Электрическая схема цифрового вольтметра для автомобиля

Электрическая схема цифрового вольтметра и амперметра

1. Микросхема СА3162Е для вольтметра и амперметра
2. Принципиальная схема вольтметра
3. Принципиальная схема амперметра
4. Схема подключения
5. Рекомендации по подбору комплектующих
6. Налаживание цифрового вольтметра и амперметра
7. Видео о создании

Сегодня мы рассмотрим несложные электрические схемы цифровых вольтметра и амперметра, построенных без использования микроконтроллеров на микросхемах СА3162, КР514ИД2. Обычно, у хорошего лабораторного блока питания есть встроенные вольтметр и амперметр. Вольтметр позволяет точно установить выходное напряжение, а амперметр показывает ток через нагрузку.

В старых лабораторных блоках питания были стрелочные индикаторы, но сейчас используются цифровые. Сейчас радиолюбители чаще всего делают такие приборы на основе микроконтроллера или микросхем АЦП вроде КР572ПВ2, КР572ПВ5.

Микросхема СА3162Е для цифровых вольтметра и амперметра

Существуют и другие микросхемы аналогичного действия. Например, микросхема СА3162Е предназначена для создания измерителя аналоговой величины с отображением результата на трехразрядном цифровом индикаторе.

Микросхема СА3162Е представляет собой АЦП с максимальным входным напряжением 999 mV (при этом показания «999») и логической схемой, которая выдает сведения о результате измерения в виде трех поочередно меняющихся двоично-десятичных четырехразрядных кодов на параллельном выходе и трех выходах для опроса разрядов схемы динамической индикации.

Чтобы получить законченный прибор, нужно добавить дешифратор для работы на семисегментный индикатор и сборку из трех семисегментных индикаторов, включенных в матрицу для динамической индикации, а также, трех управляющих ключей.

Тип индикаторов может быть любым — светодиодные, люминесцентные, газоразрядные, жидкокристаллические, все зависит от схемы выходного узла на дешифраторе и ключах. Здесь используется светодиодная индикация на табло из трех семисегментных индикаторов с общими анодами.

Индикаторые включены по схеме динамической матрицы, то есть, все их сегментные (катодные) выводы включены параллельно. А для опроса, то есть, последовательного переключения, используются общие анодные выводы.

Принципиальная схема вольтметра

Выше можно увидеть электрическую схему вольтметра, измеряющего напряжение от 0 до 100V (0. 99,9V). Измеряемое напряжение поступает на выводы 11–10 (вход) микросхемы D1 через делитель на резисторах R1–R3.

Конденсатор СЗ исключает влияние помех на результат измерения. Резистором R4 устанавливают показания прибора на ноль, при отсутствии входного напряжения А резистором R5 выставляют предел измерения так, чтобы результат измерения соответствовал реальному, то есть, можно сказать, им калибруют прибор.

Теперь о выходах микросхемы. Логическая часть СА3162Е построена по логике ТТЛ, а выходы еще и с открытыми коллекторами. На выходах «1-2-4-8» формируется двоичнодесятичный код, который периодически сменяется, обеспечивая последовательную передачу данных о трех разрядах результата измерения.

Если используется дешифратор ТТЛ, как, например, КР514ИД2, то его входы непосредственно подключаются к данным входам D1. Если же будет применен дешифратор логики КМОП или МОП, то его входы будет необходимо подтянуть к плюсу при помощи резисторов. Это нужно будет сделать, например, если вместо КР514ИД2 будет использован дешифратор К176ИД2 или CD4056.

Выходы дешифратора D2 через токоограничивающие резисторы R7–R13 подключены к сегментным выводам светодиодных индикаторов Н1–НЗ. Одноименные сегментные выводы всех трех индикаторов соединены вместе. Для опроса индикаторов используются транзисторные ключи VT1–VT3, на базы которых подаются команды с выходов Н1–НЗ микросхемы D1.

Эти выводы тоже сделаны по схеме с открытым коллектором. Активный ноль, поэтому используются транзисторы структуры р-п-р.

Принципиальная схема амперметра

Схема практически такая же, за исключением входа. Здесь вместо делителя стоит шунт на пятиваттном резисторе R2 сопротивлением 0,1 От. При таком шунте прибор измеряет ток до 10А (0. 9.99А). Установка на ноль и калибровка, как и в первой схеме, осуществляется резисторами R4 и R5.

