Миллиомметр с 7-сегментным ЖКИ. Часть 1. Принципиальные схемы

В статье приведены аппаратные и программные средства цифрового миллиомметра на базе нового 51-совместимого микроконтроллера (МК) EFM8LB12 с встроенным 14-разрядным высокоскоростным SAR АЦП, инструментального усилителя (ИУ) INA333 и ОУ OPA334. Погрешность измерений миллиомметра составляет не более 1%. Показания прибора выводятся на 8-разрядный 7-сегментный ЖКИ ИЖЦ 13-8-7, сопряженный с МК с помощью двух контроллеров КР1820ВГ1. Прибор расположен в корпусе размером 120×60×40 мм. Питается прибор от аккумулятора с выходным напряжением 3.7 В: 18650-HG2 размером (d×h) 18×65 мм емкостью 3 А·ч (популярный аккумулятор «шоколадка»). В статье приводятся принципиальные схемы, разводка плат, их фотографии и фотографии самого устройства, позволяющие изготовить прибор своими силами.

Введение

Часто требуется измерить достаточно малое сопротивление (миллиомы) некоторых относительно низкоомных объектов или компонентов (вторичные обмотки силовых трансформаторов, катушки индуктивности с небольшим количеством витков, токоизмерительные резисторы, шунты и т.п.). Для измерения таких малых сопротивлений выпускаются специализированные приборы, называемые миллиомметрами. Стоимость подобных приборов довольно высока и начинается от $250 (т.е. более 20000 руб.) у приборов с не особенно высокой точностью. Более точные приборы стоят в несколько раз дороже. В то же время опыт, приобретенный автором при конструировании цифрового вольтметра с высоким разрешением [1], и метод, примененный для измерения напряжений в нем, натолкнул автора на идею: а нельзя ли сконструировать миллиомметр, применив подобный метод для измерения малых сопротивлений? Небольшая стоимость вольтметра [1] (по подсчетам автора, не более $10), простота его схемы, а также достаточно приличная точность измерений позволили предположить, что такой миллиомметр вряд ли обойдется дороже, будет не намного сложнее по схеме и, кроме того, возможно, будет обладать достаточно приемлемой точностью измерения малых сопротивлений (в миилиомах). Как оказалось впоследствии, предположения автора полностью подтвердились; мало того, автор получил такой результат, какого даже не ожидал.

Дальнейшее изложение будет построено следующим образом. Вначале будет объяснен принцип измерения сопротивления, примененный в миллиомметре, затем будут приведены принципиальные схемы, разводка плат и фотографии плат и внутреннего устройства прибора. Далее будут описаны программные средства, используемые в приборе, и дано руководство по его настройке и использованию. После этого будут приведены примеры измерений прибором малых сопротивлений (до 0.5 мОм).

Предварительные замечания

Для того чтобы понять принципиальные схемы миллиомметра, приведенные далее, на Рисунке 1 показана упрощенная схема, поясняющая принцип измерения сопротивления тестируемого резистора R_X. Этот принцип основан на измерении напряжения U_Rx на резисторе R_X, через который пропускается определенный ток I_Rx, также измеряемый. Сопротивление R_X вычисляется по закону Ома:

Для исключения погрешности измерений из-за падения напряжения на проводах, возникающего при прохождении по ним относительно большого тока (до 0.5 А), используется хорошо известная двухконтурная измерительная схема Кельвина. Измеряемый резистор подключается к этим контурам с помощью специализированных зажимов, которые также именуются зажимами Кельвина (в схеме используются зажимы марки LCR-90).

Рисунок 1.	Упрощенная схема измерения сопротивления тестируемого резистора.

