工程師必學(xué)DIY：用Arduino打造專屬萬(wàn)用表

——本文選自5月份《測(cè)試測(cè)量特刊》

設(shè)計(jì)要求：本項(xiàng)目可以使用Arduino Uno或Duemilanove板，具備三種設(shè)計(jì)模式：

·單獨(dú)——測(cè)量數(shù)據(jù)可以用字符或者圖形LCD顯示模組的形式觀察。

·連接——可以使用Arduino IDE串行顯示器連接到PC上進(jìn)行讀數(shù)。

·組合——數(shù)據(jù)可以在兩種設(shè)備上進(jìn)行觀察。

其中第二種模式并不需要LCD顯示模組，所以價(jià)格會(huì)稍微低一點(diǎn)。

本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的Arduino 萬(wàn)用表應(yīng)具備以下功能：

·具備3個(gè)量程的電壓表：0-10V，0-30V，0-100V

·具備1個(gè)量程的電流表：0-500mA

·具備2個(gè)量程的歐姆表：0-1KΩ，0-250KΩ

·二極管，LED的連接性檢測(cè)

·LED功能性測(cè)試

·NPN雙極結(jié)型晶體管的BETA值測(cè)量

1 警告：高壓危險(xiǎn)！首先我必須放出這個(gè)警告，因?yàn)槲覀兊囊恍┎僮麟妷焊哂诎踩妷褐担瑧?yīng)當(dāng)時(shí)刻將安全放在心中。另外，還要提醒一點(diǎn)，當(dāng)將該萬(wàn)用表和電腦相連時(shí)，應(yīng)當(dāng)讓電腦和該設(shè)備共地。

2 電路設(shè)計(jì)，這是總體電路圖。因?yàn)榭傠娐穲D看起來(lái)有點(diǎn)復(fù)雜，我會(huì)將其分成子模塊進(jìn)行講解。

3 電壓表的簡(jiǎn)化圖。三個(gè)量程可以通過(guò)Arduino板上的按鈕進(jìn)行選擇。在進(jìn)行電壓測(cè)量時(shí)，只有一個(gè)開關(guān)是閉合的。

4 電流表的簡(jiǎn)化圖。被測(cè)量電流流過(guò)1Ω電阻到地，其輸出經(jīng)放大后連接到Arduino的A1接口，放大器的增益為10.為了進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，我配置了一個(gè)500mA的復(fù)位PTC。

5 歐姆表的簡(jiǎn)化圖。由齊納二極管相對(duì)于正電壓源產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，該電壓被施加到由PMOS晶體管和運(yùn)算放大器組成的電流轉(zhuǎn)換器上，待測(cè)電阻連接到晶體管的源極。此時(shí)齊納二極管上的電壓和電阻上的電壓相等。

6 Arduino板控制，兩個(gè)開關(guān)都閉合，兩個(gè)電阻都有電流流過(guò)。因此電流有兩個(gè)可能值：10uA和2.5mA。這些電流可以進(jìn)行精確的調(diào)制。然后生成的電流流過(guò)待測(cè)設(shè)備（電阻、二極管、LED……），然后電壓降會(huì)在Arduino的A2口被檢測(cè)到。

如果電阻的范圍時(shí)100Ω。此時(shí)，參考電流2.5mA流過(guò)電阻，并將生成的電壓施加到Atmega芯片的ADC輸入上。我們想測(cè)量的在0-1000Ω之間變動(dòng)。而測(cè)量電壓也在0-2.5V之間變動(dòng)。Vce（Vds）的電壓范圍為0.5V-3V，這兩個(gè)電壓會(huì)直接影響到集電極-發(fā)射極/源極-漏極的電流，最終導(dǎo)致精度下降。這種現(xiàn)象可以通過(guò)此圖很好的理解：NPN雙極結(jié)型晶體管的傳輸特性。該影響可以通過(guò)軟件進(jìn)行一定的校正，但如果是非線性的，校正會(huì)非常困難。

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7 怎么測(cè)量beta值：前面提到的產(chǎn)生的電流可以流過(guò)不同的設(shè)備：電阻、二極管、LED、肖特基二極管……，產(chǎn)生的電壓降和相應(yīng)的設(shè)備有關(guān)。這個(gè)電壓值可以提供相應(yīng)設(shè)備的信息，比如設(shè)備的電壓降和設(shè)備的對(duì)應(yīng)：二極管-0.4V-0.8V；肖特基二極管-0.1V-0.5V，LED（顏色不同并不一樣）-1.1V-3.5V。這時(shí)使用的電流是10uA。而如果使用2.5mA，那么LED就開始發(fā)光，就能測(cè)量LED的功能性。測(cè)量beta值也是使用的10uA，測(cè)量值可在屏幕上讀出。

8所需物料清單。

9 PCB設(shè)計(jì)文件。

10 PCB文件做好之后將給代工廠加工，我等了兩周就拿到了成品。

11 安裝和焊接，這不是什么大問(wèn)題，小心仔細(xì)是關(guān)鍵。

12 PCB板上的一些解釋。

13 安裝組件。

14 對(duì)Arduino進(jìn)行配置，需要對(duì)模式選擇和萬(wàn)用表軟件兩者進(jìn)行配置，相關(guān)的配置文件可在http://www.instructables.com/id/Digital-multimeter-shield-for-Arduino/ 找到。

15 然后還需要進(jìn)行校準(zhǔn)。找一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的萬(wàn)用表相對(duì)校準(zhǔn)即可。

16測(cè)量電池電壓，可以看到選擇的量程和電壓值信息。

17 校準(zhǔn)歐姆表。

18 完成之后就可以進(jìn)行測(cè)試了。

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