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无线电电子与电气工程百科全书 实验室电源用电流表电压表。 无线电电子电气工程百科全书
该设备设计为与电源配合使用，其描述已在 [1] 中发布，但是，它也可以连接到另一个类似的单元。 它不仅显示设备的输出电压和负载电流，还执行多种附加功能，使实验室电源更加可靠并便于实际工作。 所提出的安培电压计（以下简称AVM）的主要功能——测量电源的输出电压和负载电流——还补充有指示根据说明组装的单元电流保护操作的设定阈值的能力在[1]中。 这样就无需在设置此阈值的过程中向设备加载给定的最大电流，然后小心地“捕获”控制旋钮的所需位置。 AVM 中的微控制器可以根据其在可变电阻器 R5 引擎上测量的电压（参见[1]中的图 1）和电流传感器电阻器 R13 的电阻（同上）轻松计算电流阈值。 计算值显示在 LCD 上。
根据测量单元输入和输出电压以及负载电流的结果，计算并显示负载功率和单元控制晶体管消耗的功率值。 另外，该晶体管的散热器的温度受到控制。 根据其测量结果，吹散热片的风扇会自动打开和关闭。 如果发生严重过热，电源将与网络断开。 AVM 的另一个功能是限制为设备供电的整流器的平滑电容器的充电电流的浪涌，这种浪涌是在连接到网络时发生的。 此外，AVM 还提供自校准模式。 该设备的尺寸仅略大于其中使用的 LCD 的尺寸。 根据所选的显示模式，输出电压 V 和负载电流 A 显示在屏幕上（图 1）； 负载功率，W（图2）； 电流保护阈值，A（图3）； 调节晶体管散热器的温度， оC，它消耗的功率，W（图4）。 如果在操作过程中当前未显示在屏幕上的任何参数发生变化，则其值会出现在屏幕上，并在一段时间后恢复之前的显示模式。
AVM方案如图5所示。 1. 其主要组件是输入分压器和噪声抑制滤波器、包含 ADC 并执行所有必要计算的 DD1 微控制器，以及 XNUMX 位 LCD HGXNUMX。
AVM 使用两个按钮进行控制。 SB1 按钮可切换图 1 所示环周围的显示模式。 4-2 个序列。 SBXNUMX 按钮用于打开和关闭 AVM 工作的电源。 由于微控制器内置的 ADC 只能测量不超过其电源电压的电压，因此在两个 ADC 输入处安装了分压器。 第一个由电阻器 R1 和 R3 组成，可将电源的输出电压降低十倍。 第二个分压器由电阻器 R2 和 R10 组成，分压系数为 20。它将整流器提供给电源的电压降低到 ADC 可接受的值。 测量该电压对于计算控制晶体管中消耗的功率是必要的。 测量负载电流和电流保护阈值的电路中不需要分压器，因为电流传感器 R13 [1] 和可变电阻器 R5 [1] 处的电压不会超过 ADC 允许的值。 测量的电压通过截止频率约为 7 Hz 的低通滤波器施加到微控制器的所有使用的 ADC 输入。 这是输出电压测量通道中的R4C1（UØ），R5C2在负载电流测量通道（Iн），R6C3在通道中用于测量电流保护阈值（I最大），R7C4在温度测量通道，R9C5在整流电压测量通道U维普 需要减少与测量电压纹波相关的误差。 程序处理后的ADC运算结果显示在HG1指示器上，HGXNUMX指示器通过I接口与单片机连接2C. 因为，根据规范 I2C、接口信号输出必须为集电极开路（漏极），程序相应配置单片机的PB0、PB2线。 它们的负载是两个电阻组件DR1。 当连接到它们的按钮 SB1 和 SB3 未被按下时，同一组件的另外两个电阻器在输入 PB1 和 PB2 处保持高电平。 按其中任何一个都会将相应的输入设置为低电平。 电阻R10在单片机复位输入端保持高电平。 用于将程序加载到其内存中的微控制器引脚被路由到 X3 连接器，如有必要，该连接器连接到编程器。 