使用Arduino的LC测量仪：测量电感和频率

风筝

所有嵌入式爱好者都熟悉万用表，它是测量电压、电流、电阻等的绝佳工具。万用表可以轻松测量它们。但有时我们需要测量电感和电容，这些是普通万用表无法测量的。有一些特殊的万用表可以测量电感和电容，但它们很昂贵。我们已经使用Arduino开发板制作了频率计、电容表和电阻表。所以今天我们将使用Arduino开发板制作一个电感式LC测量仪。在本篇文章中，我们将在显示屏LCD1602上显示电感、电容值和频率。电路中有一个按钮，用于在电容和电感显示之间切换。

需要的组件

●     Arduino Uno开发板

●     运算放大器741

●     3v电池

●     电容

●     电感

●     1n4007二极管

●     电源

●     按钮

●     面包板

●     连接导线

计算频率和电感

在本篇文章中，我们将通过并联使用LC电路来测量电感和电容。该电路类似于环或钟，它在特定频率下开始谐振。每当我们施加脉冲时，该LC电路将开始谐振，并且该谐振频率是模拟（正弦波）的形式，因此我们需要将其转换为方波。为此，我们将此模拟共振频率应用于运算放大器（在我们的例子中为741），该运算放大器将其转换为占空比为50％的方波（频率）。现在我们可以使用Arduino开发板测量频率，通过一些数学计算，我们可以得出电感或电容。我们使用了以下的LC电路频率响应公式。

1. f=1/(2*time)

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其中time是pulseIn()函数的输出

现在我们有LC电路频率

1. f=1/2*Pi* square root of (LC)

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我们可以通过以下公式得到电感：

1. f2 = 1/ (4Pi2LC)
   
2. L= 1/ (4Pi2 f2C)
   
3. L = 1/(4* Pi * Pi * f * f * C)

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正如我们已经提到的那样，我们的波是正弦波，所以它在正和负幅度上具有相同的时间周期。这意味着比较器将其转换为占空比为50％的方波。这样我们就可以使用Arduino的pulseIn()函数来测量它。该函数将为我们提供一个时间段，通过反转时间段可以很容易地将其转换为频率。由于pulseIn函数仅测量一个脉冲，所以现在要获得正确的频率，我们必须将它乘以2。现在我们可以通过使用上面的公式转换成电感来得到频率。

注意：在测量电感（L1）时，电容（C1）值应为0.1uF，而在测量电容（C1）时，电感（L1）值应为10mH。

电路图和说明

在这个LC测量仪电路图中，我们使用Arduino来控制项目操作。在此，我们使用了LC电路。该LC电路由一个电感和一个电容组成。为了将正弦谐振频率转换为数字或方波，我们使用运算放大器即741。这里我们需要对运算放大器施加负电源以获得准确的输出频率。因此我们使用了反极性连接的3v电池，意味着741负极引脚连接到电池负极端子，电池正极引脚连接到剩余电路的地。有关更多说明，请参见下面的电路图。

无论我们是测量电感还是电容，我们都有一个按钮来改变操作模式。LCD1602用于显示LC电路频率的电感或电容。10k电位器用于控制LCD的亮度。电路使用Arduino的5v电源供电，我们可以使用USB或12v适配器为Arduino供电。

编程说明

这个LC测量仪的编程部分非常简单。完整的Arduino代码在本文末尾给出。

首先，我们需要包含LCD库，并声明一些引脚和宏。

1. #include<LiquidCrystal.h>
   
2. LiquidCrystal lcd(A5, A4, A3, A2, A1, A0);
   
3. 
   
4. #define serial
   
5. 
   
6. #define charge 3
   
7. #define freqIn 2
   
8. #define mode 10
   
9. 
   
10. #define Delay 15
    
11. 
    
12. double frequency, capacitance, inductance;
    
13. 
    
14. typedef struct
    
15. {
    
16.   int flag: 1;
    
17. }Flag;
    
18. 
    
