Arduino का उपयोग कर कैपेसिटेंस मीटर

जब हम सर्किट बोर्ड में आते हैं जो पहले डिज़ाइन किए जाते हैं या हम इसे ठीक करने के प्रयास में पुराने टीवी या कंप्यूटर से एक निकालते हैं। और कभी-कभी हमें दोष को खत्म करने के लिए बोर्ड में विशेष संधारित्र के समाई को जानने की आवश्यकता होती है। तब हमें बोर्ड से कैपेसिटर का सटीक मान प्राप्त करने में समस्या का सामना करना पड़ता है, खासकर अगर यह सर्फेस माउंट डिवाइस है। हम समाई को मापने के लिए उपकरण खरीद सकते हैं, लेकिन ये सभी उपकरण महंगे हैं और सभी के लिए नहीं। इसे ध्यान में रखते हुए हम अज्ञात कैपेसिटर के समाई को मापने के लिए एक साधारण Arduino Capacitance मीटर डिजाइन करने जा रहे हैं ।

इस मीटर को आसानी से बनाया जा सकता है और प्रभावी भी खर्च किया जा सकता है। हम Arduino Uno, Schmitt ट्रिगर गेट और 555 IC टाइमर का उपयोग कर कैपेसिटेंस मीटर बनाने जा रहे हैं ।

आवश्यक घटक:

• 555 टाइमर आईसी
• IC 74HC14 श्मिट ट्रिगर गेट या गेट नहीं।
• 1K Ω रोकनेवाला (2 टुकड़े), 10Kor रोकनेवाला
• 100nF संधारित्र, 1000µF संधारित्र
• 16 * 2 एलसीडी,
• ब्रेडबोर्ड और कुछ कनेक्टर।

सर्किट स्पष्टीकरण:

Arduino का उपयोग कर कैपेसिटेंस मीटर का सर्किट आरेख नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है। सर्किट सरल है, एक एलसीडी को कैपेसिटर के मापा कैपेसिटेंस को प्रदर्शित करने के लिए Arduino के साथ हस्तक्षेप किया जाता है। एक स्क्वायर वेव जेनरेटर सर्किट (555 इन एस्टेबल मोड) अर्डिनो से जुड़ा है, जहां हमने कैपेसिटर को कनेक्ट किया है जिसकी कैपेसिटेंस को मापने की जरूरत है। श्मिट ट्रिगर गेट (IC 74LS14) का उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है कि केवल आयताकार लहर Arduino को खिलाया जाता है। शोर को फ़िल्टर करने के लिए हमने पूरे पावर में कैपेसिटर के जोड़े को जोड़ा है।

यह सर्किट 10nF से 10uF की रेंज में कैपेसिटी को सटीक रूप से माप सकता है ।

555 टाइमर आईसी आधारित स्क्वायर वेव जनरेटर:

सबसे पहले हम 555 टाइमर आईसी आधारित स्क्वायर वेव जनरेटर के बारे में बात करेंगे, या मुझे 555 Astable Multivibrator कहना चाहिए। हम जानते हैं कि संधारित्र की धारिता को डिजिटल सर्किट में सीधे मापा नहीं जा सकता है, दूसरे शब्दों में यूएनओ डिजिटल संकेतों से संबंधित है और यह सीधे समाई को माप नहीं सकता है। इसलिए हम संधारित्र को डिजिटल दुनिया से जोड़ने के लिए 555 वर्ग तरंग जनरेटर सर्किट का उपयोग करते हैं।

सीधे शब्दों में कहा जाए तो, टाइमर स्क्वायर वेव आउटपुट प्रदान करता है जिसकी आवृत्ति सीधे इससे जुड़े कैपेसिटेंस को दर्शाती है। तो पहले हमें वर्गाकार तरंग संकेत मिलता है जिसकी आवृत्ति अज्ञात संधारित्र के धारिता का प्रतिनिधि है, और उचित मूल्य प्राप्त करने के लिए इस संकेत को UNO को खिलाते हैं।

सामान्य विन्यास 555 Astable मोड में नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है:

आउटपुट सिग्नल फ्रीक्वेंसी RA, RB रेसिस्टर्स और कैपेसिटर C. पर निर्भर करती है। समीकरण इस प्रकार दिया गया है, आवृत्ति (एफ) = 1 / (समय अवधि) = 1.44 / ((आरए + आरबी * 2) * सी)।

यहां आरए और आरबी प्रतिरोध मान हैं और सी समाई मूल्य है। प्रतिरोध और समाई मूल्यों को उपरोक्त समीकरण में रखकर हमें आउटपुट स्क्वायर वेव की आवृत्ति मिलती है।

हम 1KΩ को RA और 10K R को RB के रूप में जोड़ने जा रहे हैं। तो सूत्र बन जाता है, आवृत्ति (एफ) = 1 / (समय अवधि) = 1.44 / (21000 * C)।

हमारे पास शर्तों को फिर से व्यवस्थित करके, कैपेसिटेंस C = 1.44 / (21000 * F)

