Вольтметр-амперметр переменного тока с вычислением мощности на PIC16F690 [Обновлено]

Довольно простой прибор измеряющий напряжение, ток и показывающий полную мощность потребляемую нагрузкой на частоте 50 Гц.

При ремонтных работах или при проверке и испытаниях новых устройств часто требуется подавать напряжение от ЛАТР’а, при этом необходимо контролировать напряжение и ток. Для этих целей был разработан и собран вольтметр-амперметр на микроконтроллере с LCD индикатором. Поскольку, напряжение и ток измеряются, то легко вычисляется и полная мощность. В результате получился весьма компактный измеритель.
Технические характеристики
1. Пределы изменения измеряемого напряжения 0 – 255 Вольт, дискретность 0,5 вольта. Показания отображаются с шагом 1вольт.
2. Пределы изменения измеряемого тока 0 – 10 Ампер, дискретность 20 ма. Показания отображаются с шагом 10 ма.
3. Полная мощность вычисляется, как произведение величины тока на напряжение и отображается только целочисленное значение в Вольт-амперах.

↑ Принципиальная схема

В схеме применено прямое измерение переменного напряжения и тока микроконтроллером.
Измеряемое напряжение через делитель R7, R9, R12 и C12 поступает на вход микроконтроллера через конденсатор C10. Конденсатор C12 совместно с делителем входного напряжения образует интегрирующую цепь, которая препятствует проникновению импульсных помех.

Измеряемый ток протекает по шунту R1, напряжение, снимаемое с него, усиливается операционным усилителем и через цепочку R8 и C8 поступает на вход микроконтроллера. Первый каскад на OP1 представляет собой инвертирующий усилитель с интегрирующим конденсатором C3 в цепи обратной связи. В связи с тем, что размах напряжения, снимаемого с OP1 должен быть около 5 Вольт, на микросхему усилителя поступает повышенное питание (9-15 Вольт). Второй каскад на OP2 включен повторителем и особенностей не имеет. Конденсатор C3 служит для уменьшения помех при работе АЦП микроконтроллера.

На измерительные входы RA0 и RA1 поступает постоянное стабилизированное смещение 2,5 вольта через резисторы R11 и R13. Это напряжение позволяет правильно измерять положительный и отрицательный полупериоды входных напряжений.
К микроконтроллеру PIC16F690 подключен LCD дисплей, с отображением 2-х строк по 16 символов. Резистор R14 служит для установки оптимальной контрастности дисплея. Резистор R15 определяет ток подсветки дисплея.
Питание прибора осуществляется от отдельного трансформатора на 9 – 12 Вольт. Стабилизатор питания +5 Вольт собран на микросхеме 78L05 и особенностей не имеет.

↑ Программа

Программа написана на языке СИ (mikroC PRO for PIC), разбита на блоки и снабжена комментариями. В программе применено прямое измерение переменного напряжения микроконтроллером, что позволило упростить схему. Микропроцессор применен PIC16F690 с довольно большим объемом памяти, что позволило применить LCD дисплей и написать программу на языке высокого уровня без особых ухищрений. Тактовая частота внутреннего генератора выбрана 8 МГц.

Блок программы izm_U измеряет величины напряжения и тока. В версии V3 – применено прямое измерение напряжения и тока без привязки к фазе, что позволило получить правильные показания напряжения и тока при реактивной нагрузке.
Блок программы display — вывод текстовой информации на LCD дисплей.

Блок программы CustomChar – формирование символов русского алфавита, позволяет выводить на экран символы русского алфавита для нерусифицированных индикаторов.
В основном блоке main выполняется преобразование результатов измерений в текстовую форму для последующего вывода на дисплей.

↑ Детали и конструкция

Все детали установлены на печатной плате. Дисплей вставляется в разъемы платы и крепится винтами к стойкам длиной 12 мм. В связи небольшим расстоянием между платами конденсаторы применены небольшой высоты C4, C5 на 16 Вольт, остальные на 6,3 или 10 Вольт. Измерительный резистор R7 должен быть высоковольтным. Я установил резистор типа МЛТ1. Шунт взят от неисправного мультиметра. В связи с тем, что различные типы дисплеев могут иметь различное подключение питания (ножки 1 и 2), то на печатной плате питание на ножки дисплея 1 и 2 поступает через перемычки. Их надо коммутировать правильно, в соответствии с применяемым дисплеем. Наличие русского алфавита в дисплее необязательно, так как он формируется программно. Микроконтроллер устанавливается в цанговую панельку.