Для формирования тока I_Rx используется стабилизатор напряжения, показанный на Рисунке 1 в виде отдельного блока. На вход стабилизатора (V_IN) подается напряжение питания, условно показанное как V_П. Стабилизатор может включаться и выключаться с помощью сигнала ON/OFF, подаваемого на одноименный вход. Кроме того, на вход V_REF стабилизатора подается опорное напряжение V_REF. В качестве V_REF в данном случае используется выходное напряжение внешнего источника опорного напряжения (ИОН) номиналом 2.5 В. Любой стабилизатор имеет также измерительный вход V_REFI, на который подается напряжение (V_REFI), сравниваемое с опорным (V_REF). И, наконец, стабилизатор имеет выход (V_OUT), напряжение на котором (V_REFM) и используется для формирования тока I_Rx. Отличительной особенностью стабилизатора является способ подключения напряжения к измерительному входу (V_REFI). Обычно к этому измерительному входу подключается выходное напряжение стабилизатора (V_REFM), которое и стабилизируется. Но в данном случае к этому входу, как видно из схемы Рисунок 1, подключено напряжение, взятое с контакта зажима с образцовым резистором, т.е. V_REFI. Таким образом, стабилизатор выдает такое выходное напряжение V_REFM, чтобы напряжение V_REFI было равно опорному (V_REF), поскольку именно напряжение, поданное на измерительный вход (V_REFI), сравнивается с опорным.

В первом контуре (сигнал V_REFM – R_X – R_ОБР – «земля») ток I_RОБР проходит через измеряемый резистор R_X и последовательно соединенный с ним образцовый резистор R_ОБР. Силовые провода (V_REFM) и провод, соединяющий нижний (по схеме) зажим с R_ОБР, должны иметь относительно большое поперечное сечение (не менее 0.5 мм²). Для определения тока I_RОБР напряжение с образцового резистора (V_RОБР) подается на один из входов АЦП МК (назовем его условно как 1-й канал АЦП). Зная напряжение V_RОБР и номинал образцового резистора R_ОБР, можно определить ток I_RОБР (см. далее), который также проходит через измеряемый резистор R_X.

Второй контур (сигнал V_REFI – R_X – V_ROBRI) предназначен для измерения падения напряжения на измеряемом резисторе R_X. В этот контур включен инструментальный усилитель (ИУ – INA333), работающий в дифференциальном режиме. Сигнал V_ROBRI через 100-омный резистор подается на неинвертирующий вход ИУ (V_IN+), а сигнал V_ROBRI подается на вход опорного напряжения ИУ (REF) и через 100-омный резистор – на инвертирующий вход ИУ (V_IN–). Провода для сигналов V_REFI и V_ROBRI (в связи с пренебрежимо малым током в этом контуре) могут быть меньшего сечения, но не настолько, чтобы их можно было легко порвать (лучше не менее 0.1 – 0.05 мм²). Для установки коэффициента усиления (G) ИУ к его входам RG подключен резистор RG. Коэффициент усиления ИУ (согласно справочному листку на ИУ INA333) G = 1 + 100К/RG. Выходное напряжение ИУ (V_OUT) подключается к условно 2-му каналу АЦП МК. Это напряжение для классического ИУ, построенного на трех ОУ (а именно так устроен ИУ INA333), как известно, определяется формулой:

(1)

Здесь следует сделать некоторое отступление относительно способа включения ИУ. В стандартном (или наиболее часто используемым) способе включения вход REF ИУ заземляется, вход V_IN– также подключается к «земле» через какой-либо токоограничивающий резистор небольшого номинала (например, 100 Ом), а измеряемый сигнал подается на вход V_IN+ также через небольшой токоограничивающий резистор. Однако такой способ включения имеет два существенных недостатка.

Во-первых, при таком способе пришлось бы образцовый резистор подключать к выходу стабилизатора (т.е. к V_REFM), а измеряемый резистор – между образцовым и «землей». В этом случае при измерении напряжения на образцовом резисторе с помощью АЦП возникли бы проблемы, поскольку АЦП измеряет напряжение относительно «земли» (а не относительно V_REFM). Во-вторых, напряжение на измеряемом резисторе измерялось бы АЦП относительно «земли», и при малом номинале измеряемого резистора (миллиомы) это напряжение было бы также мало (даже учитывая усиленное ИУ). А малые напряжения относительно «земли» при их измерении АЦП имеют максимальную погрешность, поскольку вблизи «земли» интегральная нелинейность максимальна, да и вообще АЦП очень плохо измеряет малые напряжения относительно «земли». При том же способе включения, показанном на Рисунке 1, из опорного напряжения вычитается малое напряжение на измеряемом резисторе, в связи с чем результирующее напряжение очень близко к опорному. А чем ближе измеряемое напряжение к опорному, тем точнее оно измеряется АЦП, поскольку АЦП сравнивает измеряемое напряжение с опорным, а не с «землей». Кроме того, интегральная нелинейность АЦП минимальна, если измеряемое напряжение близко к опорному. Помимо этого, при способе включения ИУ, показанном на Рисунке 1 (т.е. ИУ как бы «перевернут» по сравнению со стандартным способом включения), напряжение на образцовом резисторе измеряется АЦП с минимальной погрешностью, поскольку это напряжение также близко к опорному. Теперь вернемся к прерванной последовательности изложения.

