Vyhledávač zkratů

Tato pomůcka slouží k vyhledávání vadných součástek nebo mikrospojů na DPS. Na zapojení vyhledávače jsem narazil na stránce https://hackaday.io/project/3635-shorty-short-circuit-finder.  Autorem zapojení s Arduinem Trinket je Jaromír Sukuba. Na to, že vyhledávač pouze "píská", je použití Arduina Trinket poněkud předimenzované. Na stejné stránce je odkaz na modifikaci zapojení s mikrokontrolérem ATTinyx5 https://hackaday.io/page/2420-shorty85, podklady na githubu: https://github.com/Danjovic/shorty . Toto zapojení jsem upravil pro čtyřvodičové (Kelvinovo) připojení měřících sond, ale vzhledem k přesnosti přístroje je tato úprava asi zbytečná. Vodiče z připojovacích bodů TP1, TP3 a TP2, TP4 jsou nyní spojeny až na hrotech měřících sond.

V závislosti na testovaném odporu se z piezoměniče ozývá pískání o frekvenci 50 až 4000Hz. Zařízení jsem se rozhodl napájet z lithiové baterie, měřící rozsah tak bude 0 až 1,5Ω. Zařízení pracuje na principu měření úbytku napětí na neznámém odporu při průchodu "známého proudu".  "známý proud" je uveden v uvozovkách, protože odpor v měřící smyčce je proměnný, proto měřící proud nemůže být v tomto zapojení konstantní. Také napětí z baterie není stabilizováno, proto nemůže být měření nikdy přesné. Změřený úbytek napětí je zesílen operačním zesilovačem a výstup připojen na vstup ADC mikrokontroléru. Ten přepočítá napětí na zvukovou frekvenci. Zařízení tak slouží pouze jako zvukový indikátor odporu. 

Zesílení operačního zesilovače bylo proti originálnímu zapojení sníženo na 28. Operační zesilovač musí být typu "rail to rail". Jako mikrokontrolér jsem použil ATTiny85, program se vejde i do paměti mikrokontroléru ATTiny45.

Ve skeči pro Arduino byly pozůstatky starého kódu, proto byl přepracován a zpřehledněn. Pro přepočet zvuku byla použita funkce Fscale. Pro přehrávání zvuku byla použita knihovna TimerFreeTone. Měřící smyčka je napájena po dobu 30 sec. od zapnutí. Po stisknutí tlačítka se napájení smyčky zapne (prodlouží) o dalších 30 sec. Napájení měřící smyčky je signalizováno LED diodou.

Desku vyhledávače jsem umístil do již hotové krabičky, doplnil vypínačem Li-Pol baterií a nabíječkou s obvodem TP4056.

Upozornění: Nevytvářejte soubory pro výrobu ze zde zveřejněných návrhů! Deska v návrhu je nakreslena pro ruční výrobu -  malé otvory pro snadné vrtání.

Vyhledávač zkratů s displejem (miliohmmetr)

Pro přesnější vyhledávání pouze sluch nestačí, proto bylo předchozí zapojení doplněno o displej a pro vyšší rozlišení je použit AD převodník, který je programově nastaven na rozlišení 16 bitů. Jako předloha posloužil návrh uživatele Kripton2035 uvedený na eevblogu. Na rozdíl od autora jsem použil Arduino Pro Mini. Displej i AD převodník komunikují po sběrnici I²C. Aby měření bylo přesnější, doplnil jsem zapojení o zdroj proudu. Jedná se o jednoduché zapojení obvodu TL431, posílené tranzistorem. Výstupní proud je určen odporem na výstupu a referenčním napětím obvodu TL431, výpočet je uveden ve schématu. Pro napájení vyhledávače byla použita lithiová baterie, na kterou je zapojen zvyšující měnič, schopný pracovat od 2,5V. Výstup měniče je propojkami nastaven na 5V. Napětí baterie je monitorováno.

Oproti originálu byl výstup Arduina pro spínání tranzistoru napájení měřící smyčky přesunut na pin D5. To bylo provedeno čistě z praktického hlediska, jen aby navrhovaná deska byla jednodušší. Zesílení operačního zesilovače je opět zvoleno 28, to umožňuje měření odporu až do velikosti cca 4Ω. Nepochopil jsem autorovy výpočty výsledného odporu pomocí záporné aproximace, proto jsem vytvořil výpočty nové. Pokud chcete mít měření co nejpřesnější, musíte také v programu zadat co nejpřesnější hodnoty. U operačního zesilovače bude lepší než výpočet změření hodnot napětí na vstupu a výstupu a z těchto hodnot pak provést výpočet zesílení. Bohužel nemám dostatečně přesný milivoltmetr, pro výpočet jsem použil hodnotu změřenou pouze obyčejným multimetrem. Měřící proud zase můžeme změřit vřazením ampérmetru na místo R1.  Když vynásobíme měřící proud zesílením operačního zesilovače, získáme konstantu pro výpočet celkového odporu ze změřeného napětí. Tuto konstantu najdete na řádku:

x_resistance = volts/1.49563;    // volt/(amplifier gain * measure current)= volt/(27.532*0.05431A) 

Od tohoto odporu je nutno odečíst paralelní odpor 2Ω ve smyčce. Tak získáme skutečnou velikost měřeného odporu. Rezistory R2 a R3 vybereme co nejpřesněji, aby sériově měly odpor 2Ω. Výsledek samozřejmě ovlivňuje odpor měřících sond, který je nutno odečíst. Nejprve je nutné nahrát program se stejnými hodnotami proměnných "lcr_measured_res" (kalibrační odpor změřený RLC můstkem) a "shorty_measured_res" (kalibrační odpor změřený naším vyhledávačem). Jako kalibrační odpor volíme hodnotu okolo 1Ω. Po resetu/zapnutí je nutné zkalibrovat 0 měřících sond (zkratovat sondy a podržet tlačítko, dokud se kalibrace neuloží). Nyní vyhledávačem změřit kalibrační odpor, jeho hodnotu zadat do proměnné "shorty_measured_res" a program znovu zkompilovat a nahrát. Po nahrání programu bude nutno opět zkalibrovat 0 (odečíst odpor) měřících sond.

Jako přívody k sondám byl použit audio kabel. Celý projekt jsem pojal jako experimentální, proto bylo zapojení sestaveno na prototypové desce 6x8cm. Program je také experimentální, aby jej bylo možno vyzkoušet i bez externího AD převodníku, rozlišení pak bude nižší. To lze provést zakomentováním makra #define MCP. Pro podporu displeje je nutno do vývojového prostředí "Arduino IDE" přidat knihovnu Adafruit_SSD1306, pro AD převodník knihovnu MCP342x.

Upozornění: Nevytvářejte soubory pro výrobu ze zde zveřejněných návrhů! Deska je nakreslena pro ruční výrobu -  malé otvory pro snadné vrtání. Návrh plošného spoje byl dokončen, ale deska plošných spojů nebyla nikdy vyrobena, proto může obsahovat chyby. Pokud na DPS nebudete osazovat tlačítko, je nutno doplnit propojku na GND (piny tlačítka jsou spojeny).  

Aby se šetřila baterie, bylo do programu přidáno spínání tranzistoru napájení měřící smyčky. Měřící smyčka je napájena 60 sekund po přivedení napájení, poté se proudový zdroj vypne a na displeji se zobrazí PWR-OFF. Krátkým stiskem tlačítka se napájení měřící smyčky obnoví na dalších 60 sekund.