если "1" то к питанию. Если он работает как вход, то обрыв цепи.