Stap 1: Circuit & hardware
1 x MPF102 JFET ($1.29)
1 x ATtiny2313 ($2,88)
1 x 10 segment rode LED bar grafiekweergave ($1,40)
2 x munt cel houders (sewable SMD, 2,50 dollar)
2 x CR2032 munt batterijen ($1,00)
1 x 20 pins DIP aansluiting (voor ATtiny2313)
1 x 20 pins DIP wirewrap aansluiting (langere pinnen zodat LEDs hoger kunnen zijn))
1 x schakelaar (SPST aan / uit-rocker, $2,66)
1 x 0.1uF condensator
verschillende weerstanden {10, 120, 330, 4.7K, 1 M 22 K, 10 K} ohm
2 x voor aansluitblok connectors ($1.10)
1 x aansluiting voor ring aan de grond de mosterd tin
Het totaal van de bekende prijzen is minder dan $15.
Het circuit bestaat uit drie delen; (1) de JFET en belasting, (2) de LEDs en huidige beperkende weerstand, en (3) de RC-kring gebruikt om een benaderende ADC jury-rig. In de daaropvolgende discussie, kan het helpen om te kijken naar het circuit schema.
Analyseren van de schakelingen delen vereist een beetje wiskunde. Ik heb de relevante berekeningen en de discussies in een bijlage hieronder gedetailleerde in het geval u zorg.
Het JFET-deel is in principe van Mims, behalve dat de 'ADC' de ampèremeter vervangt, en ik koos de weerstand van de belasting na het meten van I_DSS, dus er geen noodzaak voor een potentiometer was. Voor het meten van I_DSS, de poort op de grond en meten van de huidige wanneer gedreven door, bijvoorbeeld een 6V bron (hoeft alleen maar om te rijden de JFET in verzadiging). Mijn JFET had een I_DSS van over 9mA (eigenlijk probeerde ik een paar JFETs, en ze waren 9mA, dat een beetje ongewoon lijkt, misschien ze zijn weggegooid?). Ik koos voor een 330Ω belasting weerstand, waardoor een afvoer spanningsbereik van over V_CC-3V tot V_CC. Dit bereik is met een 6V levering, 3V-6V.
Puur uit interesse, ik heb gemeten afvoer huidige vs. gate spanning om te zien wat voor soort poort spanning de JFET zou afsluiten. Dit toont een V_P snuifje-off van over - 4V. Dit geeft een idee van de mogelijkheden die op de poort pin door static. Het perceel is die hieronder zijn toegevoegd.
Ik voegde een 1MΩ 'weerstand van de veiligheid' naar de gate-ingang, waarschijnlijk niet nodig, maar vermindert de kans op het blazen van de JFET.
Idealiter zou meten we de huidige afvoer en dit gebruiken als een maatregel van de statische op het gebied van de pin van de poort. Dit betekent meestal dat een Hall-effect-apparaat of een lage waarde sensing resistor en een opamp voor het berekenen van het spanningsverschil (en de wet van Ohm, natuurlijk). Dit begint echter onnodig gecompliceerd voor het project bij de hand. Een eenvoudiger methode is om op te merken dat de huidige drain varieert van over 0-9mA, en het kiezen van een geschikt belasting weerstand (één uiteinde verbonden met de levering, en die de JFET-afvoer) waarmee een werkbare spanningsbereik voor deze stromingen. Deze manier slechts één spanning lezen is noodzakelijk, ten koste van zijn zeer gevoelig voor de voedingsspanning (die verandert).
Ik speelde met de 10 segment display voor een tijdje en zelfs wanneer op 100% van de tijd, het was vrij dim, die niet veel goeds voor mijn idee knipperen om huidige. Wanneer ik strobed, (uiteraard) werd het zelfs dimmer. Ik koos een taakcyclus van 20%, en de huidige beperkende weerstand vervangen door 10Ω, en dit was dim, maar acceptabel. Dus ik besloot om strobe alle LEDs op een 20% duty cycle, hebben hooguit 2 van de 10 op te allen tijde, en sluit alle kathoden aan een enkele 10Ω huidige beperken weerstand. Ik probeerde dit uit en het werkte boete, en dan besteed ik een paar uur te rechtvaardigen wat ik net had gedaan. De gedetailleerde analyse vastzit hieronder, voor degenen die de zorg.
Ik had de code uit een vorig project waarmee Timer1 interrupts genereren elke 1mS, dus ik deze voor de LED knipperen gebruikte. De software zou zorgen dat geen LED op voor meer blijven zou dan 2mS in elke 10mS cyclus (dwz. 20% plicht).
