Mikrokontroller gränssnitt till Forrest Mims elektrometer

min dotter ville ha ett sätt att mäta statiska för hennes vetenskap projekt. Vid skanning genom en gammal kopia av "Att få igång i elektronik" av Forrest M. Mims, III, råkade jag på en lämplig liten krets för en elektrometer baserat på en JFET (p.106). Vi använde faktiskt en något modifierad version, andra bilden ovan, (som ett LED i stället för motstånd för något visuell feedback) för hennes projekt experiment. Installationen var dock lite känslig, så hennes science show vi beslutat att göra något mer robust och med en display som inte medför läser en mätare (hon inte dela min fascination med analoga mätare).

En JFET används eftersom (kontrollerande) gate stiftet är i huvudsak isolerad från andra stiften (olämpligt heter drain och source), och så små avgifter på gate stift (inducerad av static) kan vända JFETEN 'av' (det är på som standard).

En mer genomarbetad design skulle följa samma grundidé, använda en JFET opamp som input scenen men ökar också kraven på del count och makt. JFET är otroligt känsliga apparater.

För visning beslutade vi att använda en liten 10 bar LED strip som jag fick från Radio Shack eoner sedan. Jag ville sätta hela grej i en liten låda vilket innebar med små batterier. Jag fast på två CR2032 celler, vilket innebar att jag behövde vara försiktiga med strömförbrukning, sedan med alla 10 lysdioder på aktuellt skulle vara minst 200mA. Eftersom CR2032 har en 225mAh kapacitet (en.wikipedia.org/wiki/CR2032_battery ) skulle detta endast ge ungefär en timmes användning. Så jag behövde strobe lamporna. Jag behövde också läsa JFET avlopp spänningen (som en proxy för ström), vilket innebar en ADC. Jag hade endast domänkontrollanter med ATtiny2313 i min låda, men tyvärr har de inte en ADC. Men har de en analog kontrollapparat, så med hjälp av en lämplig RC-krets jag var kunna snickra ihop en grov ADC (RC krets/komparator kombination "omvandlar" spänningen i tid, som vi kan enkelt mäta).

Observera att varje CR2032 har en inre resistans av 10-40Ω (t.ex., se data.energizer.com/PDFs/cr2032.pdf ), så att strömförsörjningen har effektivt 20-80Ω i serien.

Jag hade en gammal 4 oz. Colemans senap pulver tin som såg stor nog att rymma den krets och batteriet (knappt, som visade det sig).

Koden är skriven i C och är enkelt. Arbeta med avbryter är ofta lite känslig; i detta fall tog det mig ett tag att lista att funktionsanrop orsakade en enorm försening i en avbrottstjänstens rutin som påverkade den "ADC" delen av koden. De flesta av min kodning tid spenderades räkna ut korrekt timer/Avbryt installationen. (Men jag bör påpeka att jag har varit kodning i många år, och har mycket erfarenhet som behandlar denna typ av projektet.)

Den totala kostnaden för delar för detta projekt uppgår förmodligen till mindre än $10 eller så. Du måste dock vara bekant med programmering en mikrokontroller (den underbara ATtiny2313). Jag använder avrdude/avr-gcc toolchain på Linux med USBtinyISP programmerare från ladyada.net . Jag använde en programmering vagga (se till exempel) att ansluta programmeraren till mikrokontroller. Eftersom du behöver minst en programmerare, skulle det vara lite missvisande att karakterisera detta som ett projekt för $10!

En trevlig sak om "one off" projekt är att jag kan göra saker som skulle vara slarvig design i en produktionsmiljö; Jag kan mäta I_DSS för JFET (som kan variera en hel del från JFET JFET) och göra vissa justeringar i programvara för komponent variationer (inklusive ATtiny2313 på chip klocka och spänningsfall på grund av det höga inre motståndet av CR2032 celler). En annan sak är att tänka att ATtiny2313 kostar alla ca $3, så prova är en helt acceptabel metod, blåser några inte kommer att bryta banken. Mycket av den analys som presenteras i detta instructable är något efter det faktum, som visar att enkla back-of-the-anslaget beräkningar är generellt bra i denna situation. Det påminner mig om en säger en före detta Taoiseach Irland, Dr. Garret FitzGerald, som sade "det är bra i praktiken, men fungerar det i teorin?".

En annan verklighet av denna typ av projekt är att det drivs ofta av vad du har i din komponent box och intresse snarare än någon cool sansade rationell designprocess. Jag har till exempel haft ett 10 segment LED visar i år och aldrig hittade en bra användning. Så det hade absolut vara en del av konstruktionen, även om jag har ett gott utbud av billiga, hög verkningsgrad, låg nuvarande lysdioder som också sitter i min låda!

Den LED nuvarande är betydande. 5V i/o Pin källan nuvarande på p.196 kan användas för att extrahera en kvadratisk modell (eftersom vi är verksamma i regionen så kallade linjära drivande MOSFET) av I_OH vs. V_OH (I_OH = 2*6*(-3.833*(V_OH-V_CC)-0.5*(V_OH-V_CC)**2) mA), och lysdioderna kan modelleras som 2V droppe i serie med serie kombinationen av en strömbegränsande motstånd och det inre motståndet från batterierna (tas till om 40Ω). en load-line analys ger en LED ström på 40mA om en lampan är tänd och 24mA om två lysdioder på (dvs totalt 48mA). Fortfarande, detta ger en livslängd på cirka 4,5 timmar, vilket är gott för vetenskap showen.

Bland annat behöver du en programmerare för ATtiny2313. Snabb felsökning hjälptes betydligt av min förhistoriska (men funktionella) 4-kanals 300Mhz Tektronix räckvidd. Lödkolv, lödtenn, tråd snips, wire strippa, löda sucker, tråd av olika slag och en bröd styrelse för experiment all hjälp också. En bra pincett och en multimeter är nästan oumbärlig. Jag använde magnet tråd till tråd perfboard, är det lätt till tråd och när fastlödda isoleringen försvinner - mycket praktiskt för låg aktuella program.

Jag använde Eagle Rita scheman och oktav/Gnuplot att göra några calculatons och tomter.

Resten av den instructable beskriver kretsen, maskinvaran, programvaran och byggande.