В этом уроке расскажем как сделать простой цифровой вольтметр, который может измерять напряжения от 20 мВ до 200 В. Этот проект не будет использовать Ардуино или какой-либо другой микроконтроллер. Вместо этого будет использоваться АЦП, то есть ICL7107 с некоторыми пассивными компонентами. Вольтметр будет работать от литий-ионной батареи, которая может работать с этим вольтметром в течение 12 часов. Как только в нем кончится заряд, можно будет зарядить его, используя micro-USB кабель.
Шаг 1. Собираем необходимые компоненты
Для создания вольтметра без Ардуино вам понадобятся следующие детали (без указания количества означает - в единственном экземпляре):
- ICL7107 IC, 40-контактная база IC
- TL7660 IC, 8-контактная база IC
- 7-сегментный дисплей с общим анодом x 4
- 10 К Потенциометр
- Клеммная колодка
- Header-коннекторы "мама"
- Header-коннекторы "папа"
- Конденсаторы 10 мкФ х 2
- Резистор 330E x 5
- 2 х 100 кОм, 2 х 10 кОм, 1 х 1 кОм резистор
- 1 х 1 м, 1 х 22 кОм, 1 х 47 кОм резистор
- 0,22 мкФ, 0,47 мкФ конденсаторы
- 2 х 100 нФ, 1 х 100 пФ
- Ползунковый переключатель для включения / выключения
- Мультиметровые зонды
- Литий-ионный аккумулятор
- Литий-ионное зарядное устройство на основе TP4056
- Усилитель 3,7-4,2 В до 5 В
Соберите все эти компоненты, а затем переходите к разработке схемы.
Шаг 2. Рисуем принципиальную схему
Мы использовали EasyEDA, чтобы нарисовать всю эту схему. EasyEDA - отличный портал для проектирования больших и сложных схем. Это делает жизнь намного легче впоследствии. Вы можете скачать схему в формате PDF ниже для справки:
Шаг 3. Делаем модуль питания
В модуле питания есть в основном 3 компонента. Литий-ионный аккумулятор, одно Li-Po зарядное устройство TP4056 и усилитель напряжения, который увеличит напряжение, поступающее от аккумулятора, до 5 В. Мы использовали литий-ионный аккумулятор емкостью 1000 мАч, но вы можете использовать батарею меньшей емкости.
Шаг 4. Дизайн печатной платы
Как только схема для вольтметра нарисована, пришло время проектировать печатную плату. Можно использовать для этого разные инструменты, а можно портал проектирования печатных плат от EasyEDA. Для начинающих это больше подходит, чем Eagle или любое другое программное обеспечение CAD. После того, как PCB (печатная плата) спроектирована, мы загружаем файл gerber в JLCPCB и набираем необходимые параметры. JLCPCB является одним из лучших производителей печатных плат за последнее время, и цены также довольно разумные. Мы рекомендуем использовать их сервис, если вы думаете о создании прототипа вашего проекта. Таким образом, после оформления заказа мы получил товар в течение 14 дней. Ниже вы можете скачать необходимые файлы:
Шаг 5. Пайка компонентов и подключение источника питания
Как только вы получили печатные платы, пришло время спаять компоненты на ней. Следуйте электрической схеме и правильно расположите компоненты на месте. После пайки подключите положительный VCC (то есть 5 В) и GND (земля) к контактной площадке VCC и GND соответственно на нижней стороне печатной платы. Это не должно быть сложно, так как соединения довольно простые.
Шаг 6. Калибруем вольтметр
После того, как вы все сделали, нужно откалибровать вольтметр относительно ранее откалиброванного вольтметра. Можно взять мультиметр в качестве эталона. Для этого включите вольтметр и мультиметр. Переведите мультиметр в диапазон вольтметров. Подключите эти два прибора параллельно к одному источнику питания. Проверьте значения. Поверните потенциометр в любом направлении, пока показания не совпадут. После этого теперь ваш вольтметр идеально откалиброван по мультиметру.
Изготовление вольтметра завершено. Теперь вы можете использовать этот вольтметр в целях тестирования. Не забывайте выбирать правильный диапазон при измерении напряжения. В противном случае результаты будут не правильными.