Этот проект объясняет, как я сделал мой новый ваттметр. Данный ваттметр способен измерять мощность в диапазоне от 300 nW до 30 W. В ваттметре используется пассивная нагрузка в 50 Ом, которая выдерживает мощность в 50 W. Результаты измерений отображаются в ватах на символьном дисплее 2х16. Устройство очень точное, быстрое и простое в сборке.
Основы
Ваттметр очень похож на ваттметр из моего последнего проекта. Основная причина, по которой я сделал новое устройство в том, что мне понадобилось измерить мощность более 1 ватт. Я нашел пассивную нагрузку в 50 Ом, которая выдерживает мощность в 50 Ватт. Конечно я мог использовать аттенюатор с моим ваттметром, измеряющим мощность до 1 ватта, но я предпочел собрать новое устройство. Новое в этом устройстве то, что мощность на LCD дисплее отображается в ваттах. Это означает, что мне больше не понадобится много флеш памяти, чтобы сохранять отображаемые данные (подробнее об этом позже).
Во первых нам надо освежить знания о том, как измерять радиочастотную мощность: некоторые картинки и текст взяты из моего предыдущего проекта ваттметра, но было бы хорошо просмотреть их.
Как вычисляется мощность
Вверху вы видите генератор и резистор 50 Ом. По цепи будет течь ток и вы легко сможете вычислить мощность на резисторе. Эта мощность трансформируется в тепло. В синей рамке показано как я вычисляю мощность в 20 милливатт. В красной рамке показано, как вычислить любую мощность в децибелах, относительно 1 милливата, на нагрузке в в 50ОМ, пишется dBm.
В зеленой таблице справа я вычислил некоторые мощности в dBm.
Структурная схема
Входная мощность микросхемой AD8307. лестница резисторов делит мощность до уровня соответствующего микросхеме AD8307. 12 разрядный АЦП преобразует аналоговый выход микросхемы AD8307 в цифровой код. Так как АЦП 12 разрядный, комбинаций кода 4096. выходное значение лежит в диапазоне от 0 до 4095. Так как AD8307 выдает аналоговое напряжение, которое соответствует входной мощности в децибелах, нам потребуется пересчитать значение, чтобы получить мощность в ваттах. Шкала децибел – логарифмическая и потребуется много вычислений, (с плавающей точкой на PIC контроллере) чтобы получить мощность в ваттах, по этому я выбрал более простой путь – использовать таблицу вместо этого. Это банк памяти, содержащий все отображаемые значения. Я предварительно вычислил все отображаемые значения для каждого кода на выходе АЦП. Выходные значения АЦП (от 0 до 4095) указывают место в памяти, где хранится отображаемое значение. Значение извлекается и представляется на дисплее.
Преимущество использования карты памяти в том, что такое устройство проще реализовать. Я использовал флеш память в 32 килобайта. Она дешевая но есть один нюанс в использовании ее. Таблица должна сначала быть прошита в память, прежде чем память будет использоваться. Для прошивки просто подключите кабель RS232 и воспользуйтесь моей программой. Эта программа делает все, просто запустите программу и идите делать себе чашку кофе. Каждой ячейке памяти требуется 10-20 мс для записи, так для всей микросхемы это займет 10-15 минут.
Память программируется 1 раз, после чего вам уже не понадобится делать это снова.
Принципиальная схема
Взгляните на схему в месте радиочастотного входа. Прямо ко входу подключен нагрузочный резистор 50 Ом, способный выдержать 50 Ватт. Затем идут 5 резисторов, образующих делитель напряжения для AD8307. номиналы резисторов: 1.5k +1.5k +1.8k +100 + 100.
Как это работает
AD8307 это фактически схема измерения напряжения радиочастоты. В описании микросхемы AD8307 вы увидите что 10 мВатт мощности радиочастоты на нагрузке 50 Ом соответствует 10 dBm и дает 2,5 В на выходе микросхемы. Выясним, какое напряжение дает 10 мВатт на нагрузке в 50 Ом?
P=U2/R => 0.01 = U2/50 => U = 0.707 V
Теперь мы знаем, что 0,707 В радиочастоты даст 2,5 В на выходе микросхемы.
В своей схеме я использовал резистор, сопротивлением 100 Ом на входе микросхемы. Не стоит забывать, что микросхема имеет собственное входное сопротивление 1,1 Ком.
Сделаем обратные вычисления и некоторые размышления
1.1k//100 = 91.66 Ом. Это позволит нам вычислить сопротивление, которое будет видеть радиосигнал.
Rin =50//(1.5k+1.5k+1.8k+100+91.66) = 49.50 Ом.
Если в систему подать 30 Ватт, напряжение будет: P=U2/R => 30 = U2/49.50 => 38.54 V
Чтобы получить 2,5 вольта на выходе микросхемы AD8307 (что эквивалентно 0,7,7 В радиочастоты на входе). Мы должны уменьшить напряжение с 38,54 В до 0,707 В.
38.54/0.707 = 54,5 раз.
Так как входное сопротивление Rin 91,66 Ом мы можем вычислить масштабирующий резистор.
Масштаб = (Rлестницы + 91,66)/91,66 => Rлесницы = 4904 Ом.
В моем случае я использовал 1,5к + 1,5к + 1,8к + 100 = 4900 Ом… Хорошее соответствие.
Напряжение с выхода AD8307 поступает на АЦП, который управляется микроконтроллером PIC16F870. к контроллеру подключена флеш память. Эта память содержит таблицу для отображения данных на дисплее. В этом проекте используется 2х строчный 16 символьный LCD дисплей с управляющим чипом HD44780 (наиболее популярный). К я уже говорил, флеш память должна быть предварительно прошита с компьютера, чтобы устройство работало правильно. Компьютер подсоединяется через RS232 интерфейс. Процедура программирования очень проста: Запустите основную программу в компьютере подключите RS232 кабель к ваттметру.
Перед тем, как включить питание убедитесь, что выключатель SW1 замкнут.
Это указывает PIC контроллеру, что он должен программировать флеш память.
Теперь включите питание и в окне программы нажмите кнопку "Program EEPROM".
После этого все пойдет автоматически. Когда программа закончит, выключите питание и разомкните SW1. Ваттметр готов к использованию.
Программа для Windows
Здесь представлена программа, которую я использовал для прошивки флеш памяти. Программа очень простая. Подключите ваттметр к компьютеру через кабель RS232. выберите соответствующий Com порт. Нажмите кнопку “Open file” и выберите файл “data.txt”, который содержит предварительно вычисленную таблицу. Когда флеш память будет прошита, ваттметр войдет в нормальный режим и покажет текущую мощность на входе.
Программа и прошивка для PIC контроллера заархивированы и могут быть загружены по ссылкам ниже:
Загрузить программы для PIC16F870 (формат INHX8M).
|
Программа для PIC (hex файлы сжаты). |
Загрузить программное обеспечение 30w_win.zip (1.96 Mb)
Заключение
Этот проект объясняет как можно собрать мощный ваттметр используя простую микросхему AD8307. Я решил сделать этот ваттметр цифровым и отображающим мощность в ваттах. Хороший ваттметр очень нужен, он реально упростит вашу работу. Желаю удачи в ваших проектах и спасибо за посещение моей страницы.
Купить AD8307 на РадиоЛоцман.Цены