Поскольку потенциал сигнала V_REFI всегда выше потенциала сигнала V_RОБРI (этот очевидный факт, на взгляд автора, не нуждается в пояснении), вышеприведенная формула (1) для удобства может быть переписана в виде (2):

(2)

Из (2) можно найти разность потенциалов (напряжение) на резисторе R_X (3):

(3)

Реальное напряжение V_OUT, если оно измеряется АЦП, может быть получено по его безразмерному показанию (обозначим его как U_OUT), умноженному на опорное напряжение V_REF (4).

(4)

Здесь следует сделать некоторое уточнение. Пусть имеется 14-разрядный АЦП, и пусть его передаточная характеристика идеальна. Тогда при подключении к его входу опорного напряжения V_REF его показания в двоичном коде будут равны U_{OUT_2} = 11111111111111₂ (т.е. 14 двоичных единиц). Безразмерное показание АЦП U_{OUT_10} можно найти, разделив U_{OUT_2} на (2¹⁴ – 1):

Другими словами, в этом случае U_OUT = 1. Если же вход АЦП заземлить, то безразмерное показание АЦП будет нулевым: U_OUT = 0.

Аналогично по безразмерному показанию АЦП (U_RОБР) определяется реальное напряжение (V_RОБР) на образцовом резисторе (5):

(5)

Ток I_RОБР, проходящий через образцовый резистор R_ОБР, может быть найден по (6):

(6)

Измеряемое сопротивление резистора R_X может быть найдено как разность потенциалов на нем (V_IN– – V_IN+), делённая на проходящий ток I_RОБР, а с учетом (3) – (6) получим формулу (7):

(7)

Сократив последнее выражение в (7) на V_REF, получим расчетную формулу для вычисления R_X по показаниям АЦП (U_OUT, U_RОБР), номиналу образцового резистора R_ОБР и коэффициенту усиления G ИУ (8):

(8)

Интересной особенностью формулы (8) является отсутствие в ней опорного напряжения V_REF. Это означает, что, во-первых, оно в принципе может быть любым (конечно, в разумных пределах) и, во-вторых, что его абсолютное значение не играет никакой роли, лишь бы оно (напряжение) было стабильно во время измерения (как будет видно из дальнейшего изложения, это время не более секунды). Формула (8) и была использована для всех расчетов в программе для МК. Конкретные значения номиналов образцовых резисторов R_ОБР и коэффициентов усиления G будут указаны в дальнейшем, исходя из принципиальных схем.

Теперь после таких, на взгляд автора, достаточно «пространных» объяснений принципа измерения сопротивления тестируемого резистора уже нетрудно понять и принципиальные схемы, представленные ниже.

Принципиальные схемы

Условно схему платы миллиомметра (Рисунок 2) с дополнительными устройствами (Рисунок 3) можно разбить на 2 части: цифровую и аналоговую.

Рисунок 2.	Принципиальная схема платы миллиомметра.

В цифровую часть входят: интерфейсы для сопряжения МК с компьютером (их два) для целей его (МК) программирования, интерфейс с ЖКИ, несколько сигналов (бит состояния), предназначенных для управления работой МК, и несколько сигналов (бит управления), предназначенных для управления МК внешними устройствами.

Рисунок 3.	Схемы дополнительных устройств миллиомметра.

