原文：https://circuitdigest.com/microcontroller-projects/arduino-capacitance-meter-circuit

使用Arduino的電容表

ARDUINO的

經(jīng)過**迪利普·拉賈（Dilip Raja）** 2016年4月2日8

Arduino電容表

當(dāng)我們遇到先前設(shè)計的電路板時，或者我們從舊電視或計算機中取出一塊電路板進行維修時。有時我們需要知道板上特定電容器的電容以消除故障。然后，我們面臨著從板上獲取電容器的準(zhǔn)確值的問題，特別是如果它是表面貼裝器件。我們可以購買用于測量電容的設(shè)備，但是所有這些設(shè)備都很昂貴，并不適合所有人。考慮到這一點，我們將設(shè)計一個簡單的Arduino電容表 來測量未知電容器的電容。

該儀表可以容易地制造并且還具有成本效益。我們將使用Arduino Uno，施密特觸發(fā)門和555 IC計時器制造電容表。

所需組件：

• 555定時器IC
• IC 74HC14施密特觸發(fā)門或非門。
• 1KΩ電阻器（2個），10KΩ電阻器
• 100nF電容器，1000μF電容器
• 16 * 2液晶屏
• 面包板和一些連接器。

電路說明：

下圖顯示了使用Arduino的電容表的電路圖。電路很簡單，LCD與Arduino相連以顯示測得的電容器電容。方波發(fā)生器電路（在穩(wěn)定模式下為555）連接到Arduino，在這里我們已經(jīng)連接了需要測量其電容的電容器。施密特觸發(fā)器門(Schmitt Trigger Gate)（IC 74LS14）用于確保僅將矩形波饋送到Arduino。為了濾除噪聲，我們在電源兩端增加了兩個電容器。

該電路可以準(zhǔn)確地測量10nF至10uF范圍內(nèi)的電容。

基于555定時器IC的方波發(fā)生器：

首先，我們將討論基于555 Timer IC的方波發(fā)生器，或者我應(yīng)該說555 Astable Multivibrator。我們知道，電容器的電容不能在數(shù)字電路中直接測量，換句話說，UNO處理數(shù)字信號，因此不能直接測量電容。因此，我們使用555方波發(fā)生器電路將電容器連接到數(shù)字世界。

簡而言之，計時器提供方波輸出，其頻率直接影響與其相連的電容。因此，首先我們獲得方波信號，該信號的頻率代表未知電容器的電容，然后將該信號饋送到UNO以獲取適當(dāng)?shù)闹怠?/p>

不穩(wěn)定模式下的常規(guī)配置555，如下圖所示：

輸出信號頻率取決于RA，RB電阻和電容器C。

頻率（F）= 1 /（時間段）= 1.44 /（（RA + RB * 2）* C）。

在此，RA和RB是電阻值，C是電容值。通過將電阻和電容值放在上述公式中，我們可以得出輸出方波的頻率。

我們將連接1KΩ作為RA和10KΩ作為RB。所以公式變成

頻率（F）= 1 /（時間段）= 1.44 /（21000 * C）。

通過重新排列我們擁有的條款，

電容C = 1.44 /（21000 * F）

在我們的程序代碼（請參閱下文）中，為了準(zhǔn)確獲取電容值，我們通過將獲得的結(jié)果（以法拉為單位）乘以“ 1000000000”來計算以nF為單位的結(jié)果。另外，由于RA和RB的精確電阻分別為0.98K和9.88K，因此我們使用了“ 20800”而不是21000。

因此，如果我們知道方波的頻率，就可以得到電容值。

施密特觸發(fā)器門(Schmitt Trigger Gate)：

由計時器電路生成的信號并不完全安全，無法直接提供給Arduino Uno。考慮到UNO的敏感性，我們使用施密特觸發(fā)器門(Schmitt Trigger Gate)。施密特觸發(fā)器門(Schmitt Trigger Gate)是數(shù)字邏輯門。

該門根據(jù)輸入電壓電平提供輸出。施密特觸發(fā)器具有THERSHOLD電壓電平，當(dāng)施加到柵極的INPUT信號的電壓電平高于邏輯門的THRESHOLD時，OUTPUT變?yōu)楦唠娖健Ｈ绻鸌NPUT電壓信號電平低于THRESHOLD，則門的OUTPUT將為LOW。因此，我們通常不會單獨獲得施密特觸發(fā)器，因此在施密特觸發(fā)器之后總是有一個非門。施密特觸發(fā)器的工作原理在這里進行了說明：施密特觸發(fā)器門(Schmitt Trigger Gate)

我們將使用74HC14芯片，該芯片中有6個施密特觸發(fā)器門(Schmitt Trigger Gate)。這些六個門在內(nèi)部進行了連接，如下圖所示。

倒立施密特觸發(fā)器門(Schmitt Trigger Gate)的真值表是在下面的圖顯示，與此我們必須為在其端子反相的正和負(fù)的時間段的UNO編程。

將定時器電路產(chǎn)生的信號連接到ST門，在輸出端會有倒相時間的矩形波，可以安全地給UNO。

Arduino測量電容：

Uno有一個特殊的函數(shù)***pulseIn****，*它使我們能夠確定特定矩形波的正態(tài)持續(xù)時間或負(fù)態(tài)持續(xù)時間：

Htime = pulseIn（8，HIGH）; Ltime = pulseIn（8，LOW）;

所述pulseIn功能措施，其高或低電平存在于烏諾的PIN8的時間。pulseIn功能以微秒為單位測量此高時間（Htime）和低時間（Ltime）。當(dāng)我們將Htime和Ltime加在一起時，我們將得到Cycle Duration(周期持續(xù)時間)，通過反轉(zhuǎn)它，我們將得到Frequency。

一旦有了頻率，就可以使用前面討論的公式來獲得電容。

摘要和測試：

因此，總而言之，我們將未知電容器連接到555定時器電路，后者會生成一個方波輸出，該輸出的頻率與電容器的電容直接相關(guān)。該信號通過ST門提供給UNO。UNO測量頻率。在已知頻率的情況下，我們對UNO進行編程，以使用前面討論的公式來計算電容。

讓我們看看我得到的一些結(jié)果，

當(dāng)我連接1uF電解電容器時，結(jié)果為1091.84 nF?1uF。用0.1uF的聚酯電容器得到的結(jié)果為107.70 nF?0.1uF

然后我連接了0.1uF的陶瓷電容器，結(jié)果為100.25 nF?0.1uF。此外，使用4.7uF電解電容器的結(jié)果為4842.83 nF?4.8uF

這樣便可以簡單地測量任何電容器的電容。

代碼

#include <LiquidCrystal.h>LiquidCrystal lcd(2, 3, 4, 5, 6, 7);int32_t Htime; int32_t Ltime; float Ttime; float frequency; float capacitance;void setup() {pinMode(8,INPUT); //pin 8 as signal inputlcd.begin(16, 2);lcd.setCursor(0,0);lcd.print("capacitance ="); } void loop() {for (int i=0;i<5;i++) //measure time duration five times{Ltime=(pulseIn(8,HIGH)+Ltime)/2; //get average for each cycleHtime=(pulseIn(8,LOW)+Htime)/2;}Ttime = Htime+Ltime;frequency=1000000/Ttime;capacitance = (1.44*1000000000)/(20800*frequency); //calculating the Capacitance in nFlcd.setCursor(0,1);lcd.print(capacitance);lcd.print(" nF ");delay(500); }

總結(jié)

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