Pengukur kapasitansi menggunakan Arduino

Ketika kami menemukan papan sirkuit yang sebelumnya dirancang atau kami mengambilnya dari TV atau komputer lama, untuk memperbaikinya. Dan terkadang kita perlu mengetahui kapasitansi kapasitor tertentu di papan untuk menghilangkan kesalahan. Kemudian kami menghadapi masalah dalam mendapatkan nilai pasti kapasitor dari papan terutama jika itu adalah Perangkat Pemasangan Permukaan. Kami dapat membeli peralatan untuk mengukur kapasitansi, tetapi semua perangkat ini mahal dan tidak untuk semua orang. Dengan pemikiran tersebut kita akan mendesain Arduino Capacitance Meter sederhana untuk mengukur kapasitansi kapasitor yang tidak diketahui.

Meteran ini dapat dengan mudah dibuat dan juga hemat biaya. Kita akan membuat Capacitance Meter menggunakan Arduino Uno, gerbang pemicu Schmitt dan timer IC 555.

Komponen yang Diperlukan:

• IC pewaktu 555
• IC 74HC14 gerbang pemicu Schmitt atau gerbang NOT.
• Resistor 1K Ω (2 buah), resistor 10KΩ
• Kapasitor 100nF, kapasitor 1000µF
• 16 * 2 LCD,
• Breadboard dan beberapa konektor.

Penjelasan Sirkuit:

Diagram rangkaian Capacitance Meter menggunakan Arduino ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Rangkaian sederhana, LCD dihubungkan dengan Arduino untuk menampilkan Kapasitansi kapasitor yang diukur. Sirkuit Generator Gelombang Persegi (555 dalam mode Astable) terhubung ke Arduino, di mana kami telah menghubungkan Kapasitor yang kapasitansinya perlu diukur. Gerbang pemicu Schmitt (IC 74LS14) digunakan untuk memastikan bahwa hanya gelombang persegi panjang yang diumpankan ke Arduino. Untuk menyaring kebisingan kami telah menambahkan beberapa kapasitor di seluruh daya.

Sirkuit ini secara akurat dapat mengukur kapasitansi dalam kisaran 10nF hingga 10uF.

555 Timer IC Berbasis Gelombang Persegi Generator:

Pertama-tama kita akan berbicara tentang generator gelombang persegi berbasis IC IC 555 Timer, atau harus saya katakan 555 Multivibrator Astabil. Kita tahu bahwa kapasitansi sebuah kapasitor tidak dapat diukur secara langsung dalam rangkaian digital, dengan kata lain UNO berhubungan dengan sinyal digital dan tidak dapat mengukur kapasitansi secara langsung. Jadi kami menggunakan rangkaian generator gelombang 555 persegi untuk menghubungkan kapasitor ke dunia digital.

Sederhananya, timer memberikan output gelombang persegi yang frekuensinya secara langsung berimplikasi pada kapasitansi yang terhubung dengannya. Jadi pertama-tama kita mendapatkan sinyal gelombang persegi yang frekuensinya mewakili kapasitansi dari kapasitor yang tidak diketahui, dan memberi sinyal ini ke UNO untuk mendapatkan nilai yang sesuai.

Konfigurasi umum 555 dalam mode Astable seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Frekuensi sinyal keluaran tergantung pada RA, resistor RB dan kapasitor C. Persamaan diberikan sebagai, Frekuensi (F) = 1 / (Jangka waktu) = 1,44 / ((RA + RB * 2) * C).

Di sini RA dan RB adalah nilai resistansi dan C adalah nilai kapasitansi. Dengan meletakkan nilai resistansi dan kapasitansi pada persamaan di atas kita mendapatkan frekuensi gelombang persegi keluaran.

Kami akan menghubungkan 1KΩ sebagai RA dan 10KΩ sebagai RB. Jadi rumusnya menjadi, Frekuensi (F) = 1 / (Jangka waktu) = 1,44 / (21000 * C).

