Миллиомметр цифровой на модулях ADS1115 и TM1637

В статье рассмотрена не сложная схема на китайских модулях ADS1115 и TM1637 и микроконтроллере PIC16F684. Прибор предназначен для измерения низкоомных резисторов. Единица младшего разряда индикатора соответствует одному миллиому. Диапазон измерения сопротивления низкоомных резисторов – 0,001… 2,047 Ом. Схема устройства представлена на рисунке 1.

«Сердцем» схемы является микроконтроллер PIC16F684 с записанной в него программой. Именно он выполняет все функции взаимодействия между модулем АЦП и модулем индикатора, а также управляет работой микросхемы стабилизатора напряжения и тока L200. Напряжение питания устройства стабилизированное, равное 8 вольт, хотя можно питать и девятью вольтами, как указано на схеме, но зачем лишняя потеря энергии на L200. Вообще минимальное напряжение питания во многом зависит от падения напряжения на пятивольтовом стабилизаторе напряжения DA1. Для LM7805 gropout voltage (минимальная разница напряжения вход — выход) составляет два вольта.

Минимальное падение напряжения между входом и выходом L200 – тоже два вольта, а напряжение на ее выходе в режиме стабилизации напряжения, при указанных величинах сопротивления резисторов выходного делителя R1 и R6, выбрано чуть больше четырех вольт. Ток в режиме его стабилизации при подключенном измеряемом резисторе, равен одному амперу. Его величина регулируется при помощи многооборотного подстроечного резистора R4, величина его сопротивления не критична и может быть выбрана в районе 100… 1000 Ом. Но очень важна его стабильность. Иначе стабильных показаний малых величин измеряемых резисторов вам не достичь. После всех манипуляций со схемой в процессе разработки, в итоге у меня поставлен китайский резистор на сто Ом, прошедший термотренировку и приработку в полностью собранном устройстве. Т.е. пять раз по часу в морозилке и пять раз сушка по часу в НУ и пару суток в работающем состоянии в импровизированной камере тепла при +50⁰С. У меня показания плыли в минус. Жаль снимать видео нечем. Кстати, уважаемые коллеги, может, кто подскажет, какую камеру приобрести для таких целей? Не дорогую, лучше на Али. Могу представить только фото. Внешний вид в режиме измерения показаны на фото.

Измерение резистора 0,39 Ом 1% отклонения.

Измерение самодельных резисторов по 0,01 Ома.

Как долго ни старался, но убрать шумы и наводки при замыкании входных клемм, т.е. при нулевом сопротивлении на входе схемы, не удалось. Десять миллиом на индикаторе стабильно высвечивались, из-за этого было принято решение о программной компенсации на нулевое значении – коррекция нулевых показаний. Схема была собрана и вешать дополнительные элементы (кнопку) не хотелось. Поэтому коррекция нуля происходит программно автоматически при включении прибора и при замкнутом входе. То есть каждый раз придется включать прибор с качественно замкнутым входом. Переходное сопротивление контактов должно быть минимальным. Если часто включать и выключать, то это естественно минус. Хотя на принципиальной схеме не показано, но топология печатной платы спроектирована для подключения четырехпроводных щупов (щупы Кельвина). (Кстати сперва на плате резистор R4 стоял СП3-39, думаю это не проблема).

К сожалению испытания миллиомметра проходили без щупов, непосредственным припаиванием измеряемых резисторов к клеммам платы. Щупы были, но пока не смог их найти. Хотя можно их купить на Али.

У меня были самодельные из бельевых скрепок, пока есть только фото.

Как изготовить такие щупы можно посмотреть в статье «Миллиомметр, доработка». В данном случае оплетка экрана красного провода подключается к клемме платы +Rx, внутренний проводник – к In Rx, экран синего провода – к Rx Gnd, внутренний проводник – к In Rx Gnd. И еще, лучше применять щупы с короткими проводами.

Работа схемы

Замыкаем входные клеммы и подаем напряжение питания на схему. Это напряжение через стабилизатор +5В DA1 подается на оба модуля, разъем внутрисхемного программирования и микроконтроллер. Микроконтроллер сразу же подает сигнал +5В через ограничивающий резистор R5 на базу транзистора VT1 для отключения стабилизатора DA2 L200. В это время происходит первичная настройка и инициализация задействованных в программе регистров PIC16F684. После этого от контроллера поступает сигнал на включение стабилизатора DA2 и через замкнутые клеммы начинает течь стабилизированный измерительный ток в один ампер. АЦП преобразует величину напряжения шумов и наводок, контроллер принимает и запоминает эту величину. Через примерно 2 миллисекунды контроллер закроет DA2. Таким образом, каждый замер происходит в диапазоне времени равном две миллисекунды, через паузу величиной в 70 миллисекунд. С таким таймингом, микросхема DA2 практически не греется, но небольшой радиатор все же необходим. При размыкании клемм, на индикаторе должно высвечиваться значение опорного напряжения АЦП – 2,048 для данного случая. Минус напряжение помех. У меня высвечивается 2,039.

Далее, если нет щупов Кельвина, спаиваем вместе клеммы +Rx c InRx, затем InRxGnd c RxGnd. К этим перемычкам подсоединяем измеряемые резисторы.

Транзистор VT1 – любой маломощный с n-p-n структуры. Диод VD1 – любой на ток не менее одного ампера. На схеме есть перемычка J1 по питанию +5В для микроконтроллера. При программировании через разъем ICS эту перемычку необходимо удалить. Этот же разъем применяется и для соединения модуля индикатора. Будьте внимательны при подключении индикатора, на нем четыре контакта, а у разъема – 5!!!! Если неправильно вставите – модуль может выйти из строя!

И напоследок. Пока подготавливал статью, на столе в рабочем беспорядке попались на глаза, недавно выпаянные диоды выпрямительного моста из платы старого телевизора. Скоропостижно пришла идея измерения прямого падения напряжения на диодах. Это дает возможность подбирать диоды на рабочем токе 1А для параллельного включения.

Разницу заметили? Вот и включи такие параллельно.
Для визуальной проверки работоспособности схемы на вход подключал светодиод без ограничительного резистора – моргает, не перегорает из-за малого времени прохождения тока.
Успехов. К.В.Ю.

Скачать файлы проекта