晶体管VT1根据来自微控制器的信号，控制液晶屏HG1的背光。 测量信号由一根软电缆提供，电缆上安装有插座 X1。 控制风扇、打开电源以及控制限流电路以对整流器的平滑电容器充电的信号输出到引脚块X2。 5 V 电源电压施加到微控制器的引脚 5 和 15。 由于内置 ADC 由引脚 15 供电，因此该引脚电路中包含 L1C9 滤波器，以消除对其操作的干扰。 通过电容C7，关闭单片机消耗的电流的脉冲成分。 AVM 安装在双面印刷电路板上（图 6）。 安装前，需要将其“响”一下，并拆除检测到的导体之间未蚀刻的跳线。 建议在板上安装微控制器面板，因为如果 AVR 系列微控制器出现编程错误，通常会出现与传统串行编程器的连接中断的情况。
由于在家中很难对板孔进行金属化，因此必须将零件的引线焊接在其两面。 在这种情况下，微控制器的面板必须是夹头，否则将无法从零件安装侧焊接其结论。 通过如图所示的孔。 6 填充，在没有金属化的情况下，需要在两侧插入并焊接短段裸线。 也可以使用空心铜铆钉（敲击帽）进行金属化，将它们插入板的孔中并在两侧展开。 例如，这种活塞组以 LPKF EasyContac 和 BG9.S 铆钉商标出售，但它们相当昂贵。 该板上有安装孔和安装按钮 SB1 和 SB2 的位置，以及图中未显示的另一个按钮（指定为 SB3，可通过中间继电器用作 [1] 中的 SB1 按钮）和HL1 LED [1]。 SB3 按钮的触点和 LED 的输出连接到 X5 连接器（图中也未显示）。 如有必要，可按照图 65 中的切割方式将板的尺寸减小至 42x6 mm。 1 虚线。 在这种情况下，按钮 SB2 和 SB4 位于任何方便的位置，并通过线束或一段扁平电缆连接到 XXNUMX 连接器。 分压电阻（R1-R3、R10）- C2-23，容差为±1%。 如果找不到标称值为2 kOhm的电阻R191，可以用180和10 kOhm两个值组成。 其余电阻为 C1-4-0,125。 NTC 热敏电阻 RK1 - B57703。 5A332J电阻组件可用国产HP-1-4-4M标称值3,3kOhm的电阻代替。 电容器——陶瓷K10-17或进口。 扼流圈 L1 - EC-24 100 uH。 AVM 使用连接器 BLD-6 (X1)、PLD-6 (X2)、PLD-10 (X3)、PLS-4(X4、X5)。 按钮 - 具有合适按钮长度的任何时钟，例如 TS-A6PS。 指示器 - MT-10T11 [2]，具有任何字母和数字索引，3V0 除外。 具有此索引的指示器设计用于 3 V 电源电压，在 5 V 电源电压下无法工作。 MT-10T12 指示器也可以使用，但尺寸是其两倍。 2N7000场效应晶体管可以替换为任何其他阈值电压不超过3V的n沟道绝缘栅晶体管。甚至可以使用npn双极晶体管，但这将导致其上消耗更多的功率并且降低背光亮度。 您可以尝试用 ATtiny26L-PU 替换 ATtiny16-26PU 微控制器，但其运行保证在不超过 8 MHz 的石英谐振器频率下。 微控制器程序是在Atmel AVR Studio环境中开发并用汇编语言编写的。 您可以使用专有的 AVR ISP mk II 编程器直接从开发环境将其加载到微控制器存储器中，或者使用 AVReAl 程序 [3] 和 Altera ByteBlaster 适配器 [4]。 X3 连接器的引脚分配与该特定适配器相对应。 不排除将其他编程器用于 AVR 系列微控制器。 avm.hex 文件中的代码被输入到微控制器的闪存中，并且 avm.eep 文件中的代码被输入到其 EEPROM 中。 微控制器的配置必须与图 7 相对应。 XNUMX.
