Doble voltímetro DC hasta 25 voltios


La semana pasada Nabil Karami, profesor de la Universidad Libanesa me hizo llegar un circuito muy interesante de un doble voltímetro AC que el utiliza para probar transformadores, viendo en un display la tensión de entrada y en el otro la de salida. Una herramienta útil, a medida y fiable. Pueden ver ese circuito en este link. Viendo en detalle el aparato en sí me pareció muy interesante "migrarlo" a corriente continua, ponerle decimales y hacerlo autoalimentado, o sea que obtenga la tensión de funcionamiento de las mismas baterías que va a medir. De esta forma con sólo conectarlo a las baterías está alimentado. Este aparato es ideal para ser usado en vehículos recreativos como Motorhome's y veleros teniendo una batería principal para el vehículo en si (barco o colectivo) y otra para las funciones recreativas. Un detalle no menor de este aparato es que ambas baterías deben tener la masa en común (no pueden tener masas aisladas). Utilicé el mismo microcontrolador que usó Nabil Karami para su desarrollo puesto que tenía este micro en stock en mi taller y porqué no usarlo ?. 

La alimentación ingresa por los terminales BAT 1, BAT 2 y GND siendo GND el negativo de ambas baterías, luego de los dos fusibles de protección, obligatorios en todo tipo de vehículo, cuatro diodos se encargan de enviar por un lado la tensión para la fuente de alimentación y por el otro a los canales de entrada analógica del microcontrolador. En lo referente a la fuente de alimentación la resistencia de 1,5 ohms de 2 watts de potencia junto con el capacitor de 10.000 microfaradios forman un filtro pasa bajos calculado para aproximadamente 10Hz, todo lo que esté por sobre dicha frencuencia será aplacado por esta red RC. El capacitor debe ser de al menos 35V. El regulador de tensión es del tipo TO92 puesto que si bien el circuito tiene seis displays de siete segmentos sólo uno permanece encendido por vez y por medio de un barrido de alta velocidad para el ojo humano se los ve a todos encendidos al mismo tiempo. De esta forma además de minimizar la cantidad de componentes electrónicos se reduce notablemente el consumo eléctrico, algo bien visto en aplicaciones a baterías como esta. Luego del regulador el capacitor de 220µF realiza un filtrado de salida y el de 100nF desacopla la alimentación del microcontrolador, como siempre este capacitor del tipo cerámico debe estar lo mas cerca posible del chip, generalmente en estos de 28 pines se los coloca entre los pines 19 y 20. El PIC16F873 no tiene oscilador interno y utilizar un oscilador a cristal externo en este circuito no se justifica, por ello tenemos un oscilador RC formado por la resistencia de 4K7 al pin 9 y el capacitor de 20pF desde este pin a masa. Con estos valores el microcontrolador tiene un oscilador de aproximadamente 4MHz por lo que cada instrucción demanda aproximadamente 1µS. Los displays están en paralelo uno a uno quedando cada segmento de uno conectado al mismo segmento del otro mientras que los terminales de cátodo común son los que se diferencian entre sí para que el microcontrolador pueda individualizar su encendido. Tanto los segmentos como los cátodos son manejados directamente por los FET's internos del PIC ni siquiera se colocaron resistencias de limitación de corriente puesto que esta función es innecesaria por el poco tiempo que permanece cada displays encendido, sólo un milisegundo tiempo mas que suficiente para que el display brille con total luminosidad pero sin afectarse. Debido a la configuración de cátodos en común los pines del puerto B destinados a los segmentos deben proveer positivo para el encendido de cada uno de ellos mientras que los cátodos deben ser puestos a masa para que todo ese dígito se encienda. Volviendo a las entradas de baterías los dos diodos determinadores de polaridad tienen una caída de tensión de 0,7 voltios por lo que la red resistiva formada por la resistencia de 22K y el preset multivuelta de 10K de cada entrada ya del vamos recibe la tensión de batería - 0,7v. El capacitor de 10µF que puede ser de 6V3 en adelante tranquiliza la entrada del convertidor AD neutralizando la mayoría de las fluctuaciones de medición propias de consumos esporádicos en el circuito de cada una de estas baterías.

Para calibrar este instrumento por única vez, durante su prueba posterior al armado, debemos contar con al menos una batería o fuente de tensión fiable y un tester que funcione bien. Conectar el equipo a la batería o fuente de alimentación junto con el tester en paralelo y ajustar el preset del canal correspondiente a donde se haya conectado la batería hasta que la pantalla del equipo muestre lo mismo que el tester. Repetir este procedimiento en la otra entrada y estará listo para ser usado. Se recomienda en aplicaciones que tengan motor por las vibraciones colocar una gota de pegamento tipo la gotita en el tornillo de ajuste del preset también puede funcionar el pegamento caliente.

 

 

A diferencia del doble voltímetro del cual tomé como base el circuito al programa de éste le puse las sentencias necesarias por un lado para comandar el punto decimal y por el otro para ocultar el dígito de decenas (el de la izquierda) cuando esté en cero a fin de no entorpecer la visión.

 

 

 

En estas fotos se aprecia en paralelo primero con una batería y luego con la otra el equipo funcionando en comparación con un tester.

 

 

Esta es la simulación con Proteus 8 donde pueden observar los voltímetros virtuales colocados tanto en las entradas AD del micro como en las entradas de tensión a medir propiamente dicho. Los potenciómetros ubicados sobre los displays permiten variar la tensión "a medir" mientras que los ubicados encima del micro permiten ajustar el valor de calibración de cada canal. En el proyecto que les dejo para descargar ya están debidamente calibrados pero nada les impide jugar con ellos a fin de ver como varía el divisor resistivo, la proporción de tensiones tanto de entrada al micro como mostrada por los displays y porqué no sacar ideas para otras cosas!

Como siempre les ofrezco para descarga los archivos necesarios tanto para editar el código fuente y recompilarlo, el firmware ya compilado listo para grabar o meter en el Proteus y el archivo de dicho soft de simulación ya armado. 

Código fuente en ASM     /     Binario para grabar el micro (HEX)     /     Simulación en Proteus 8

 

 

Pablo Canello, 11/04/2020