हमारे प्रोग्राम कोड में (नीचे देखें), समाई मान प्राप्त करने के लिए हमने nF में परिणाम की गणना "1000000000" के साथ प्राप्त परिणाम (किराए में) को गुणा करके की है। इसके अलावा हमने 21000 के बजाय '20800' का उपयोग किया है, क्योंकि RA और RB का सटीक प्रतिरोध 0.98K और 9.88K है।

इसलिए यदि हम वर्ग तरंग की आवृत्ति जानते हैं तो हम समाई मान प्राप्त कर सकते हैं।

श्मिट ट्रिगर गेट:

टाइमर सर्किट द्वारा उत्पन्न सिग्नल पूरी तरह से सुरक्षित नहीं हैं सीधे Arduino Uno को दिए जा सकते हैं। यूएनओ की संवेदनशीलता को ध्यान में रखते हुए, हम श्मिट ट्रिगर गेट का उपयोग करते हैं। श्मिट ट्रिगर गेट एक डिजिटल लॉजिक गेट है।

यह गेट INPUT वोल्टेज स्तर के आधार पर OUTPUT प्रदान करता है। श्मिट ट्रिगर में एक THERSHOLD वोल्टेज स्तर होता है, जब गेट पर लगाए गए INPUT सिग्नल में लॉजिक गेट के THRESHOLD से अधिक वोल्टेज स्तर होता है, OUTPUT हाई जाता है। यदि INPUT वोल्टेज सिग्नल स्तर THRESHOLD से कम है, तो गेट का OUTPUT कम होगा। इसके साथ ही हम आम तौर पर अलग से श्मिट ट्रिगर प्राप्त नहीं करते हैं, हम हमेशा शमित ट्रिगर के बाद एक गेट नहीं है। श्मित ट्रिगर काम करने वाले को यहाँ समझाया गया है: शमित ट्रिगर गेट

हम 74HC14 चिप का उपयोग करने जा रहे हैं , इस चिप में 6 श्मिट ट्रिगर गेट हैं। ये SIX गेट आंतरिक रूप से जुड़े हुए हैं जैसा कि नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है।

उल्टे श्मिट ट्रिगर फाटक की सच्चाई टेबल आंकड़ा नीचे में शो है, इस के साथ हम अपने टर्मिनलों पर सकारात्मक और नकारात्मक समय अवधि inverting के लिए संयुक्त राष्ट्र संघ कार्यक्रम है।

हम टाइमर सर्किट द्वारा उत्पन्न सिग्नल को एसटी गेट से जोड़ते हैं, हमारे पास आउटपुट पर उल्टे समय अवधि का आयताकार लहर होगा जो कि संयुक्त राष्ट्र संघ को दिए जाने के लिए सुरक्षित है।

Arduino कैपेसिटेंस को मापता है:

ऊनो में एक विशेष फ़ंक्शन पल्सइन है , जो हमें एक विशेष आयताकार लहर की सकारात्मक राज्य अवधि या नकारात्मक राज्य अवधि निर्धारित करने में सक्षम बनाता है:

HIME = नाड़ी (8, उच्च); चूना = पल्स (8, एलओडब्ल्यू);

PulseIn समारोह उपायों जिस समय के लिए उच्च या कम स्तर ऊनो की PIN8 पर मौजूद है। PulseIn समारोह उपाय इस उच्च समय (Htime) और कम समय (Ltime) माइक्रो सेकंड में। जब हम HIME और LIME को एक साथ जोड़ते हैं तो हमारे पास Cycle Duration होगा, और इसे इनवर्ट करने से हमारे पास फ़्रिक्वेंसी होगी।

एक बार जब हमारे पास आवृत्ति होती है, तो हम पहले चर्चा किए गए फॉर्मूले का उपयोग करके समाई प्राप्त कर सकते हैं।

सारांश और परीक्षण:

इसलिए सारांश में, हम अज्ञात संधारित्र को 555 टाइमर सर्किट से जोड़ते हैं, जो एक वर्ग तरंग उत्पादन उत्पन्न करता है जिसकी आवृत्ति सीधे संधारित्र के समाई से संबंधित होती है। यह संकेत एसटी गेट के माध्यम से यूएनओ को दिया गया है। UNO आवृत्ति को मापता है। ज्ञात आवृत्ति के साथ, हम पहले चर्चा किए गए फॉर्मूला का उपयोग करके समाई की गणना करने के लिए UNO को प्रोग्राम करते हैं।

आइए देखते हैं कुछ परिणाम, जब मैंने 1uF इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर से जोड़ा, तो परिणाम 1091.84 nF ~ 1uF है । और 0.1uF पॉलिएस्टर कैपेसिटर का परिणाम 107.70 nF ~ 0.1uF है

तब मैंने 0.1uF सिरेमिक कैपेसिटर से जोड़ा और परिणाम 100.25 nF ~ 0.1uF है । साथ ही 4.7uF इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर वाला परिणाम 4842.83 nF ~ 4.8uF है

इसलिए हम किसी भी संधारित्र के कैपेसिटेंस को माप सकते हैं।