Frecuencímetro Archivos

Frecuencímetro digital

Montaje y pruebas de funcionamiento de un frecuencímetro digital. Este frecuencímetro está construido a partir de un PIC16F628A, y puede medir frecuencias entre 1 Hz y 50 MHz. El frecuencímetro también incorpora en el PCB un pequeño oscilador, con un zócalo para insertar cristales de cuarzo y comprobar con precisión su frecuencia.

Origen de este frecuencímetro

Este frecuencímetro se puede conseguir en KIT a través de Internet a un precio muy asequible. Existen muchas variantes de este frecuencímetro, en concreto el que he comprado yo, incluye en el mismo PCB un comprobador de cristales de cuarzo. No obstante, el corazón de este frecuencímetro es un PIC16F628A, y normalmente todos los modelos llevan cargado el firmware que desarrolló un radioaficionado de origen alemán.

Como me parece justo el destacar la autoría y origen de los diseños, a continuación os adjunto el link de acceso al frecuencímeto de Wolfgang «Wolf» Büscher, DL4YHF:

https://www.qsl.net/dl4yhf/freq_counter/freq_counter.html

Montaje del kit

El montaje de este kit es muy sencillo, a pesar la escasa información que se adjunta, y su pésima calidad de impresión. Siguiendo la serigrafía del PCB, se pueden localizar con facilidad el valor de todos los componentes.

Debido a la pésima calidad del esquema que se adjunta con el kit, he creado un esquema nuevo a partir del diseño de Wolfgang.

Observar que en este esquema ya está modificado el circuito de entrada del frecuencímetro. He añadido un pequeño amplificador de RF, con el fin de proteger la entrada del PIC, y permitir la medida de señales de baja amplitud.

Con esta modificación el consumo aumenta alrededor de 6 mA, pero así es posible medir señales a partir de 100 mVpp, en lugar de los 2..3 voltios que se necesitarían sin el amplificador. Además, así se evita que se pueda quemar la entrada del PIC, debido a un pico de tensión inesperado. Por ora parte, el amplificador de entrada incluye un varistor, el cual limitará la tensión de entrada a 30V, evitando así también la llegada de algún pico de tensión hacia el transistor (amplificador de entrada).

¿Necesitas fabricar un circuito impreso?

Actualmente hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos (PCB), pero no en todas podemos conseguir pequeñas tiradas a buen precio. Por suerte, ahora disponemos de Internet y es mucho más fácil que antes. Podemos buscar empresas en cualquier parte del mundo, y es más fácil encontrar un fabricante que haga nuestros prototipos (PCB) a buen precio. Una de las empresas más grandes del sector es PCBWay.

Logo: PCBWay

https://www.pcbway.es/

M328-Transistor Tester

Montaje, calibración y pruebas del kit: M328 Transistor Tester, comprobador de componentes electrónicos. Este comprobador está basado en el micro controlador ATMEGA328P, el mismo que utiliza la placa de desarrollo ARDUINO Uno. El firmware de este comprobador (v1.12k de 2017) ya viene grabado y el chip protegido contra lectura, de manera que no es posible realizar modificaciones. Sin embargo, existe mucha información en Internet, incluso algunos códigos fuente válidos para este micro controlador.

Proceso de montaje

Para montar este kit es conveniente tener cierta destreza con el soldador, y disponer de las herramientas adecuadas. En general, el montaje no es complicado, porque todos los valores de los componentes están rotulados en la serigrafía del circuito impreso. La única dificultad sería soldar los 3 componentes de montaje superficial (SMD) que incluye este kit.

Para facilitar el montaje, es conveniente montar los componentes más pequeños en primer lugar (SMD), y siguiendo por los de altura más baja (resistencias). También hay que prestar mucha atención a la hora de identificar las resistencias, porque están identificadas siguiendo el código de colores de 5 bandas y es fácil confundir algún valor por otro. En caso de dudas, lo mejor es medir los valores de las resistencias con un polímetro, para estar seguros antes de soldarlas.

Calibración

Una vez montado el kit, lo primero que hay que hacer es calibrar el equipo. A la calibración se accede mediante el menú Selftest del comprobador. El proceso de calibración es muy rápido y sencillo. Antes de entrar en el menú, tenemos que preparar 2 trozos de cable para unir las 3 entradas, y un condensador mayor de 100nF y menor de 20uF. La calibración consiste en 3 pasos:

Calibrar el cero del medidor, uniendo las 3 entradas del medidor con 2 cables cortos. En este punto el equipo calibra la resistencia 0 ohmios en las 3 entradas del medidor.
Calibrar el punto ‘abierto’ del comprobador, con el equipo encendido sin componentes (quitando los cables del punto anterior). En este momento se calibra la capacidad 0pF de las 3 entradas, entre otras cosas.
Calibrar la escala del capacímetro. En este punto se necesita conectar un condensador mayor de 100nF y menor de 20uF, entre las entradas 1 y 3 del comprobador.

Se pueden ver todos los detalles de calibración en el video #1.