Первый вариант программирования МК – с помощью USB DEBUG адаптера, который сопрягается с компьютером по интерфейсу USB, а с МК – по двухпроводному интерфейсу C2. Для этого предназначен трехконтактный штыревой разъем XB, на который выведены два сигнала: RST/C2CK, C2D и «земля». Для сопряжения используется кабель, который одним концом (ответная трехконтактная вилка) подключается к разъему XB, а второй его конец подключается к самому USB DEBUG адаптеру. Схему такого кабеля можно найти в [2]. Цепочка R1R2C1 используется для штатной работы интерфейса C2.

Второй вариант программирования МК – по интерфейсу RS-232 с помощью COM-порта компьютера (COM1). Для сопряжения используется 4-контактный штыревой разъем XD/RS, на который выведены два сигнала: TxDM, RxDM, питание (+3.5 В) и «земля». К этому разъему подключается преобразователь уровней интерфейса RS-232-TTL, а к нему – кабель сопряжения с COM-портом компьютера. Все схемы и подробное описание этого режима программирования можно найти в [3]. Для перевода МК в этот режим программирования необходимо замкнуть перемычкой (джампером) контакты 1-2 разъема XB (эта перемычка показана пунктиром, справа от которой слово «boot» – см. [3]).

Для сопряжения МК с ЖКИ используется интерфейс SPI и 6-контактный штыревой разъем XN, на который выведены сигналы SPI, питание (+3 5 В) и «земля». К этому разъему одним концом (ответная 6-контактная вилка) подключается кабель, который вторым концом подключается к ЖКИ (ответная 6-контактная вилка). Схема кабеля приведена на Рисунках 3в, 3г.

Управление режимaми работы МК осуществляется сигналами DIAP0 и DIAP1, логические состояния которых («лог. 0» или «лог. 1») определяют тот или иной режим работы. Эти сигналы выведены на штыревой разъем XD/RS. К контактам 1-3 этого разъема одним концом (трехконтактная ответная вилка) подключается кабель, который вторым концом припаян к галетному переключателю ГП1 (Рисунок 3а). Здесь следует заметить, что объединение в одном и том же разъеме (XD/RS) сигналов для программирования МК по интерфейсу RS-232 и сигналов управления не приведет к какой-либо коллизии: при программировании МК прибор не работает и ничего не измеряет, а при работе он отключен от интерфейса RS-232.

Сигнал CLUI («лог. 0») запускает миллиомметр в режим измерения, если он появляется после включения питания. Этот сигнал (и «земля») выведен на двухконтактный штыревой разъем XC, к которому подключается один из концов кабеля (ответной двухконтактной вилкой), а второй его конец соединяется с двухконтактной кнопкой КН1 (Рисунок 3е). При нажатии кнопки CLUI = «лог. 0», при отпускании CLUI = «лог. 1». Если кнопка нажата и удерживается в нажатом состоянии перед включением питания, а после включения питания отпускается, то миллиомметр переходит в режим установки нуля по выбранному диапазону измерения (см. далее).

Для управления работой стабилизатора используется управляющий сигнал ENT (подаваемый МК), состояние на котором включает («лог. 1») или выключает («лог. 0») стабилизатор (см. далее).

Аналоговая часть включает в себя следующие устройства. Прецизионный измерительный резистор R3, напряжение на котором измеряется АЦП МК, ИУ INA333 (DA1), с помощью которого измеряется падение напряжения на измеряемом резисторе, ИОН REF3125 (DA3) с выходным напряжением V_REF = 2.5 В и стабилизатор на базе операционного усилителя (ОУ) OPA334 (DA2) и мощного полевого p-канального транзистора STD30PF03L-1 (VT1).

Сигнал V_REF подключен к выводу 2 МК DD1 (P0.0/V_REF). Этот же сигнал выведен на однокoнтактный штыревой разъем Xref. Конденсатор C4 блокировочный и положен для штатной работы ИОН. Для измерения напряжения на R3 это напряжение (сигнал R3) подается на контакт 1 двухконтактного разъема XR3Vref. В штатном режиме работы его контакты 1-2 замыкаются перемычкой (джампером), в результате чего напряжение (на R3) с контакта 2 (сигнал R3/V_REF) через RC цепочку R9C2 подается на вывод 17 МК (ADC0.7) – сигнал ADCIN_R3/V_REF. В режиме калибровки полной шкалы АЦП (см. далее) перемычка с разъема XR3Vref снимается, и контакт 2 разъема XR3Vref соединяется с контактом разъема Xref проводом с двумя ответными гнездами на его концах. В результате опорное напряжение V_REF через цепочку R9C2 подается на вход АЦП ADC0.7 МК (сигнал ADCIN_R3/V_REF).