Выбрав другие делители и шунты, можно задать другие пределы измерения, например, 0. 9.99V, 0. 999mA, 0. 999V, 0. 99.9А. Это зависит от выходных параметров того лабораторного блока питания, в который будут установлены эти индикаторы. Также, на основе данных схем можно сделать и самостоятельный прибор для измерения напряжения и тока (настольный мультиметр).

При этом нужно учесть, что даже используя жидкокристаллические индикаторы прибор будет потреблять существенный ток, так как логическая часть СА3162Е построена по ТТЛ-логике. Поэтому, хороший прибор с автономным питанием вряд ли получится. А вот автомобильный вольтметр (рис.4) выйдет неплохой.

Питаются приборы постоянным стабилизированным напряжением 5V. В источнике питания, в который будут они установлены, необходимо предусмотреть наличие такого напряжения при токе не ниже 150 mA.

Подключение прибора
На рисунке 3 показана схема подключения измерителей в лабораторном источнике.

Схема подключения вольтметра и амперметра в лабораторном источнике

Ниже отражена схема подключения измерителей в лабораторном источнике:

Самодельный автомобильный вольтметр на микросхемах

Рекомендации по подбору комплектующих для монтажа вольтметра и амперметра

Пожалуй, самое труднодоставаемое — это микросхемы СА3162Е. Из аналогов нам известна только NTE2054. Возможно есть и другие аналоги. С остальным значительно проще. Как уже сказано, выходную схему можно сделать на любом дешифраторе и соответствующих индикаторах. Например, если индикаторы будут с общим катодом, то нужно КР514ИД2 заменить на КР514ИД1 (цоколевка такая же), а транзисторы VТ1–VТЗ перетащить вниз, подсоединив их коллектора к минусу питания, а эмиттеры — к общим катодам индикаторов. Можно использовать дешифраторы КМОП-логики, подтянув их входы к плюсу питания при помощи резисторов.

Налаживание цифрового вольтметра и амперметра

В общем-то оно совсем несложное. Начнем с вольтметра. Сначала замкнем между собой выводы 10 и 11 D1, а подстройкой R4 выставим нулевые показания. Затем, убираем перемычку, замыкающую выводы 11–10 и подключаем к клеммам «нагрузка» образцовый прибор, например, мультиметр.

Регулируя напряжение на выходе источника, резистором R5 настраиваем калибровку прибора так, чтобы его показания совпадали с показаниями мультиметра. Далее налаживаем амперметр. Сначала, не подключая нагрузку, регулировкой резистора R5 устанавливаем его показания на ноль. Теперь потребуется постоянный резистор сопротивлением 20 От и мощностью не ниже 5W.

Устанавливаем на блоке питания напряжение 10V и подключаем этот резистор в качестве нагрузки. Подстраиваем R5 так чтобы амперметр показал 0,50 А.

Можно выполнить калибровку и по образцовому амперметру, но нам показалось удобнее с резистором, хотя конечно на качество калибровки очень влияет погрешность сопротивления резистора.

Таким же образом можно сделать и автомобильный вольтметр:

От первой схемы эта отличается только входом и схемой питания. Такой прибор теперь питается от измеряемого напряжения, то есть измеряет напряжение, поступающее на него как питающее.

Напряжение от бортовой сети автомобиля через делитель R1-R2-R3 поступает на вход микросхемы D1. Параметры этого делителя такие же как в первой схеме, то есть для измерения в пределах 0. 99.9V.

Но в автомобиле напряжение редко бывает более 18V (больше 14,5V уже неисправность). И редко опускается ниже 6V, разве только падает до нуля при полном отключении. Поэтому прибор реально работает в интервале 7. 16V. Питание 5V формируется из того же источника, с помощью стабилизатора А1.

Видео о создании цифрового вольтметра своими руками:

Источник статьи: http://tehnoobzor.com/schemes/measurements/2812-elektricheskaya-shema-cifrovogo-voltmetra-i-ampermetra.html

Цифровой вольтметр для автомобиля

Как известно, в некоторых отечественных и не только автомобилях, штатно отсутствует вольтметр, а потребность в нем имеется. Именно с такой просьбой и обратился ко мне товарищ. Цифровой вольтметр было решено изготовить на LCD дисплее от NOKIA 3310 и разместить его в приборном щитке.