Een manier van het gebruik van de 10 segment display zou weergeven een binair getal van 10 bits vertegenwoordigen de belasting weerstand spanning. Ik probeerde dit, maar het was moeilijk om te lezen, dus heb ik besloten om gewoon gaan met het weergeven van een bereik van 0 (helemaal uit) tot en met 10 (allemaal op). Dit zag er goed uit en was het niet nodig uitleg te begrijpen.
Ik nodig om te meten de belasting weerstand spanning, enige vorm van ADC. De ATtiny2313 heeft geen ADC, maar heeft een analoge comparator die kan worden gebruikt om een oprit ADC. Een ingang aan de comparator is het signaal dat wordt gemeten, de andere ingang is een oprit van bekende helling vanaf 0V. Door het meten van de tijd voor de Comparateur uitvoer wilt spiegelen, kan de ingangsspanning worden bedacht. (In feite het niet echt hoeft te worden een oprit, een bekende toenemende signaal zal doen, een oprit is meestal de voorkeur, omdat het biedt gelijke gevoeligheid voor het gehele invoerbereik. In ons geval, dit maakt niet uit). Voor dit ontwerp wordt een eenvoudige RC-kring gebruikt voor het maken van een toenemende signaal. Oprit ADCs hebben een paar nadelen; (1) de conversietijd genomen varieert met de gemeten spanning, en (2) de meting wordt beïnvloed door veranderingen in de V_OH (die afhangt van V_CC). In dit ontwerp, de eerste is niet echt een probleem als langs als het niet interfereert met de knipperen (die kan veranderen de pin gelijkstroom), en de tweede is niet te veel van een probleem (hoewel weergegeven: dit betreft een beetje meer calculus), voornamelijk omdat de oprit ADC uitvoering (indirect) eindigt de belasting weerstand spanning meten gedeeld door de voedingsspanning (of liever gezegd V_OH).
Om te voorkomen dat te veel verstoren de LED knipperen, wilde ik de ADC-conversie te gebeuren in onder 1mS. Ik besloot om de ATtiny2313 op 1Mhz, dat me 1μS resolutie over timing geeft. Ik koos voor R = 4.7KΩ en C = 0.1μF, waardoor een tijdconstante 470μS. Dit zou ongeveer de tijd die nodig is voor het meten van een spanning van (0.63) V_OH. Om het verlenen van kwijting de condensator een beetje sneller, ik ook een geen kwijting weerstand R_DIS verbonden met de condensator, en koos R_DIS om zich te kwijten snel (zonder te overschrijden specs.). De keuze van de R_DIS is hieronder. Tijdens het opladen van de condensator, de pin rijden de 4.7KΩ weerstand hoog is gedreven, terwijl de pin rijden R_DIS is tri-vermeld. Wanneer ontladen, de pin rijden de 4.7KΩ weerstand is tri-verklaard en de pin rijden R_DIS laag wordt gedreven. De condensator effectief lozingen over 60μS (5 tijd constanten). De tri-state verbreekt effectief de relevante weerstand het circuit.
Wanneer de JFET uitgeschakeld is, zullen de belasting weerstand spanning op V_CC. Aangezien de 'helling' eigenlijk een exponentiële is, kan het nooit eindigen conversie in dit geval! U kunt dit probleem voorkomen, wordt de belasting weerstand spanning ingevoerd in een voltage divider (22K / 32K) van voldoende hoge impedantie (32KΩ) zodat het aanzienlijk niet met de lading weerstand spanning interfereert. Met een 6V leveren u de verdeelde belasting weerstand voltage varieert van over 2V tot 4.2V, zodat de conversie in minder dan 550μS eindigen zal. Een van de gekoppelde grafieken hieronder toont de conversietijd vs. de gemeten spanning voor een 5V & 6V levering. Een kleine berekening laat zien dat voor de levering van 5V, de maximale tijd zal minder dan 600μS. De totale conversietijd is dus minder dan 1 MS.
Ik gebruikte een brood-board voor het testen van de installatie, met name de LED knipperen.
Ik gebruikte Eagle te trekken van het schema, een bord te maken, doen de lay-out en een autoroute. Het heeft een goede baan, maar 'denkt' dat er voor een twee layer PCB. In ieder geval, bespaart het me die te maken hebben een heleboel saai werk. Sommige perfboard voor de onderdelen en magneet draad gebruikte ik om hen met elkaar verbinden. Voordat het daadwerkelijk iets te solderen, plaats ik de componenten op de perfboard alleen maar om ervoor te zorgen dat er dingen echt zal passen. In dit stadium besloten heb ik dat ik de schakelaar op de mosterd tinnen deksel in plaats van de kant zou zetten.
Ik geboord gaten voor twee vulstukken (Zie de sectie vergadering) voordat u onderdelen aan het perfboard koppelt. Het idee was dat de twee koelbloedig en de sonde isolator voorstander van de perfboard in de mosterd tin.
