Как сделать USB тестер напряжения и тока своими руками?

Содержание статьи:

1. Характеристики и особенности конструкции
   
2. Схема, печатная плата
   
3. Необходимые детали для сборки своими руками
   
4. Фотоинструкция сборки, видео работы
   
5. Видео
   

Для индикации параметров в данном USB тестере применен жидкокристаллический дисплей, устанавливаемый в телефоны фирмы Siemens (модели A62, A65 и т.д.). Также есть возможность сброса результатов измерений, повышен предел по току, и расширен диапазон питающих напряжений.

Характеристики и особенности конструкции USB тестера

Характеристики USB тестера:

• Потребляемый ток: 50 мА
  
• Напряжение питания: 5В
  
• Входное напряжение: 2–24 В
  
• Сопротивление шунта: 0.1 Ом
  

Основой данной конструкции является «ветеран» среди микроконтроллеров — ATmega8, работающий на частоте в 16 МГц (это сделано для ускорения отрисовки информации на ЖК-дисплее). В качестве усилителя напряжения с шунта выступает широкодоступный ОУ LM358N(P).

Для питания устройства был применен повышающий DC-DC преобразователь, что позволило в некоторой степени абстрагироваться от питающего напряжения.

Данный модуль обладает следующими характеристиками:

1. Максимальный выходной ток: 2А.
   
2. Максимальное выходное напряжение: 28В.
   
3. Диапазон входных напряжений: 2–24В.
   
4. КПД: до 93 %.
   

Также на нем есть надпись MT3608 (впрочем, китайцы вполне могут склепать и с другой маркировкой). Внешний вид представлен ниже.


При больших токах эти модули ведут себя не совсем адекватно (огромные пульсации на выходе), но вот до 100мА это вполне оправданное решение.

• Смотрите 3 рабочие схемы частотомера для сборки своими руками

Схема USB тестера тока и напряжения, печатная плата

Для облегчения монтажа, а также увеличения ремонтопригодности решено было использовать микроконтроллер и операционный усилитель в корпусах DIP28 и DIP8 соответственно. Этот ход несколько усложнил разводку печатной платы, а также послужил причиной незначительного увеличения ее размеров. Но в итоге печатная плата получилась односторонней с несколькими перемычками.

Платы выполнены на одностороннем фольгированном материале. Для их изготовления был использован ЛУТ. Все контактные площадки, которые предусматривают сверление отверстий, рассчитаны под сверло 1 мм (исключение — отверстия под ушки USB разъема).

Топология печатной платы представлена ниже:


В целом, если вы планируете какой-либо встраиваемый вариант, то можно оставить все как есть. Если же вам требуется законченное устройство, то можно вытравить дополнительную плату, которая устанавливается на основную.


Естественно, все файлы (в том числе и печатные платы) есть в архиве, прикрепленном к статье. Для просмотра схемы и плат необходим Proteus версии не ниже чем 8.4.

Файлы для скачивания: usb-tester.rar

Схема работает следующим образом. Операционный усилитель включен по не инвертирующей схеме и в данном случае обладает коэффициентом усиления 10. Далее аналоговый сигнал поступает на вход АЦП микроконтроллера, который раз в секунду проводит измерения таких параметров как ток и напряжение. На основе полученных данных вычисляется значение емкости в Ач. Кнопка служит для сброса текущих значений.

• Обзор, схемы и фото цифровых мультиметров DT830, DT 838 и M932

Программа для микроконтроллера написана на языке C++ в среде Atmel Studio 7.0.

При проектировании устройства мы старались использовать доступные комплектующие. Единственное, что выбивается из общей картины — ЖК-дисплей и DC-DC преобразователь.

Необходимые детали для сборки USB тестера тока и напряжения своими руками

Используемые радиодетали:

• МК AVR 8-бит (U1) — ATmega8-16PU (DIP28).
  
• Операционный усилитель (U2) — LM358N (DIP8).
  
• ЖК дисплей (LCD1) — LPH8731-3C (Siemens A65).
  
• Кварцевый резонатор (X1) — 16 МГц (низкопрофильный).
  
• DC-DC преобразователь — MT3608.
  
• Стабилитрон (D1) — 3.3 В.
  
• Подстроечный резистор (RV1) — 2 кОм (многооборотный).
  
• Резистор — R7 (100 кОм, 0805); R1, R16–R20 (6х10 кОм, 0805); R2 (9.1 кОм, МЛТ-0,25); R3 (1.2 кОм, МЛТ-0,25); R4 (36 кОм, МЛТ-0,25); R5 (24 кОм, МЛТ-0,25); R8 (510 Ом, МЛТ-0,25); R9, R10 (2х220 Ом, МЛТ-0,25); R11–R15 (5х5.6 кОм, 0805).
  
• 3 дисковых керамических конденсатора C1 (100 нФ); C2, C3 (22 пФ).
  
• 2 разъема — PLS-40 и PBS-40.
  
• Гнездо — USB-AF (угловой).
  
• Кнопка (S1) —длинный толкатель.
  

Все smd резисторы использованы типоразмера 0805, роль шунта выполняет резистор мощностью 5–10 Вт, а остальные резисторы можно взять на 0,125 или 0,25 Вт.

• Смотрите также схему цифрового вольтметра и амперметра

Резисторы R2–R7 желательно брать с малым допуском (<1 %), подстроечник RV1 — многооборотный. Что касается делителей (R4–R5, R11–R20), то для них можно взять и другие номиналы резисторов, но необходимо, чтобы отношение плеч осталось неизменным. Резистор R8 можно взять в диапазоне примерно 480–680 Ом. Стабилитрон, увы, необходим именно с напряжением стабилизации 3.3В. Кварцевый резонатор требуется низкопрофильный, в противном случае он будет упираться во вторую плату (сверху).

Фотоинструкция сборки USB тестера тока и напряжения, видео работы

Видео работы USB тестера тока и напряжения: