- Componentes requeridos:
- Explicación del circuito:
- Generador de onda cuadrada con temporizador 555:
- Puerta de gatillo Schmitt:
- Arduino mide la capacitancia:
- Resumen y pruebas:
Cuando nos topamos con placas de circuitos previamente diseñadas o sacamos una de un televisor o computadora vieja, en un intento de repararla. Y a veces necesitamos conocer la capacitancia de un condensador particular en la placa para eliminar la falla. Entonces nos enfrentamos a un problema para obtener el valor exacto del condensador de la placa, especialmente si se trata de un dispositivo de montaje en superficie. Podemos comprar equipos para medir la capacitancia, pero todos estos dispositivos son costosos y no para todos. Con eso en mente, vamos a diseñar un medidor de capacitancia Arduino simple para medir la capacitancia de capacitores desconocidos.
Este medidor se puede fabricar fácilmente y también es rentable. Vamos a hacer un medidor de capacitancia usando Arduino Uno, puerta de disparo Schmitt y temporizador 555 IC.
Componentes requeridos:
- 555 temporizador IC
- IC 74HC14 Schmitt gatillo puerta o puerta NO.
- Resistencia de 1K Ω (2 piezas), resistencia de 10KΩ
- Condensador de 100 nF, condensador de 1000 µF
- LCD de 16 * 2,
- Protoboard y algunos conectores.
Explicación del circuito:
El diagrama de circuito del medidor de capacitancia que usa Arduino se muestra en la siguiente figura. El circuito es simple, una pantalla LCD está interconectada con Arduino para mostrar la capacitancia medida del capacitor. Un Circuito Generador de Onda Cuadrada (555 en modo Astable) está conectado a Arduino, donde hemos conectado el Condensador cuya capacitancia necesita ser medida. Se utiliza una puerta de disparo Schmitt (IC 74LS14) para garantizar que solo se alimente una onda rectangular a Arduino. Para filtrar el ruido, hemos agregado un par de capacitores en la potencia.
Este circuito puede medir con precisión capacitancias en el rango de 10 nF a 10 uF.
Generador de onda cuadrada con temporizador 555:
En primer lugar, hablaremos sobre el generador de onda cuadrada 555 Timer IC, o debería decir 555 Astable Multivibrator. Sabemos que la capacitancia de un capacitor no se puede medir directamente en un circuito digital, en otras palabras, la UNO se ocupa de señales digitales y no puede medir la capacitancia directamente. Entonces usamos un circuito generador de onda cuadrada 555 para conectar el capacitor al mundo digital.
Simplemente hablando, el temporizador proporciona una salida de onda cuadrada cuya frecuencia se relaciona directamente con la capacitancia conectada a él. Entonces, primero obtenemos la señal de onda cuadrada cuya frecuencia es la representativa de la capacitancia del capacitor desconocido, y alimentamos esta señal a UNO para obtener el valor apropiado.
Configuración general 555 en modo Astable como se muestra en la siguiente figura:
La frecuencia de la señal de salida depende de las resistencias RA, RB y el condensador C. La ecuación se da como, Frecuencia (F) = 1 / (Periodo de tiempo) = 1,44 / ((RA + RB * 2) * C).
Aquí RA y RB son valores de resistencia y C es el valor de capacitancia. Al poner los valores de resistencia y capacitancia en la ecuación anterior, obtenemos la frecuencia de la onda cuadrada de salida.
Vamos a conectar 1KΩ como RA y 10KΩ como RB. Entonces la fórmula se convierte en, Frecuencia (F) = 1 / (Periodo de tiempo) = 1,44 / (21000 * C).
Al reorganizar los términos que tenemos, Capacitancia C = 1,44 / (21000 * F)
En nuestro Código de programa (ver más abajo), para obtener el valor de capacitancia con precisión, hemos calculado el resultado en nF multiplicando los resultados obtenidos (en faradios) por “1000000000”. También hemos usado '20800' en lugar de 21000, porque las resistencias precisas de RA y RB son 0.98K y 9.88K.
Entonces, si conocemos la frecuencia de la onda cuadrada, podemos obtener el valor de capacitancia.
Puerta de gatillo Schmitt:
Las señales generadas por el circuito del temporizador no son completamente seguras para ser enviadas directamente al Arduino Uno. Teniendo en cuenta la sensibilidad de UNO, utilizamos la compuerta de disparo Schmitt. La puerta de disparo Schmitt es una puerta lógica digital.
Esta puerta proporciona SALIDA basada en el nivel de voltaje de ENTRADA. Un disparador Schmitt tiene un nivel de voltaje UMBRAL, cuando la señal de ENTRADA aplicada a la puerta tiene un nivel de voltaje más alto que el UMBRAL de la puerta lógica, la SALIDA se pone ALTA. Si el nivel de la señal de voltaje de ENTRADA es menor que el UMBRAL, la SALIDA de la puerta será BAJA. Con eso, generalmente no obtenemos el disparador Schmitt por separado, siempre tenemos una puerta NOT después del disparador Schmitt. El funcionamiento de Schmitt Trigger se explica aquí: Schmitt Trigger Gate
Vamos a utilizar el chip 74HC14, este chip tiene 6 puertas Schmitt Trigger. Estas SEIS puertas están conectadas internamente como se muestra en la siguiente figura.
La tabla de verdad de la puerta del disparador Schmitt invertida se muestra en la siguiente figura, con esto tenemos que programar el UNO para invertir los períodos de tiempo positivo y negativo en sus terminales.
Conectamos la señal generada por el circuito del temporizador a la puerta ST, tendremos una onda rectangular de períodos de tiempo invertidos en la salida que es seguro dar a UNO.
Arduino mide la capacitancia:
El Uno tiene una función especial pulseIn , que nos permite determinar la duración del estado positivo o la duración del estado negativo de una onda rectangular en particular:
Htime = pulseIn (8, ALTO); Ltime = pulseIn (8, BAJO);
La función pulseIn mide el tiempo durante el cual el nivel Alto o Bajo está presente en el PIN8 de Uno. La función pulseIn mide este tiempo alto (Htime) y el tiempo bajo (Ltime) en microsegundos. Cuando sumamos Htime y Ltime juntos tendremos la Duración del ciclo, y al invertirlo tendremos la Frecuencia.
Una vez que tenemos la frecuencia, podemos obtener la capacitancia usando la fórmula que discutimos anteriormente.
Resumen y pruebas:
Entonces, en resumen, conectamos el capacitor desconocido al circuito del temporizador 555, que genera una salida de onda cuadrada cuya frecuencia está directamente relacionada con la capacitancia del capacitor. Esta señal se envía a UNO a través de la puerta ST. La UNO mide la frecuencia. Con la frecuencia conocida, programamos el UNO para calcular la capacitancia usando la fórmula discutida anteriormente.
Veamos algunos resultados que obtuve
Cuando conecté el condensador electrolítico de 1uF, el resultado es 1091.84 nF ~ 1uF. Y el resultado con un condensador de poliéster de 0,1 uF es 107,70 nF ~ 0,1 uF
Luego conecté un condensador cerámico de 0.1uF y el resultado es 100.25 nF ~ 0.1uF. Además, el resultado con un condensador electrolítico de 4.7uF es 4842.83 nF ~ 4.8uF
Así es como podemos medir simplemente la capacitancia de cualquier capacitor.