Dengan mengatur ulang istilah yang kita miliki, Kapasitansi C = 1,44 / (21000 * F)

Dalam Kode Program kami (lihat di bawah), untuk mendapatkan nilai kapasitansi secara akurat, kami telah menghitung hasil dalam nF dengan mengalikan hasil yang diperoleh (dalam farad) dengan "1000000000". Juga kami telah menggunakan '20800', bukan 21000, karena resistansi akurat RA dan RB adalah 0,98K dan 9,88K.

Jadi jika kita mengetahui frekuensi gelombang persegi kita bisa mendapatkan nilai kapasitansi.

Gerbang Pemicu Schmitt:

Sinyal yang dihasilkan oleh rangkaian timer tidak sepenuhnya aman untuk langsung diberikan ke Arduino Uno. Dengan mempertimbangkan sensitivitas UNO, kami menggunakan gerbang pemicu Schmitt. Gerbang pemicu Schmitt adalah gerbang logika digital.

Gerbang ini menyediakan OUTPUT berdasarkan level tegangan INPUT. Schmitt Trigger memiliki level tegangan THERSHOLD, ketika sinyal INPUT yang diterapkan ke gerbang memiliki level tegangan yang lebih tinggi dari THRESHOLD gerbang logika, OUTPUT menjadi TINGGI. Jika level sinyal tegangan INPUT lebih rendah dari THRESHOLD, OUTPUT gerbang akan menjadi RENDAH. Dengan itu kami biasanya tidak mendapatkan pemicu Schmitt secara terpisah, kami selalu memiliki gerbang NOT setelah pemicu Schmitt. Cara kerja Pemicu Schmitt dijelaskan di sini: Gerbang Pemicu Schmitt

Kami akan menggunakan chip 74HC14, chip ini memiliki 6 gerbang Schmitt Trigger di dalamnya. Gerbang ENAM ini terhubung secara internal seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

The Truth Table gerbang Inverted Schmitt Trigger adalah acara di bawah angka, dengan ini kita harus memprogram UNO untuk membalik periode waktu positif dan negatif pada terminal.

Kami menghubungkan sinyal yang dihasilkan oleh rangkaian timer ke gerbang ST, kami akan memiliki gelombang persegi panjang periode waktu terbalik pada output yang aman untuk diberikan ke UNO.

Arduino mengukur Kapasitansi:

Uno memiliki fungsi khusus pulseIn , yang memungkinkan kita menentukan durasi status positif atau durasi status negatif dari gelombang persegi panjang tertentu:

Htime = pulseIn (8, HIGH); Ltime = pulseIn (8, LOW);

Fungsi pulseIn mengukur waktu di mana level Tinggi atau Rendah ada di PIN8 dari Uno. Fungsi pulseIn mengukur High time (Htime) dan Low Time (Ltime) dalam mikro detik. Ketika kita menambahkan Htime dan Ltime bersama-sama kita akan memiliki Durasi Siklus, dan dengan membalikkannya kita akan memiliki Frekuensi.

Begitu kita memiliki frekuensi, kita bisa mendapatkan kapasitansi dengan menggunakan rumus yang telah kita bahas sebelumnya.

Ringkasan dan Pengujian:

Jadi singkatnya, kami menghubungkan kapasitor yang tidak diketahui ke rangkaian timer 555, yang menghasilkan output gelombang persegi yang frekuensinya terkait langsung dengan kapasitansi kapasitor. Sinyal ini diberikan ke UNO melalui gerbang ST. UNO mengukur frekuensinya. Dengan frekuensi yang diketahui, kami memprogram UNO untuk menghitung kapasitansi dengan menggunakan rumus yang telah dibahas sebelumnya.

Mari kita lihat beberapa hasil yang saya dapat, Ketika saya menghubungkan Kapasitor Elektrolit 1uF, hasilnya adalah 1091,84 nF ~ 1uF. Dan hasilnya dengan Kapasitor Polyester 0.1uF adalah 107.70 nF ~ 0.1uF

Kemudian saya menghubungkan Kapasitor Keramik 0.1uF dan hasilnya 100.25 nF ~ 0.1uF. Juga hasil dengan kapasitor elektrolitik 4.7uF adalah 4842.83 nF ~ 4.8uF

Jadi begitulah cara kita mengukur Kapasitansi kapasitor apa pun.