Mini 3 Ziffern- Anzeige, ein kostengünstiges digitales Spannungsmessungsmodul

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Hardware

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original in en Guido Socher

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Guido likes Linux because it is a really good system to develop your own hardware.

Abstract:[Here you write a little summary]

Wir bauen eine einfache und kostengünstige 3 Ziffern Anzeige. Es ist ein Spannungsmessungsmodul, aber es hat auch generelle Allzweck digitale IO Pins. Man könnte es genausogut benutzen, um einen digitalen Sensor auszulesen und den Wert anzuzeigen.

Es kann frei programmiert und kalibriert werden und sogar mit einer nicht linearen Formel programmiert werden. Es ist eine Anzeige, wo man die Relation zwischen dem gemessenen Wert und der angezeigenten Zahl definieren kann.

Dieses Modul ist als Bausatz in unserem Online-Shop: http://shop.tuxgraphics.org zu bekommen.

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Das Problem mit den meisten kommerziellen DVM Modulen

Heutzutage kann man in fast jedem örtlichen Elektronikladen ein digitales Spannungsmessgerät (DVM-Modul) bekommen. Diese Instrumente sind dafür geeignet in jedes Gerät gesteckt zu werden. Sie haben jedoch ein großes Problem und normalerweise wird dies auf der Packung nicht erwähnt. Wenn es erwähnt ist, dann meistens nur im Kleingedruckten des Beiheftes, das dabei liegt:

Man kann das Meßgerät nicht mit demselben Strom versorgen, den man beabsichtigt zu messen.

In anderen Worten, etwas wie das folgende ist nicht möglich:

Die Spannungsversorgung für das Spannungsmeßgerät muß eine unabhängige erdungsfreie Stromquelle sein. Schließlich baut man dann einen zweiten TRansformator in seine Ausrüstung ein.

Dieses Problem ist eine sehr ärgerliche Limitation dieser kleinen Spannungsmessgeräte und ein Hauptgrund, warum man sie nicht als Einsteckersatz für analogbewegte Spuleninstrumente benutzen kann.

Die Lösung: eine einfache Mikrocontroller-basierte DVM-Schaltung.

Die beste Lösung für dieses Problem, ist einen kleinen Mikrokontroller mit eingebautem ADC (analog to digital converter, Analog ui Digital Wandler) zu nehmen und eine Anzeige hinzuzufügen.

Wie hängt man eine kleine und günstige Anzeige an einen Mikrocontroller an? Hier ist eine Idee, die ich kürzlich hatte und die sehr gut funktioniert: Nimm eine 7segmentige LED Anzeige. Das einzige Problem ist, das 3 Ziffern normalerweise 3x7 = 21 Ausgabepins auf dem Mikrocontroller erfordern würden. Ein Weg, die Pins zu reduzieren, wäre 74HC4511 sieben Segment Treiber zu benutzen. Dies erhöht jedoch die Komplexität und verursacht Extrakosten.

Eine viel bessere Lösung ist es, nur eine sieben Segment Anzeige auf einmal zu fahren. Wenn das schnell genug gemacht wirdm dann sieht das menschliche Auge eine stehende flimerfreie 3 ziffrige Zahl.

Hier ist das Schaltdiagramm:

Klick auf das Bild für eine größere Version. Der Schaltplan ist auch als PDF verfügbar.

Ein universelles 3ziffriges Anzeigen

Dies ist wirklich viel mehr als ein DVM Modul. Da der Code als Quellcode vorhanden ist, ist es sehr einfach die Mathematik innerhalb des Spannungsmessers zu ändern. Man kann definieren, welcher ADC (analog to digital converter, analog zu digital Wandler)Wert zu welcher Zahl auf der Anzeige führen soll.

Es ist auch viel mehr als ein Spannungsmeßgerät. Man kann nicht nur analoge Werte auslesen, sondern auch digitale sensoren durch die IO-Pins recht.

Es ist wichtig für eine flimmerfreie Anzeige, die LEDs ständig zu erneuern. Deswegen muß man den Code klein halten. Ein ADC auszulesen und einige zusätzliche Berechnungen auszuführen ist jedoch überhaupt kein Problem.

Der Stromverbrauch von 21 LEDs ist natürlich höher als von einer LCD Anzeige, aber es ist überhaupt kein Problem, wenn du aus anderen Gründen sowieso einen Transformator in deinem Gerät hast. Das Modul braucht nur etwas unter 100mA bei 5V.

Benutzen der Anzeige

Der ADC innerhalb des Mikrocontrollers ist ein 10bit Wandler und der atmega8 hat eine interne Referenz von 2.56V. Um mehr als 0-2.56 Volt messen zu können, benutzen wir die Teilungswiderstände (Ry und Rx) vorne. Der Scheinwiderstand des ADC beträgt einge Mega-Ohm. In anderen Worten, man kann den Scheinwiderstand vernachlässigen, wenn man Widerstände im Bereich von 10-100K für Ry und Rx benutzt. Das Verhältnis der Spannung von CONN2 und den digitalen ADC Werten ist:

            ADCread * 2.56V * Rx
Vmeasure = ---------------------
            1024 * (Rx + Ry)

Dies ist die Formel, die in der Datei analog.c implementiert wurde. Äbhängig davon, was für ein Spannungsmessgerät man haben will, kann man angemsessene Werte für Rx und Ry auswählen und den Spannungsbereich berechnen:
Javascript Spannungsteiler-Rechner. Bitte gib die Werte für Rx und Ry in KOhm eine ohne Einheiten (z.B. gibt man für 10K einfach 10 in das Formular ein).

Der Faktor (Rx+Ry)/Rx ist die Konstante VDIV in analog.c. Man kann sie wie gewünscht verändern. Ich empfehle 1% Metalfilmpräzisions Widerstände für Rx und Ry zu nehmen. Um Spannungen im Bereich von 0-2.5V zu messen, empfehle ich, einen 4K7 Widerstand für Ry zu nehmen und Rx offen zu lassen. Dies sorgt für etwas Schutz für den Mikrocontroller gegen zufällige Spannungsspitzen.

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Viel Spaß und fröhliches Löten!

Referenzen

Software, Dokumente und zukünftige Updates: Herunterlade-Seite für diesen Artikel
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