ИУ INA333 (DA1) включен по схеме, аналогичной Рисунку 1. В зависимости от диапазона измерения, к его входам RG (выводы 1, 8) подключаются: либо резистор R7 (1К), в этом случае коэффициент усиления G = 1+100К/1К = 101, либо резистор R6 (10К), тогда G = 1+100К/10К = 11, либо ничего не подключается, т.е. выводы 1, 8 свободны; в этом случае G = 1. Для установки того или иного коэффициента усиления служит галетный переключатель ПГ2-17-3П4НВ (ГП1, Рисунок 3а) на 3 положения 4 направления. Для установки коэффициента усиления G на плате предусмотрен трехконтактный штыревой разъем XRG. К этому разъему подключается кабель, на одном конце которого расположена ответная трехконтактная вилка XRGK (которая и подключается к разъему XRG), а второй его конец припаян к контактам ГП1 (Рисунок 3а). Помимо установки коэффициента усиления ИУ ГП1 с помощью второй группы контактов устанавливает в то или иное состояние биты диапазонов DIAP0 и DIAP1 МК. Для этого служит трехпроводный кабель, который одним концом припаян к контактам ГП1 (Рисунок 3а), а на втором его конце установлена трехконтактная вилка XDK, которая подключается к контактам 1-3 разъема XD/RS (Рисунок 2). В первом (левом по схеме Рисунок 3а) положении ГП1 все его контакты разомкнуты, в связи с чем биты DIAP0 и DIAP1 находятся в состоянии «лог. 1», а коэффициент усиления ИУ G = 1. Во втором (среднем) положении замыкаются контакты 2'-2 и 8'-8, в связи с чем бит DIAP0 устанавливается в состояние «лог. 0» (DIAP1 = «лог. 1»), а коэффициент G = 11 (см. выше). В третьем (правом по схеме) положении замыкаются контакты 2'-3 и 8'-9, в связи с чем бит DIAP1 = «лог. 0» (DIAP0 = 1), a G = 101. Неиспользуемые два направления ГП1 запараллелены с используемыми для увеличения надежности и снижения сопротивления контактов.

Есть еще одна (технологическая) комбинация бит DIAP0 и DIAP1, когда оба бита устанавливаются в состояние «лог. 0». Она используется для калибровки полной шкалы АЦП МК (см. далее). Для этого с разъема XD/RS снимается ответная трехконтактная вилка кабеля, соединяющего этот разъем с переключателем ГП1, и на три контакта (1-3) надевается трехконтактная перемычка (джампер), соединяющая все три контакта, т.е. заземляющая сигналы DIAP0 и DIAP1. Эта перемычка показана пунктиром справа от разъема XD/RS (Рисунок 2), а еще правее стоит слово «CAL1».

Измеряемый резистор R_X подключается к зажимам Кельвина LCR-90, к которым одним концом припаяны два двухпроводных кабеля, ко вторым концам которых припаяны двухконтактные разъемы – вилки DJK-10B (XREFK и XR3K) – Рисунок 3д. Эти две вилки вставляются в две розетки DJK-04B (XR3 и XREF, Рисунок 2), установленные на лицевой поверхности корпуса прибора. К этим розеткам припаяны два двухпроводных кабеля, которые своим вторым концом впаяны в плату. Силовой контур, через который течет большой ток, – REFM-R_X-R3, измерительный контур, предназначенный для измерения напряжения на R_X, – REFI-R_X-R3I. Сигнал REFI подключен к выводу REF ИУ DA1 (вывод 5) и через резистор R5 – к входу V_IN– ИУ DA1 (вывод 2), а сигнал R3I через резистор R4 подключен к входу V_IN+ (вывод 3 DA1), т.е. именно так, как это организовано на Рисунке 1.

