Valery Lem
10 декабря 2019
Для любителей микропроцессорных самоделок предлагаю несложный для повторения трехфазный вольтметр RMS/AVR (Root Mean Square, среднеквадратического или AVeRage, среднего значения напряжения), выбирается переключателем /джампером перед включением. Вольтметр собран на недорогом микропроцессоре AtMega88, который работает от внутреннего RC генератора 8МГц, и четырехразрядном сегментном индикаторе. И то и другое приобреталось на алиэкспресс. Макетная плата стоит около 80р., процессор около 50р., да индикатор 20...30р у разных продавцов. Не заоблачные цены. Обходите чипдип стороной, у них только индикатор стоит 300р - это почти семга (NB: данные по ценам устарели, текст написан 6 лет назад!!!). Несколько упрощенная схема конструкции приведена на рис.1.
Рис.1. Электрическая схема вольтметра.
Схема нарисована в симуляторе PROTEUS для отладки и демонстрации работы программы. На схеме отсутствует кварц на 8 МГц (xtal1, xtal2) и цепи питания, которые задаются в опциях симуляции.
Требуется 7 штук резисторов по числу сегментов. Их сопротивление может быть в районе 1 кОм. Предельное значение тока через порты можно узнать в документации на микросхему процессора.
После компиляции программы можно загрузить в симулятор файл HEX - формата, тот, что загружается в микропроцессор, или ELF- формата, который содержит информацию для отладчика (рис.2).
Рис.2. Загрузка программы для отладки
После запуска симулятора можно видеть результат работы программы и подобрать номиналы резисторов делителя входного (сетевого) напряжения (рис.3).
Рис.3. Симуляция работы микропроцессора.
Отличие предлагаемого решения в том, что для существенного упрощения электрической схемы и кода программы, для вычисления напряжения используется целочисленная арифметика и измеряется только положительная полуволна сетевого напряжения в расчете на то, что отрицательная полуволна симметрична. Использование целочисленной арифметики ограничивает показания прибора единицами вольт, но в качестве индикатора такой вольтметр может найти применение, учитывая дешевизну начинки и простоту электрической схемы. Другой недостаток - необходимость подбирать соотношение резисторов делителя входного напряжения и величины опорного напряжения встроенного АЦП микропроцессора.
Хочу напомнить, что входные резисторы делителя измеряемого напряжения долны быть рассчитаны на, как минимум, удвоенное напряжение сети. Причины этого изложены здесь же, в другой моей заметке о выборе резисторов. Наладку реального макета призываю проводить через 3 одинаковых трансформатора на напряжение ~230/36В с последующим пересчетом входных делителей, если трехфазного трансформатора нет. А его, конечно же, не будет когда надо.
Программа для самоделки написана в среде Atmel Studio (рис.4.). Среда занимает много памяти, тем, у кого компьютер с объемом памяти меньше 8 ГБ, рекомендовать ее не буду. Да и на 16 ГБ памяти она еле ворочается. Не подарок, хоть и имеет удобный интерфейс. Есть маложрущие редакторы и строчные компиляторы. (Дополнение к этому тексту от 2025 г. Фирму ATMEL проглотила компания Микрочип, поэтому теперь это Микрочип Студио. Лучше и быстрее ничего работать не стало.)
Рис.4. Текст в среде программирования Atmel Studio.
Текст программы на написан языке СИ . Из-за сложностей с редактором этого бзден-канала код приведен на картинках и по частям. Чтобы можно было его соединить, следующая страница начинается с хвоста предыдущей. Спасает то, что программа не длинная, руками перенести не долго, если есть желание.
Программа попеременно опрашивает фазы и выводит показания каждую секунду. Фаза указывается условным символом перед вольтами - а b или с. Поскольку в сегментном индикаторе не получается изобразить строчную букву "а", выпор пал на знак, похожий на русскую строчную "п" - использованы сегменты С-E-G.
Похоже, этот канал не приспособлен для показа подобных самоделок или я просто балбес. Скорее второе.
Я попытался снять на телефон ролик с результатом эксперимента. Ролик получился очень низкого качества, но попробую его опубликовать, даже рискуя навлечь матюги себе на голову...
... облом. Файл с моим кино тут не поддерживается. Ну на каждый хитрый редактор найдется другой, с винтом. Можно посмотреть, что вышло, тут: https://youtu.be/nnM4nZvMB6Y