Я запитал прибор от телефонного адаптера. В связи с тем, что на плате есть свой мост Br1, полярность подключения не имеет значения. Важно, чтобы на конденсаторе C4 было напряжение в пределах 10 – 15 Вольт.

↑ Схемы подключения

Схема подключения могут быть и другими. Например, на вход подать 6,3 вольта, а к входу подключить накал радиоламп для измерения тока накала и т.п.

↑ Настройка

Необходимо проверить монтаж платы и включить устройство. На время настройки для подключения дисплея я сделал кабель — переходник длиной 10 – 15 см.

1. Вращая резистор R14, выставляем оптимальную контрастность дисплея. На индикаторе должны отобразиться нулевые значения напряжения, тока и мощности.
2. После этого на вход подают напряжение (можно сетевое 220 Вольт), которое измеряется контрольным вольтметром, при этом на индикаторе должно отобразиться значение напряжения. Вращая резистор R12, устанавливаем показания напряжения на дисплее равным напряжению, поданному на вход. Возможно, потребуется изменить в некоторых пределах резистор R9.
3. Для настройки правильных показаний амперметра подключаем какую-либо нагрузку (можно лампу накаливания на 100 – 200 ватт) через контрольный амперметр. После этого на вход подают напряжение, при этом на индикаторе должны отобразиться значения напряжения и тока. Вращая резистор R6, устанавливаем показания тока на дисплее равными току на контрольном амперметре. В связи с тем, что шунт может иметь сопротивление, несколько другого номинала возможно, потребуется изменить в некоторых пределах значение резистора R5.
После проведения настройки дисплей можно включить без кабеля — переходника и прикрепить к плате.

↑ Замеченные недостатки при первом включении

При первых включениях без подключения нагрузки прибор показывал ток 10 – 30 ма. Оказалось, что конденсаторы давали некоторую утечку. После 5-10 минут работы ток падал до нуля. В дальнейшем конденсаторы «отформовались» и дефект исчез.

↑ Итоги

a) Мне прибор оказался очень полезен при проверке и испытаниях новых устройств.
b) Прибор легко меряет мощности, потребляемые различной бытовой техникой (лампа накаливания, экономичная лампа, фен, утюг, электропаяльник на 36 Вольт, автомобильные лампы и т.д.), а также компьютера и принтера.
c) Очень легко измеряются ток холостого хода трансформатора (оказалось, что он не всегда равен ожидаемому!).

↑ При разработке использованы следующие материалы

1. Идея прибора взята из описания “Суперпростой амперметр и вольтметр на супердоступных деталях”, автор Eddy71.
2. Даташиты на детали

↑ Файлы

Схема, печатная плата и программа с прошивкой
🎁Shema-VAvar.zip  12.09 Kb ⇣ 552
🎁Plata-VAvar.zip  18.04 Kb ⇣ 563
🎁Soft_VAar_V2.zip  6.41 Kb ⇣ 609

Прошивка v2 с расширенным диапазоном измерений (28-12-2013)
Расширены пределы допустимых значений напряжения до 511V и тока до 20,46А
🎁Proshivka-v2-511V-2046A.7z  5.49 Kb ⇣ 316

Прошивка v3 с расширенным диапазоном измерений (15-02-2014)
Расширены пределы допустимых значений напряжения до 255V и тока до 51А
🎁255V-51A-datagor.ru.7z  5.59 Kb ⇣ 273

Иван Внуковский, г. Днепропетровск

↑ Добавки от камрадов

29-04-2023 Владимир (Archivarius) прислал правленный исходник для дисплея MT-16S2R-2.
🎁archivarius_vaar_v2.zip  2.22 Kb ⇣ 37

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации