Измеритель всего, что попадется под руку (RLC-метр)

Автор: Neekeetos, neekeetos@yahoo.com
Опубликовано 16.09.2013
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2013!"

В процессе создания радиолюбительских конструкций и ремонта радиоаппаратуры довольно часто приходится сталкиваться с необходимостью измерить тот или иной элемент схемы или подобрать номинал. Обычно присутствующий на столе тестер тут может помочь лишь в измерении сопротивлений, иногда емкости с плохой точностью. Это и явилось причиной создания такого прибора, который был бы способен с приемлемой точностью замерить все возможные параметры электронного компонента, попавшего в руки радиолюбителя, но при этом был достаточно прост по конструкции, недорог в сборке и компактен. В результате была придумана конструкция на мк stm32f100c4t6 с такими параметрами:

позволяет измерять:

• резисторы в диапазоне от 0,001Ом до 500кОм
• конденсаторы 1нФ – 10000мкф
• индуктивности 1мкГн – 10Гн

Для конденсаторов и индуктивностей дополнительно оценивается значение внутреннего сопротивления ( ESR ) и добротность Q

Измерение производится на частоте 1кГц. На измеряемую деталь подается сигнал синусоидальной формы. Амплитуда сигнала зависит от многих факторов. Максимальное ее значение составляет 1В. Во время измерения электролитических конденсаторов данное напряжение не превышает 10мВ, что позволяет производить измерения без выпайки элемента из платы (при этом измеряемая схема не должна быть под напряжением, а сам измеряемый конденсатор должен быть разряжен, те его выводы необходимо ненадолго замкнуть перед измерением, если этого не сделать, то прибор с большой вероятностью сломается).

Прибор потребляет:

• в режиме измерения с включенной подсветкой прибора - 20ма,
• в выключенном состоянии - 15мка.

Питание прибора осуществляется от LiIon аккумулятора, который можно зарядить подсоединив прибор USB кабелем к компьютеру или сетевой зарядке 5В.

Схема прибора

Как пользоваться

Для включения прибора необходимо нажать и удерживать кнопку PWR в течение 2 секунд. После чего наэкране появится приветствие и начнется калибровка. На первом шаге калибровки измеряется сопротивление разомкнутых щупов, в случае если это не так прибор выведет подсказку «Open leads», после размыкания щупов или отсоединения от них детали прибор начнет процесс калибровки. Вторым шагом калибровки оценивается сопротивление щупов в замкнутом состоянии, для начала калибровки необходимо замкнуть щупы, до тех пор пока это не сделано на экране будет показываться подсказка «Close leads» . После проведения всех калибровок прибор сразу переходит в режим измерения и показывает на экране результаты замеров.

Управление осуществляется тремя кнопками (PWR, S/P, REL), присутствующими сбоку платы. Во включенном состоянии короткое нажатие кнопки PWR позволяет включать/выключать подсветку. По умолчанию при включении она включена. Длительное удержание кнопки приведет к выключению прибора. Кнопка S/P позволяет переключать режим замещения между двумя режимами:

- последовательный , когда измеряемый элемент представлен активным сопротивлением включенным последовательно с емкостью/индуктивностью. Данный режим обозначен на экране значком SER в верхней части экрана, а замеренные значения отображаются с именами Rs,Cs,Ls. Это основной режим прибора и позволяет замерять внутреннее сопротивление конденсаторов(ESR) и катушек одновременно с их номиналом.

- параллельный режим замещения, когда измеряемый элемент представлен активным сопротивлением включенным параллельно с емкостью/индуктивностью. Режим в основном используется для оценки элементов с большим внутренним сопротивлением, например .когда требуется оценить ток утечки конденсатора или паразитную емкость высокоомного резистора.

Кнопка REL позволяет включить режим относительных измерений, в этом режиме можно вычесть вклад отдельного элемента в измерение. Используя данный режим можно например замерять элементы, находящиеся под постоянным напряжением. Сам прибор не допускает подключения источников напряжения к щупам, однако, если последовательно со щупами включить емкость, то можно замерять например внутреннее сопротивление аккумуляторов. Схема измерения при этом такая – разделительную емкость необходимо подсоединить к щупам прибора и произвести измерение, затем нужно включить режим относительных измерений, при этом показания на экране обнулятся . После этого необходимо отсоединить один из щупов от разделительной емкости и включить аккумулятор между этим щупом и свободным выводом разделительной емкости. Прибор при этом отобразит внутреннее сопротивление аккумулятора. ( Это все касается низковольтных аккумуляторов. Напряжение аккумулятора не должно быть выше 3 вольт!)