Как видно на принципиальной схеме выше, все довольно просто, имеется контроллер, который всем руководит, LCD дисплей от Nokia3310 (по факту китайский, в «Proteus’e» оригинальный, поэтому изображение смещено) для отображения показаний, не хитрая схема питания, бипер и чуток элементов для защиты.

При включении устройства, на дисплее высвечивается логотип автоваза, затем показывается напряжение зарядки (в вольтах с одним разрядом после запятой и точностью ±0,05В), хотя теоретически АЦП реагирует на изменение напряжения на 4,9 мВ. При реальном напряжении 14,567 В — вольтметр покажет 14,5 В, а при 14,568 В — 14,6 В. Делитель рассчитан на максимум входных 20 В.

При первом же подключении и запуске двигателя, сдох контроллер и 3,3 вольтный стабилизатор. Произошло это в связи с нехилой пульсацией с генератора при переходных процессах, подробно этим вопросом не занимался, но при работающем двигателе вольтметр работал стабильно и без стабилитрона. Ну ничего стабилитрон Д815Ж на 18 В и током стабилизации 0,5 А нас спасет. Ставим. Настраиваем переменным резистором RV1 точность показаний. Ха да, плюсовой провод пришлось тянуть с аккумулятора отдельно в салон, так как паразитные цепи, естественно по отношению к нашему устройству, в виде там подогрева сидений и кондиционера, а еще ксенон вносили погрешность в показания вольтметра. Данный цифровой вольтметр для автомобиля эксплуатируется уже 3 месяца, и верой и правдой служит на благо своему хозяину!

Функционал.
При снижении напряжения на аккумуляторе ниже 12 В и превышении 15 В, иконка на дисплее с аккумулятора меняется на гаечный ключ, плюс с интервалом в 5 секунд и длительностью 1 секунда начинает пищать бипер.

При нахождении напряжения в диапазоне от 12…15 В включительно, отображается иконка аккумулятора и текущее показание. Обновление происходит каждые 0,5 секунд.

При монтаже желательно располагать устройство вдали от печки, так как наблюдалась следующая картина, когда салон прогревался до состояния очень тепло (почти жарко) вольтметр начинал глючить, показания отображались скачками и с большой разницей. Случалось это по-видимому из-за нехватки температурной стабилизации. После переноса самой схемы вольтметра, из области панели приборов, данная проблема была устранена.

Инверсия дисплея осуществлена не программным путем, а благодаря поляризационной пленке, которая и придала дисплею вид белых цифр на черном фоне. Конечно, дисплей от NOKIA уступает по качеству штатному, но видимость хорошая как в ночное так и в дневное время. Дополнительная подсветка не требуется, хватает приборных светодиодов.

Источник статьи: http://kiloom.ru/article/cifrovoj-voltmetr-dlya-avtomobilya.html

Цифровой вольтметр автоэлектрика

Во время ремонта электрооборудования автомобиля важно пользоваться достаточно точным прибором, при помощи которого можно измерить напряжение в разных частях бортовой сети, на разных устройствах, а также, иметь возможность оперативно определять полярность измеряемого напряжения. Почти идеально, для этих целей подходит мультиметр типа М-830. Но только «почти»…

Дело в том, что жидкокристаллические индикаторы мультиметра не рассчитаны на работу в «полевых» условиях. Зимой на морозе они так же замерзают, как популярные китайские автомобильные часы. Индикатор перестает показывать цифры, а лишь только некоторые сегменты. Второй «автомобильный» недостаток М-830 в его большом входном сопротивлении. Конечно для ремонта телевизора большое входное сопротивление измерительного прибора — это хорошо, но для автомобильного оборудования важно чтобы контролируемая цепь была «подгружена», иначе окислившийся контакт или сгнивший проводник будут работать, как бы нормально, но при подключении нагрузки напряжение, поступающее через них будет падать «до неприличия»». И третий недостаток М-830 с автомобильной точки зрения, — батарейный источник питания.

На рисунке выше представлена схема вольтметра — пробника, при помощи которого можно измерять напряжения от 6 до 20В с точностью до 0,1В. Прибор имеет хорошо видные яркосветящиеся светодиодные индикаторы напряжения и полярности подключения щупов, питается от измеряемой цепи (потребляя около 0,1А).

Корпус пластмассовый, прямоугольной формы, посредине расположен трехразрядный цифровой индикатор напряжения, по краям корпуса (с малых торцов) выведены проводники, оконченные щупами под «крокодилы», возле точек вывода проводов есть по светодиоду красного цвета. Полярность подключения к измеряемой цепи значения не имеет, вольтметр показывает в любом случае. А полярность определяется по этим светодиодам, горит светодиод возле вывода щупа, который подключен к «+».