19. Flag Bit;

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之后，在setup函数中，我们初始化了LCD和串行通信，以通过LCD和串口监视器显示测量值。

1. void setup()
   
2. {
   
3. #ifdef serial
   
4.   Serial.begin(9600);
   
5. #endif
   
6.   lcd.begin(16, 2);
   
7.   pinMode(freqIn, INPUT);
   
8.   pinMode(charge, OUTPUT);
   
9.   pinMode(mode, INPUT_PULLUP);
   
10.   lcd.print(" LC Meter Using ");
    
11.   lcd.setCursor(0, 1);
    
12.   lcd.print("     Arduino    ");
    
13.   delay(2000);
    
14.   lcd.clear();
    
15.   lcd.print("Circuit Digest");
    
16.   delay(2000);
    
17. }

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然后在loop函数中，将固定时间周期的脉冲施加到LC电路，LC电路将为LC电路充电。去除脉冲后，LC电路开始谐振。 然后我们通过使用pulseIn()函数读取运算放大器的方波转换，并通过乘以2进行转换。这里我们也采用了一些这样的样本。 以下是计算频率的方式：

1. void loop()
   
2. {
   
3.   for(int i=0;i<Delay;i++)
   
4.   {
   
5.     digitalWrite(charge, HIGH);
   
6.     delayMicroseconds(100);
   
7.     digitalWrite(charge, LOW);
   
8.     delayMicroseconds(50);
   
9.   double Pulse = pulseIn(freqIn, HIGH, 10000);
   
10.   if (Pulse > 0.1)
    
11.     frequency+= 1.E6 / (2 * Pulse);
    
12.     delay(20);
    
13.   }
    
14.   frequency/=Delay;
    
15. #ifdef serial
    
16.   Serial.print("frequency:");
    
17.   Serial.print( frequency );
    
18.   Serial.print(" Hz     ");
    
19. #endif
    
20. 
    
21.   lcd.setCursor(0, 0);
    
22.   lcd.print("freq:");
    
23.   lcd.print( frequency );
    
24.   lcd.print(" Hz      ");

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得到频率值后，我们使用以下的代码片段将它们转换为电感、

1. capacitance = 0.1E-6;
   
2.     inductance = (1. / (capacitance * frequency * frequency * 4.*3.14159 * 3.14159)) * 1.E6;
   
3. #ifdef serial
   
4.     Serial.print("Ind:");
   
5.     if(inductance>=1000)
   
6.     {
   
7.     Serial.print( inductance/1000 );
   
8.     Serial.println(" mH");
   
9.     }
   
10.     else
    
11.    {
    
12.     Serial.print( inductance );
    
13.     Serial.println(" uH");
    
14.   }
    
15. #endif
    
16. 
    
17.     lcd.setCursor(0, 1);
    
18.     lcd.print("Ind:");
    
19.     if(inductance>=1000)
    
20.     {
    
21.     lcd.print( inductance/1000 );
    
22.     lcd.print(" mH            ");
    
23.     }
    
24.     else
    
25.    {
    
26.     lcd.print( inductance );
    
27.     lcd.print(" uH              ");
    
28.   }
    
29.   }

复制代码

通过使用以下的代码，计算电容值。

1. if (Bit.flag)
   
2.   {
   
3.     inductance = 1.E-3;
   
4.     capacitance = ((1. / (inductance * frequency * frequency * 4.*3.14159 * 3.14159)) * 1.E9);
   
5.     if((int)capacitance < 0)
   
6.     capacitance=0;
   
7. #ifdef serial
   
8.     Serial.print("Capacitance:");
   
9.     Serial.print( capacitance,6);
   
10.     Serial.println(" uF   ");
    
11. #endif
    
12.     lcd.setCursor(0, 1);
    
13.     lcd.print("Cap: ");
    
14.     if(capacitance > 47)
    
15.     {
    
16.       lcd.print( (capacitance/1000));
    
17.     lcd.print(" uF                 ");
    
18.     }
    
19.     else
    
20.     {
    
21.        lcd.print(capacitance);
    
22.        lcd.print(" nF                 ");
    
23.     }
    
24.   }

复制代码

这就是我们使用Arduino开发板计算频率、电容和电感的方法，然后将其显示在LCD液晶显示屏上。

代码

本文使用的完整代码如下所示： main.rar (903 Bytes, 下载次数: 170)

2018-9-15 22:00 上传

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Amber

我直接用信号发生器给方波信号为啥检测不到频率