Как сделать

Сборка прибора не должна представлять особых проблем. Возможно самое сложное это изготовление платы, но ее можно сделать в домашних условиях с ипользованием как ЛУТ технологии так и с помощью фоторезиста. Плата двухсторонняя, вторая сторона ее представляет собой просто слой фольги, желательно позаботиться о нем при травлении верхнего слоя с проводниками. Все те контактные площадки, которые обозначены внутренним серым кружком на рисунке платы необходимо запаять перемычками на нижний слой платы, он служит землей и экраном для схемы. К этой статье также прикреплено фото собраной платы для того, чтобы можно было сориентироваться что и как припаивается.

После сборки необходимо будет прошить МК. Это можно сделать двумя способами:

Если есть программатор/отладчик для STM32, то достаточно подключить его к соответствующим пинам на разъеме JP2 (верхние 4, два из них это питание, земля, оставшиеся два это SWD).

Если отладчика нету но есть желание прошить мк, то алгоритм действий таков:

• необходимо найти конвертер USB-COM, такой , чтобы его выходные уровни были 3 вольта ,для  этого отлично подходят старые кабели от сотовых телефонов.
• надо припаять тонким проводком контакт P1 на + питания  - верхний пин разъема JP2
• С сайта STM необходимо скачать утилиту для прошивки МК через компорт и прошить ей МК. (на случай если ссылка сломается на сайте можно поискать "STM32 and STM8 Flash loader demonstrator (UM0462)")
• Убрать проводок между P1 и питанием.
• Использовать прибор

Вот пожалуй и все. Надеюсь, что данная конструкция окажется полезной многим. Возможно,  что в программе данного прибора будут производиться какие то изменения, с целью удаления багов, глюков, неудобств в работе и прочих вещей, в таком случае статья будет обновляться.

Видео работы прибора:

Комментарии по обновлению прошивки 6.03:

В новой прошивке добавлена поддержка нескольких частот ( 1кГц, 9кГц, 25кГц, 49кГц и 97кГц ) . Каждая из этих частот имеет собственную калибровку, поэтому алгоритм работы прибора поменялся. Теперь при первом включении на всех частотах отсутствует калибровка, это обозначается на экране статусом (---). После проведения калибровки она запоминается и при включении/выключении не пропадает, таким образом не требуется каждый раз калибровать прибор при включении, а лишь в случае необходимости. ( Значения запоминаются в озу прибора, так что в случае пропадания питания они все же будут сбрасываться, но зато ресурс flash мк не тратится при любом количестве перекалибровок ). В новой прошивке кроме добротности, одновременно рассчитывается также тангенс угла потерь.

Изменение в управлении

В новой версии прошивки

• кнопка S/P , выбирающая режим замещения при долгом нажатии позволяет переключать частоту, на которой производится измерение.
• кнопка REL ,при коротком нажатии активирует режим относительных измерений, что отображается на экране значком >.< , долгое нажатие данной кнопки запускает калибровку на текущей частоте. Сама калибровка делается в два этапа аналогично тому , как это было в первой прошивке. 

 К данной статье кроме новой версии прошивки прикреплен также архив с собранными прошивками для экранов 1110 и версия для 1202 с перевернутым изображением, что может быть удобно в случае самодельной платы или в силу конструкции корпуса.

Хочу поблагодарить TESLight(radiokot) и Link(pro-radio.ru) и Олега Гализина ( Galizin, radiokot ) за ценные советы и тестирование,  без которых новая версия прошивки не увидела бы свет!

Файлы:
Прошивка версии 6.03
Версия 6.03 для дисплеев типа 1110 с отзеркаленым изображением и для 1202 но перевернутая
Исходники 6.03
Измерение электролитического конденсатороа
Фото (почти)собранной платы прибора
Измерение резистора 0,5 ом
Файл печатной платы для SprintLayout 5
Прошивка для МК

Все вопросы в Форум.

Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Щуп измеритель RLC-71 + Тестер полупроводников

Измеритель uRLC

RLC измеритель "BALMER 303"

Измеритель nRLC

RC пинцет

RLC STM32F100C4

Полный пинцет. Тест измерителя RLC АКИП-6107.

Микроконтроллеры. Начало. STM32.

Простой универсальный функциональный генератор ГА71

Modbus и stm32

Аппарат физиотерапии Амплипульс-МИО

Многофункциональный частотомер FC-71