Напряжение с выхода ИУ V_OUT (вывод 6 DA1) через цепочку R8C6 подается на вывод 18 МК (ADC0.6) – сигнал ADCIN_RX. Блокировочный конденсатор C5 служит для штатной работы ИУ DA1.

В состав стабилизатора входит ОУ OPA334 (DA2) и мощный p-канальный полевой транзистор STD30PF03L-1 (VT1). В отличие от стандартной схемы стабилизатора положительного напряжения на ОУ и n-канальном полевом транзисторе, на сток которого подается входное напряжение, а с истока снимается стабилизированное, как видно их схемы Рисунок 2, в ней использован p-канальный транзистор, который «перевернут», т.е. входное напряжение (+3.5 В) подается на его исток, а стабилизированное снимается с его стока. Такое включение p-канального транзистора имеет одну особенность. В стандартной схеме для открытия n-канального транзистора требуется подать на его затвор напряжение выше напряжения истока (т.е. выше входного напряжения) на 1 – 4 В (пороговое). Но где его взять, если кроме входного другого напряжения нет? В данной же схеме (Рисунок 2), во-первых, на стоке напряжение (выходное – около +2.5 В) более отрицательно по отношению к напряжению истока (входное – +3.5 В), т.е. p-канальный транзистор работает в штатном режиме, а, во-вторых, на затвор транзистора для его открытия требуется подать напряжение не выше входного, а ниже его на те же 1-4 В (т.е. более отрицательное по отношению к напряжению истока). С этим легко «справится» ОУ DA2, т.к. напряжение его питания равно +3.5 В. Транзистор STD30PF03L-1 имеет низкое пороговое напряжение (около 1 В), поэтому схема будет работать даже при сильном разряде аккумулятора (до 2.7 В). Как видно из схемы, на инвертирующий вход ОУ (вывод 4 DA2) через резистор R13 подается опорное напряжение V_REF, а на его неинвертирующий вход (вывод 3 DA2) подается не выходное напряжение стабилизатора (REFM), а напряжение REFI, т.е. то, которое получается в месте контакта зажима (с разъемом XREFK) с измеряемым резистором (Рисунок 3д). Другими словами, стабилизатор устанавливает опорное напряжение V_REF именно в месте контакта R_X с зажимом (напряжение REFI). Выходное напряжение ОУ (вывод 1 DA2) через резистор R12 подается на затвор транзистора VT1. При подключении нагрузки к выходу стабилизатора его выходное напряжение (REFM) будет падать, а вместе с ним упадет и напряжение REFI, а поскольку оно подключено к неинвертирующему входу ОУ DA2 (через резистор R14), снизится и выходное напряжение ОУ. Это приведет к тому, что напряжение затвора транзистора также снизится, транзистор приоткроется, возвратив выходное напряжение REFM, а с ним и напряжение REFI, на прежний уровень. При отключении нагрузки все произойдет с точностью до наоборот. Конденсатор C10 предотвращает самовозбуждение ОУ DA2.

ОУ DA2 имеет вход разрешения (En – Enable) – вывод 5 DA2, низкий уровень («лог. 0») на котором отключает выход ОУ, т.е. переводит его в высокоимпедансное состояние. В этом случае затвор VT1 оказывается подключенным к истоку через резистор R10, что приведет к закрытию транзистора. Если на вход En DA2 подан высокий уровень («лог. 1»), то выход ОУ включится, что приведет к работе стабилизатора в штатном режиме. Как видно из схемы, номинал R12 (100 Ом) на 3 порядка ниже номинала R10 (100 кОм), поэтому в этом случае на включение транзистора влияние R10 ничтожно мало.

Включение и выключение стабилизатора осуществляется сигналом ENT, подаваемым с МК (вывод 13 DD1).

К выходу стабилизатора подключен светодиод через двухконтактный штыревой разъем XLed (Рисунок 2) и двухпроводный кабель с ответным разъемом XLedK (Рисунок 3ж). Светодиод расположен на лицевой поверхности корпуса и сигнализирует о наличии напряжения на выходе стабилизатора. Он загорается только в процессе измерения (не более секунды).

