Arduino Capacitance Meter

العناصر المطلوبة :

lcd 16*2  
أردوينو أونو  
مكثف  
مقاومات  
مقاومة متغيرة

مقياس السعة Capacitance :

كما يوحي الاسم هو جهاز يُستخدم لقياس سعة المكثف، فكما نعلم يوجد العديد من أجهزة قياس السعة المتوفرة في السوق، ولكن سيتم في هذا المشروع إعداد جهاز لقياس السعة باستخدام الأردوينو. المكثف عبارة عن جهاز كهربائي يعمل على تخزين الشحنة الكهربائية وتُعرَف مقدرة المكثف هذه بالسعة
ومن خلال هذا المشروع سيتم إعداد جهاز بسيط لقياس سعة المكثف باستخدام الأردوينو لمجالين مختلفين السعة؛ حيث تُستخدم الدارة الأولى للقياس ضمن المجال 1uF-4700uF))، أما الدارة الثانية ستُستخدم للقياس ضمن مجال أصغر 20pF-1000nF)).


مقياس السعة للمجال (
1uF – 4700uF)

مخطط الدارة:

Arduino Capacitance Meter Circuit 1

مبدأ العمل:

قبل البدء بالشرح عن المشروع، سيتم أولاً معرفة المبدأ الكامن وراء طريقة القياس هذه؛ حيثُ يعتمد المبدأ الأساسي لهذه الطريقة على أحد أهم خصائص المكثف المعروفة باسم الثَّابت الزمني (ويسمى أيضاً بالثابت Tau باليونانية)، فالثابت الزمني هو الزمن الذي يستغرقه المكثف حتى يشحن بنسبة 63.2% من الجهد المُطبق عندما يشحن عبر مقاومة معلومة القيمة، ويمكن تعريفه أيضاً بأنه الزمن المُستغرق من قبل مكثف مشحون بالكامل حتى يفرِّغ بنسبة 36.8% من الجهد الأعظمي، ومن الجدير ذكره أنَّ المكثفات الصغيرة تمتلك ثابتاً زمنياً صفيراً كونها تستغرق وقتاً أقل في الشحن، وبالمقابل ستمتلك المكثفات الكبيرة ثابتاً زمنياً كبيراً. يُمثَّل رياضياً بالعلاقة:

TC or T=R*C

حيث: TC or T: الثابت الزمني مُقدّراً بالثانية.
C: سعة المكثف بالفاراد.
R: قيمة المقاومة بالأوم.
يوضح الشكل التالي الدارة والمنحني البياني للثابت الزمني:

سيتم استخدام نفس المفهوم في إعداد مقياس السعة بواسطة الأردوينو؛ حيث سيتم شحن مكثف غير معروف القيمة من خلال مقاومة معروفة باستخدام منافذ الأردوينو وحساب الوقت المُستغرَق للوصول إلى 63.2% من الجهد المُطبَّق، وبالاعتماد على هذا الوقت يمكن حساب السعة بتطبيق مايلي:     C=T/R
وعبر مقاومة 10k سيُشحَن المكثف ويتم التفريغ عبر المقاومة ذات القيمة 220 Ohms، ومنافذ الأردوينو المُستخدمة للشحن والتفريغ هي المنافذ ذات الأرقام 8 و9 على التوالي، ثم قياس الجهد عبر المكثف باستخدام منفذ الإدخال A0التشابهي. ففي البداية يُفرَّغ المكثف باستخدام المنفذ 9 (عبر وضعه كخرج OUTPUT وLOW) وذلك للتأكد من أن المكثف خالٍ من الشحنات، بعد ذلك يتم تشغيل مؤقت وشحن المكثف عبر المنفذ 8 (من خلال ضبطه كخرج OUTPUT وHIGH)، ومراقبة الجهد عبر المكثف في المنفذ التشابهي إلى أن يصل لـ 63.2% من 5V وإيقاف المؤقت وحساب السعة. هذه الدارة مناسبة لقيم السعة العالية نسبياً حيث يتم قياس الثابت الزمني بشكل واضح، أما بالنسبة لقيم السعة المنخفضة قد لا تكون مناسبة

الكود البرمجي :

تحميل 

مقياس السعة للمجال (  20pf – 1000nf  )

مخطط الدارة:

Arduino Capacitance Meter Circuit 2

مبدأ العمل:

لقياس السعات الأصغر سيتم استخدام مفهوم مختلف لذلك سيتطلب الأمر فهم القليل عن البنية الدَّاخليَّة لمتحكم ATmega328p، فجميع منافذ الدخل/الخرج الخاصة بهذا المتحكم لديها مقاومة شد داخلية (مقاومة سحب) ومكثف داخلي متصل بين المنفذ والأرضي والصورة المرافقة توضح ذلك:Internal Circuit of ATmega328P

سيتم استخدام مقاومة الشد والمكثف من هذه الدارة وتجاهُل الديودات
CT هو مكثف تحت الاختبار وci مكثف داخلي تتراوح قيمته ضمن المجال (20 pF – 30 pF)، يتم توصيل المكثف المراد اختباره بين A0 و A2(الطرف الموجب يوصل إلى A0 في حال استخدام المكثف القطبي)، فـ A2 هو بمثابة منفذ الشحن و A0 بمثابة منفذ التَّفريغ؛ فيتم شحن المكثف المجهول القيمة من خلال ضبط A2 كحالة HIGH وقياس الجهد عند A0 باتباع المعادلة:
(VA0 = (VA2*CT)/(CT+CI
وغالباً قيمة الجهد عند A0 تكون معروفة من خلال القراءة النظرية فيتم استخدامها وحساب السعة كما يلي:
CT = (CI*VA0)/VA2-VA0

الكود البرمجي :

تحميل 

المميزات:

  1. هو عبارة عن جهاز لقياس سعة المكثف معتمداً بذلك عناصر قليلة.
  2. يمكن استخدام هذا المشروع لقياس أي سعة ضمن المجال 20 pF – 4700 uFf.

السيئات:

  1. قد لا تكون النتائج دقيقة.
  2. للحصول على نتائج دقيقة يُقترَح الانتقال إلى أجهزة DMMs القادرة على قياس السع

المصدر :

هنا 

إعداد : سارة خضر

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *