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Capacimetro e inductometro con PIC16F84 o PIC16F628

Siempre quise un inductometro de buena presicion y con un display para lectura directa. El siguiente instrumento desarrollado por Phil Rice (VK3BHR) con la ayuda de otros colegas es de lo mejor que pude encontrar en internet como para hacer un exelente instrumento de nuestro laboratorio. Es facil de hacer, segun el autor, tiene una presicion muy buena.. el error es de alrededor de 1% para componentes que se midan de alto Q. Tiene un rele para saltar automaticamente de rango y la verdad es que me ha sorprendido lo bien que funciona.

El circuito es el siguiente:

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Una foto del circuito ya terminado con un rele micro

El circuito funciona utilizando un operacional como oscilador LM311, el cual varia la frecuencia segun la inductancia o capacidad que se le conecte. El PIC lo que hace es tomar dos mediciones, una con el capacitor de prueba Ccal y luego con el valor de inductancia o capacidad incognita.
El programa del PIC lo que hace es calcular estas complejas ecuaciones para obtener el valor de inductancia o capacidad segun como este la llave L/C.


Formulas que calcula el programa del PIC

El autor comenta es su articulo original que lo que hizo para no ocupar toda la memoria del PIC16F84 es utilizar unas tablas de Microchip y de esta forma obtener unas constantes, las cuales resuelven en mucho las ecuaciones.

En el circuito hay unos jumpers, que son LK1, LK2 y LK3, los cuales sirven para hacer algunas pruebas como veremos mas adelante.

El display utilizado es del tipo "inteligente", en teoria tiene que ser un display de 1x16, es decir, 16 caracteres por una sola linea.. El cual deberia verse algo asi:


Display de 16x1 Caracteres "inteligente"

En mi caso no pude conseguir aca en Mendoza Argentina estos displays de 1x16, solo podia encontrar en el mercado 2x16, por lo tanto me puse a investigar un poco sobre las diferencias entre ambos displays y la verdad es que no hay muchas. Ambos tipos de display pueden venir de 14 o 16 pines, donde la diferencia esta solo en que los ultimos dos pines corresponden a la luz de fondo del display o backlight.  Lo interesante es que la disposicion de pines es la misma, solo varia en que si tenemos uno de 2x16 el programa tiene que contemplar el desplazamiento a un nuevo registro del display y de esta forma podriamos usar la segunda linea.
Con uno de 2x16 desperdiciamos la segunda linea, pero eso no quita en una proxima version del formware del PIC se pueda medir una variable en una linea y otra en otra.


Displays inteligentes uno de 1x16 y otro de 2x16 con backlight



Vista de atras de ambos displays, los cuales son 100% compatibles para este proyecto


PIN
Simbolo
Funcion
Estados
1
VSS
GND
-
2
VDD
VCC +5V
+
3
VO
Contraste
+/-
4
RS
Selector de registro
H/L
5
R/W
Lectura/Escritura
H/L
6
E
Señal de Habilitacion
H/L
7
DB0
Bit 0 (datos)
H/L
8
DB1
Bit 1 (datos)
H/L
9
DB2
Bit 2 (datos)
H/L
10
DB3
Bit 3 (datos)
H/L
11
DB4
Bit 4 (datos)
H/L
12
DB5
Bit 5 (datos)
H/L
13
DB6
Bit 6 (datos)
H/L
14
DB7
Bit 7 (datos)
H/L
15

LED Luz de fondo VCC +5V
+
16

LED Luz de fondo GND
-

Programa del PIC

El circuito funciona como deciamos tomando lectura de la frecuencia obtenida a traves del capacitor de calibracion y luego el capacitor que se le conecte como incognita. El circuito es 100% compatible para un PIC16F628 ya que es la version mejorada del 16F84.
Programa PIC16F84
Programa PIC16F628

Si estas interesado en modificar el programa para luego compilarlo deberias primero leer el articulo original donde el autor dice como hay que hacer para compilarlo y brinda el codigo fuente del mismo.
Codigo fuente

Ajustes

Los ajustes iniciales se basan en hacer las mediciones tipicas, medir la tension de alimentacion en los CI y luego medir la señales logicas como por ejemplo en el PIN 4 donde tenesmos que tenes 5v hasta que se presiones el pulsador de ajuste de cero, donde deberiamos tener 0v. Luego seria conveniente ajustar el contraste del Display con el preset y asi asegurarnos que cuando pongamos el PIC en su zocalo tengamos buena lectura. Tambien se puede probar que al cortocircuitar LK2 el rele "pega" y switchea el capacitor a masa.

Para ayudar a la deteccion de problemas el programa del PIC incluye una rutina de prueba, para ingresar a la misma  se debe poner un jumper en LK1 y presionar el pulsador. Cuando esto ocurre el PIC entra en la rutina de prueba y nos dice la frecuencia del oscilador interno, el cual tiene que ser alrededor de 55000, en mi caso midio 56002, lo cual esta bien segun el autor mientras que no sea major a 655.350KHz, en este caso el oscilador estaria muy sobre el limite y el PIC no mediria bien dentro del rango. En el caso que el oscilador este por encima de este valor maximo en el display se deberia poder leer "Over Range", lo cual nos indica que estamos fuera de rango. En el caso que el oscilador no funcione, simplemente veriamos un 0 indicando que no esta oscilando o que por lo menos no tenemos señal en el pin de entrada.
El segundo Jumper LK2 switchea el rele y hace la medicion con el capacitor conectado, esta medicion deberia mostrar en la pantalla algo asi como 394KHz.
Por ultimo el tercer jumper (LK3) sirve solo si es que conectamos un display de 1x16 de los viejos y tenemos el problema de que no vemos la magnitud de lo que se esta midiendo, se pierden los caracteres de pF, uH, etc... en este caso tendriamos que dejarlo jumpeado.

Operacion

En la operacion es muy parecido a un ohmetro a aguja, donde lo que hacemos es ajustar antes de tomar la medicion. Para un inductor, solamente ponemos un cortocircuito y presionamos el boton de "zero" para que tome la referencia y luego medimos la misma. Para un capacitor solo tenemos que dejar abierto mientras se presiona el boton del switch.



Esta es mi version del capacimetro/inductometro, previo a los ajustes.

Que tan preciso?

Bueno eso depende tambien de como se lo use ya que es necesario que los componentes que se midan tenga un cierto Q mas bien elevado. Como el PIC esta haciendo una medicion de la frecuencia del oscilador cualquier componente que se conecte y que haga oscilar al oscilador se va a reportar como un capacitor o un inductor segun sea como este puesto el switch de L/C. Pro ejemplo una resistencia de 22 Ohms sale como una bobina de 3.14uH o un capacitor de 119nF (0.119uF) y esto no es ni remotamente cerca de la realidad!!

Cuando el componente tiene un alto Q, lo cual es altamente deseado en un circuito sintonizado "Y" el switch de L/C esta puesto correctamente el circuito mide con errores de menos del 1%.

El autor ha chequeado la presicion de este circuito contra un puente Marconi, los resultados le dieron para capacitores de 33pF hasta 0.22uF los errores dieron menosres al 1% y para bobinas de desde 60uH a 475uH  el error dio entre 1% y 2%.

No hay sospechas de que el circuito tenga un comportamiento no lineal para los valores muy bajos de componentes porque recordemos que es una medicion de frecuencia, la cual es directamente proporcional a la diferencia de frecuencia.

Conclusion

Contruyendo este circuito con los peores componentes que puedes tener ahi en tu caja de componentes reciclados, la lectura puede ser como mucho con un error del 3%, mientras que si le pones empeño y consigues componentes de buena calidad deberia ser siempre mejor que el 1%.
Ahora es posible diseñar un circuito sintonizado, contruirlo y tener la frecuencia de resonancia todas las veces de primera.

Mi version del proyecto (alejandro Weber)

Este es el circuito impreso:

Circuito impreso (ver mas abajo!!!)


Disposicion de los componentes

Fe de erratas: En este circuito impreso esta mal puesto el jumper que deberia alimentar el PIC con 5V en el pin 14, el puente figura como que puentea a 0V, lo que hay que hacer es puentear un poco mas arriba a 5V. Todo el resto del mismo funciona OK como ven en las fotos siguientes
Archivo de eagle

Algunas fotos de mi proyecto


Circuito terminado, listo para ser probado


Midiendo una inductancia


Midiendo un capacitor


Circuito terminado en la caja

Version del radioclub Holandes PI4ZLB

El siguiente circuito impreso y disposicion de componentes fue diseñado por el radioclub PI4ZLB el cual lo hace mas compacto ya que aprovecha el display para sostener la placa

Circuito impreso del capacimetro/inductometro por PI4ZLB


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