程序操作算法包括以 50 Hz 频率循环轮询五个测量通道。 在电压和电流通道中进行测量时，ADC 的参考电压为 2,56 V，由微控制器内置的电源提供。 测量温度时，微控制器电源电压 (5 V) 是示例。 ADC运算的结果被添加到环形缓冲区中，其中包含25个读数，每个读数占用两个字节（单片机的ADC是十位的）。 事实上，每个通道都存储了最近五个读数的历史记录。 为了减少每个通道读数的波动，计算最后五个读数的平均值[5]。 经过处理后，电流和电压的值用0-255范围内的整数表示，电压的最低有效位值为0,1V，电流为0,01A。因此，电压的测量限值和电流分别为25,5V和2,55A。 电源 [1] 输入端的整流电压值不会显示在指示器上，但用于计算该电源消耗的功率。 考虑到 ADC 参数和分压器电阻的分布，每个通道（温度通道除外）的校正系数存储在微控制器的 EEPROM 中。 默认情况下，它们都等于 1，但由于自校准过程，它们可以取从 0 到 2-1/64 的值，增量为 1/64。 温度的取值范围为 -55 至 +125 °C，并以摄氏度为单位显示在 LCD 上。 为了计算它，使用了 ADC 操作结果的表格转换。 如果测量的温度值大于45 оC、小于40则生成打开风扇的命令 оC、风扇关闭。 如果温度超过90 о紧急关闭电源，LCD显示“过热”字样。 要启动自校准模式，需要使用 SB2 按钮发出关闭电源信号（AVM 保持打开状态），然后按下 SB1 按钮并在按住的同时再次按下 SB2。 之后，将以下示例性电压施加到 X1 AVM 连接器： 施加到输入 U维普 （引脚 6）- 40 V，输入 UØ （续 1） - 20 V，输入 Iн（续2）和我最大 （引脚 5）- 0,5 V，对应于 In = 13 A 时电流传感器（[1] 中的 R2）上的电压降。电压 7 IN。 校准时，指示灯上的通道以最左边熟悉的字母表示：U——输出电压，I——负载电流，L——保护动作电流，t——温度，r——整流电压。 例如，在校准输出电压通道之前，如图所示的铭文。 8.
通过按SB1按钮逐个选择要校准的通道，并在SB2的帮助下启动所选通道的校准过程。 “已保存”字样将通知您已完成并将结果写入 EEPROM，再过 2 秒，您可以在指示器上看到使用所选系数计算出的相应参数的值。 之后，您可以通过按 SB1 按钮进入下一个通道，或通过按 SB2 重复上一个通道的校准。 通过在指示器上显示输出电压值，AVM 会考虑电流传感器上的压降，并将其从测量结果中减去。 因此，在校准完成后，虽然来自 AVM 输入的参考电压被移除，但 19,5 V（比 0,5 V 参考电压低 20 V）和 2 A（对应于电流传感器上的电压降 0,5 V） 。 AVM 根据图 1 所示的方案连接到电源 [9]。 13、电阻R1，根据块的描述，是由三个标称值为0,33欧姆的一瓦电阻并联而成，阻值为0,25欧姆。 您需要再添加一个相同的电阻，将总电阻降低至 XNUMX 欧姆。 这简化了 AVM 微控制器执行的计算。
该图示出了变压器T1和二极管VD1-VD4上的整流器作为电源的输入电压源，并配备有限流单元，用于在接通后对平滑电容器充电。 为了与打开晶体管 VT1 的信号同时操作，从而导致继电器 K1 操作并向变压器的电源绕组提供电源电压，微控制器还发送打开光耦合器 U1 的光电晶体管的信号。 因此，机组开机后晶体管VT2保持截止状态，整流器平滑电容的充电电流流经电阻R5对其进行限制。 AVM 微控制器程序监控这些电容器上的电压变化率。 一旦它充分减小（这意味着电容器几乎充满电），打开光耦合器 U1 的光电晶体管的信号将被移除。 结果，晶体管VT2的栅极-源极电压将增加。 其漏源通道将打开。 由于开放通道的电阻仅为0,018欧姆，因此流过电阻器R5的任何明显电流不再流动，并且不会影响器件的进一步操作。 变压器 T1 - TTP-60 2x12 V。肖特基二极管 90SQ045（组装桥式整流器）可以用 1N5822 代替。 AVM 本身由电压为 2V 的独立电源 U5 供电，其主要要求是纹波最小。 微控制器消耗不超过20mA，指示灯背光消耗约100mA，继电器K100（TRIL-1VDC-SD-5CM）还需要2mA。 Sprint Layout 5.0格式的AVM印刷电路板文件及其微控制器程序可以从ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/02/avm.zip下载。 文学
作者：V. Rybakov
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