Напряжение питания платы с условным значением +3.5 В поступает с двухконтактного цангового штыревого разъема XП. На самом деле напряжение полностью заряженного аккумулятора составляет +4.2 В, а разряженного (но еще находящегося в штатном режиме работы) – +2.7 В. К разъему XП одним концом с ответным гнездом XПК (Рисунок 3б) подключается двухпроводный кабель питания, который своим вторым концом припаян к выводу 1 выключателя питания ВК1 (+3.5) (вывод 2 XПК), а провод GND (вывод 1 XПК) припаян к клемме KL2, соединенной с минусом аккумулятора (BAT1). Эта клемма надета на лепесток, приваренный к минусу BAT1. Аналогичная клемма KL1 надета на лепесток, приваренный к плюсу BAT1. Эта клемма (сигнал +3.5Z) соединена проводом с выводом 3 выключателя ВК1 и одновременно с выводом 2 гнездового разъема DJK-19S (XZ). Вывод 1 разъема XZ (сигнал GND) соединен с клеммой KL2. Клеммы KL1 и KL2 – нажимные размером 6.3 мм. При нажатии на «ручку» такой клеммы она легко надевается на приваренный к аккумулятору довольно мягкий лепесток (шириной 6 мм и толщиной всего 0.1 мм), а при отпускании – жестко фиксируется на нем (и без нажатия ее уже не снять). Если использовать обычную обжимную клемму, то при надевании ее на лепесток последний очень легко повредить (превратив его в «гармошку»).

Разъем XZ предназначен для зарядки аккумулятора зарядным устройством. Этот разъем (DJK-19S) припаян на специальную плату (разводка ее приведена далее), которая двумя винтами М2 крепится к днищу корпуса. Конец разъема выведен наружу на торец корпуса. К этому разъему подключается ответная вилка DJK-11K (2.5×0.7-L9) двухпроводного кабеля, который своим вторым концом припаян к плате хорошо известного зарядного устройства на базе TP4056. Сама плата зарядного устройства приклеена гибкой теплопроводящей прокладкой с двусторонним липким слоем к игольчатому радиатору с площадью поверхности около 70 см² (см. далее).

Для определения состояния аккумулятора (уровня его разряженности) в схеме используются два резистора R15 и R16, точка соединения которых через цепочку R17C2 подается на еще один вход АЦП МК – ADC0.1 (вывод 24 DD1) – сигнал ADCIN_Vp. Напряжение в точке соединения резисторов делителя (в 2 раза) напряжения питания измеряется АЦП МК, и в зависимости от его значения на крайний правый разряд ЖКИ (он отделен) выводятся сегменты (их три), по количеству которых можно судить о степени его разряженности (см. далее).

Все резисторы (кроме R3) и конденсаторы (керамические) – для поверхностного монтажа размером 0603 (кроме C4, C7, C8, C11 – их размер 0805). Резистор R3 – 5-ваттный в металлическом корпусе. Все разъемы (кроме XП, XR3 и XREF) – штыревые с шагом 1.27 мм (PLL-0X), разъем XП – цанговый с шагом 2.54 мм (PSLM-02). О разъемах XR3 и XREF уже было упомянуто выше.

Литература

1. Кузьминов А. Цифровой вольтметр с повышенной разрешающей способностью.
2. Кузьминов А. Ю. Связь между компьютером и микроконтроллером. Современные аппаратные и программные средства. М.: «Перо». 2018.
3. Кузьминов А. Программирование микроконтроллеров EFM8 с помощью встроенного загрузчика программ. Радио. 2018. № 12.

Материалы по теме

1. Datasheet Silicon Labs EFM8LB12
2. Datasheet Texas Instruments INA333
3. Datasheet Texas Instruments OPA334
4. Datasheet Texas Instruments REF3125
5. Datasheet STMicroelectronics STD30PF03L-1
6. Datasheet Интеграл ИЖЦ 13-8-7
7. Datasheet Интеграл КР1820ВГ1
8. Datasheet LG 18650-HG2

Окончание