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Circuito Medidor de Capacitância Digital Usando Arduino

08/14/2017

Neste post vamos construir um circuito medidor de capacitância digital usando Arduino que pode medir a capacitância de capacitores que variam de 1 microfarad a 4000 microfarad com precisão razoável.

Introdução

Medimos o valor dos capacitores quando os valores escritos no corpo do capacitor não são legíveis, ou para encontrar o valor do capacitor envelhecido em nosso circuito que precisa ser substituído mais cedo ou mais tarde e existem vários outros motivos para medir a capacitância.

Para encontrar a capacitância podemos medir facilmente usando um multímetro digital, mas nem todos os multímetros possuem o recurso de medição de capacitância e apenas os multímetros caros possuem essa funcionalidade.

Então aqui está um circuito que pode ser construído e usado com facilidade.

Estamos focando em capacitores com valor maior de 1 microfarad a 4000 microfarad que são propensos a perder sua capacitância devido ao envelhecimento, especialmente capacitores eletrolíticos, que consistem em eletrólito líquido.

Antes de entrarmos nos detalhes do circuito, vamos ver como podemos medir a capacitância com o Arduino.

A maioria dos medidores de capacitância do Arduino depende da propriedade constante de tempo RC. Então, o que é constante de tempo RC?

A constante de tempo do circuito RC pode ser definida como o tempo necessário para o capacitor atingir 63,2% da carga total. Zero volt é 0% de carga e 100% é a carga de tensão total do capacitor.

O produto do valor do resistor em ohm e o valor do capacitor em farad dá a constante de tempo.

T = R x C

T é a constante de tempo

Reorganizando a equação acima, obtemos:

C = T/R

C é o valor de capacitância desconhecido.

T é a constante de tempo do circuito RC que é 63,2% do capacitor de carga total.

R é uma resistência conhecida.

O Arduino pode detectar a tensão via pino analógico e o valor conhecido do resistor pode ser inserido no programa manualmente.

Aplicando a equação C = T/R no programa podemos encontrar o valor desconhecido da capacitância.

A essa altura você já deve ter uma ideia de como podemos encontrar o valor da capacitância desconhecida.

Neste post eu propus dois tipos de medidores de capacitância, um com display LCD e outro com monitor serial.

Se você é um usuário frequente deste medidor de capacitância, é melhor ir com o design do display LCD e se você não é um usuário frequente, é melhor usar o design do monitor serial, porque você economiza alguns dólares no display LCD.

Agora vamos passar para o diagrama de circuito.

Medidor de capacitância baseado em monitor serial:

Como você pode ver, o circuito é muito simples, apenas alguns resistores são necessários para encontrar a capacitância desconhecida. tensão crescente e decrescente no pino A0 que está conectado entre resistores de 1K ohm e 220 ohm. Por favor, tome cuidado com a polaridade se você estiver usando capacitores polarizados, como eletrolíticos.Programa:

//-----------------Program developed by R.Girish------------------//
 const int analogPin = A0;
 const int chargePin = 7 ;
 const int dischargePin = 6;
 float resistorValue = 1000 // Value of known resistor in ohm
 unsigned long startTime;
 unsigned long elapsedTime;
 float microFarads;
 void setup()
 {
 Serial.begin(9600);
 pinMode(chargePin, OUTPUT);
 digitalWrite(chargePin, LOW);
 }
 void loop()
 {
 digitalWrite(chargePin, HIGH);
 startTime = millis();
 while(analogRead(analogPin) < 648){}
 elapsedTime = millis() - startTime;
 microFarads = ((float)elapsedTime / resistorValue) * 1000;
 if (microFarads > 1)
 {
 Serial.print("Value = ");
 Serial.print((long)microFarads);
 Serial.println(" microFarads");
 Serial.print("Elapsed Time = ");
 Serial.print(elapsedTime);
 Serial.println("mS");
 Serial.println("--------------------------------");
 }
 else
 {
 Serial.println("Please connect Capacitor!");
 delay(1000);
 }
 digitalWrite(chargePin, LOW);
 pinMode(dischargePin, OUTPUT);
 digitalWrite(dischargePin, LOW);
 while(analogRead(analogPin) > 0) {}
 pinMode(dischargePin, INPUT);
 }
 //-----------------Program developed by R.Girish------------------//

Carregue o código acima para o Arduino com a configuração de hardware concluída, inicialmente não conecte o capacitor. Abra o monitor serial; ele diz “Por favor, conecte o capacitor”.

Agora conecte um capacitor, sua capacitância será exibida conforme ilustrado abaixo.

Também mostra o tempo necessário para atingir 63,2% da tensão de carga total do capacitor, que é mostrado como tempo decorrido.

Medidor de capacitância baseado em monitor serial:

Diagrama de circuito para medidor de capacitância baseado em LCD:

O esquema acima é a conexão entre o display LCD e o Arduino. O potenciômetro de 10K é fornecido para ajustar o contraste da tela. As demais conexões são autoexplicativas.

Medidor de capacitância baseado em monitor serial:

O circuito acima é exatamente igual ao design baseado em monitor serial; você só precisa conectar o display LCD.

Programa para medidor de capacitância baseado em LCD:

//-----------------Program developed by R.Girish------------------// #include LiquidCrystal lcd(12,11,5,4,3,2); const int analogPin = A0; const int chargePin = 7 ; const int dischargePin = 6; float resistorValue = 1000; // Value of known resistor in ohm unsigned long startTime; unsigned long elapsedTime; float microFarads; void setup() { Serial.begin(9600); lcd.begin(16,2); pinMode(chargePin, OUTPUT); digitalWrite(chargePin, LOW); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print(" CAPACITANCE"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(" METER"); delay(1000); } void loop() { digitalWrite(chargePin, HIGH); startTime = millis(); while(analogRead(analogPin) < 648){} elapsedTime = millis() - startTime; microFarads = ((float)elapsedTime / resistorValue) * 1000; if (microFarads > 1) { lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Value = "); lcd.print((long)microFarads); lcd.print(" uF"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Elapsed:"); lcd.print(elapsedTime); lcd.print(" mS"); delay(100); } else { lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Please connect"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("capacitor !!!"); delay(500); } digitalWrite(chargePin, LOW); pinMode(dischargePin, OUTPUT); digitalWrite(dischargePin, LOW); while(analogRead(analogPin) > 0) {} pinMode(dischargePin, INPUT); } //-----------------Program developed by R.Girish------------------//

Com a configuração de hardware concluída, carregue o código acima. Inicialmente não conecte o capacitor. O visor mostra “Por favor, conecte o capacitor!!!” agora você conecta o capacitor. O display mostrará o valor do capacitor e o tempo decorrido para atingir 63,2% da carga total do capacitor.

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