Прибор выполнен на микросхеме ICL7107, которая является импортным аналогом КР572ПВ2. Схема включения микросхемы, показанная на рисунке, отличается от типовой тем, что измерительная цепь и источник питания имеют один общий провод. Это делает невозможным измерения отрицательных напряжений. Но эта проблема здесь решена по другому, — вольтметр подключается к измеряемой цепи через диодный мост VD1-VD4. Поэтому, полярность подключения щупов для индикации значения не имеет, — в любом положении полярность правильная и измеритель напряжения работает. А вот, чтобы определить полярность используются встречно-параллельно включенные светодиоды HL1-HL2. В принципе, их можно бы заменить двухцветным и по цвету определять полярность, но, как оказалось, трудно запомнить какой полюс какого цвета. Поэтому, светодиоды разные, и расположены каждый у своего щупа. Где горит, там и «+».

После диодного моста включен стабилизатор А1, поддерживающий напряжения питания микросхемы стабильным (4,7В). Конденсатор С2 одновременно выполняет и роль накопительного. Он через диод VD5 развязан от цифровых индикаторов, являющихся основным потребителем энергии, и от С2 питается только сама микросхема D1, которая без индикаторов потребляет очень небольшой ток. Энергии, запасаемой в С2 хватает на несколько десятков секунд.
Источник образцового напряжения выполнен на транзисторах VT1 и VT2 и резисторе R2. Он дает стабильное напряжение около 0,5-1,0 В которое поступает на 36-й вывод микросхемы D1.

Измеряемое напряжения снимается со входного моста VD1-VD4 до стабилизатора А1, его уровень (достоверность показаний прибора) устанавливается делителем R3-R4. Параметры делителя устанавливают так, чтобы максимальное напряжение на выводе 31 было при входном напряжении 20В и составляло в два раза и чуть больше, образцового напряжения на выводе 36 (то есть, если на 36-выв. есть 0,75В, то при входном 20В на 31-выв. должно быть около 1,55-1,65В). Резистор R9 включает десятичную запятую во втором разряде индикатора.

Индикаторная панель состоит из трех индикаторов АЛС324Б1 красного цвета свечения. Лучше использовать индикаторы АЛСЗЗЗБ или импортный блок из трех индикаторов, рассчитанный на статическую индикацию, с общим анодом. Светодиоды HL1 и HL2 — любого типа, достаточно яркого света. Если использовать сверхяркие, то прибором можно будет пользоваться и как небольшим фонариком.

Микросхему ICL7107 можно заменить отечественной КР572ПВ2. Интегральный стабилизатор — любой на 5В, например, КР142ЕН5А. Диоды входного моста КД105 могут быть с любым буквенным индексом, или другие на ток не ниже 0,2А. Важно, чтобы эти диоды были одинаковыми (лучше если из одной партии). Можно использовать диодную сборку — выпрямительный мост, на ток не менее 0,2А.

Теперь о налаживании. Отпаяйте резистор R3 и подключите прибор к источнику питания напряжением 10-15В. Прибор должен показать «00,0». Если показаний нет или они другие, — это говорит о ошибках в монтаже индикатора или микросхемы D1. Проверьте напряжение на 36-м выводе D1, -должно быть 0,5-1В.

Если прибор показывает «00,0» восстановить соединение R3 и подстроить резистор R4 так, чтобы показания прибора соответствовали действительности. В качестве контрольного можно использовать мультиметр, подключив его щупы параллельно этому прибора.

Проверить точность показаний в диапазоне от 6 до 19В, как в одном, так и в другом положении щупов. Если в разной полярности подключения щупов к измеряемому источнику показания существенно отличаются, — неисправны диоды входного моста, либо использованы в нем разные диоды, что не допустимо. Если будет наблюдаться нелинейность соответствия показаний реальному напряжению, нужно подобрать сопротивление R7.

По аналогичной схеме можно сделать штатный автомобильный вольтметр и установить его на свободном месте приборной панели автомобиля. В этом случае схема упрощается, — больше не нужны диоды VD1-VD4 и светодиоды HL1, HL2.

Источник статьи: http://kiloom.ru/sxema/cifrovoj-voltmetr-avtoelektrika.html