Funciones especiales

Aparte de la detección y comprobación de la mayoría de los componentes electrónicos (resistencias, condensadores, bobinas, diodos, transistores, etc), este comprobador dispone de algunas funciones especiales, por ejemplo:

Comprobar y medir el sensor de Temperatura DS18B20.
Comprobar y medir el sensor de Temperatura/Humedad DHT11.
Decodificar las señales IR de un mando a distancia (menú IR_Decoder), mediante la inserción en sus terminales de un chip receptor IR. El comprobador muestra en la pantalla el protocolo y todos los datos que se transmiten al pulsar cada una de las teclas de un mando a distancia IR (4 Bytes).
También es posible configurar en el menú IR_Encoder el código de una tecla, y transmitirla mediante la conexión de un diodo LED IR en los terminales de salida PWM del comprobador.
Generar una señal PWM de 10 bit, pudiendo configurar el porcentaje del ancho de impulso entre 1 y 99%. El nivel de salida es 5Vpp, y la frecuencia 7812,5 Hz.
Generar una serie de frecuencias predefinidas, entre 1 Hz y 20 MHz. La forma de onda es cuadrada y tiene un nivel de 5Vpp.
Medir frecuencias comprendidas entre 1Hz y 3,9MHz, con un nivel entre 1 y 5 Vpp.
Medir la Resistencia Serie Equivalente (ESR) de condensadores electrolíticos, sin la necesidad de tenerlos que desconectar del circuito impreso.

Todos los detalles de montaje, calibración y pruebas se muestran en la siguiente serie de 3 videos:

Detector de microcortes en la RED eléctrica

Construcción de un detector de microcortes para le red eléctrica. Este circuito microprocesado, permite detectar con precisión cualquier corte que exista en la tensión del suministro eléctrico, a partir de 50 mSeg. Este circuito no necesita ajustes, porque no detecta el fallo por falta de nivel, lo hace controlando la frecuencia. El circuito incluye un display LCD de 2×16 caracteres, en el cuál presenta la frecuencia de la red eléctrica con dos decimales. La medida de frecuencia podría ser muy útil para ajustar la frecuencia de un generador eléctrico, o comprobar la existencia de armónicos de alto nivel en la línea de alimentación.

Analizador de RED eléctrica

Para un uso profesional, existen muchos equipos que analizan a fondo todos los parámetros y posibles incidencias del suministro eléctrico. Algunos incluso permiten almacenar en memoria cualquier incidencia que exista, pudiendo exportar posteriormente los datos a un PC para crear gráficos. Sin embargo, la mayoría de los equipos modernos soportan un amplio margen de funcionamiento en tensión, normalmente entre 100 y 240 VAC, y apenas les afecta una ligera variación en la frecuencia. El principal problema que existe son los cortes de tensión de corta duración, también conocidos como microcortes de tensión. Los cortes de pequeña duración provocan innumerables averías en elecrodomésticos (sobretodo frigoríficos) y cualquier equipo que funcione con un microprocesador… actualmente casi el 100%.

Comprobador de microcortes

Si debido a tu profesión estás a cargo del correcto funcionamiento de servidores informáticos, sistemas de climatización, cadenas de montaje robotizadas, etc. Habrás podido comprobar que cuando existen cortes eléctricos de muy corta duración, además de que pueden pasar desapercibidos, provocan ‘cuelgues’ y averías en algunos equipos. Conocer si ha existido un pequeño corte eléctrico o no, podría agilizar mucho tus tareas de mantenimiento… y como mínimo mejorar el tiempo de respuesta.

El comprobador que muestro aquí, a pesar de ser muy sencillo es bastante preciso. Este equipo sólo se encarga de una cosa, quizás la más importante, generar una alarma cuando ha detectado cualquier corte de tensión, incluidos los cortes de pequeña duración y siempre que no sean de duración <50 mSeg. (50 mSeg. = 20 Hz.)

Firmware

El archivo necesario para programar el microcontrolador AT89C2051, lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace:

J_RPM_v1_FREQ.HEX

Funcionamiento

El funcionamiento de este comprobador se basa en medir la frecuencia de una señal alterna, no su nivel de tensión. De esta manera no detecta las fluctuaciones o pequeñas caídas de tensión, comportándose como la mayoría de los equipos electrónicos más modernos. Sin embargo, este comprobador es muy preciso a la hora de detectar cualquier corte de red, principal motivo de averías. El circuito que se muestra en el esquema, se alimenta desde la misma red eléctrica que está comprobando. Como es lógico, cuando existe un corte eléctrico el comprobador deja de funcionar, y no puede mostrar ningún aviso óptico ni acústico… pero al reponer la tensión de suministro, el comprobador se reinicia y muestra el corte de tensión que ha habido:

Si se quiere mantener el aviso cuando existe un corte eléctrico, sólo habría que alimentar el comprobador con una UPS, o añadir una pequeña batería en su circuito de alimentación.

En la imagen siguiente se muestra el oscilograma en dos puntos del circuito. En la salida del diodo rectificador (1), y la señal que sale del colector (2) del transistor encargado de acomodar la señal (forma de onda y nivel de tensión) hacia el microcontrolador.

En la imagen siguiente se muestra la misma señal de antes en el canal 1, la señal que entra al microcontrolador, pero poniendo la base de tiempos del osciloscopio en 50 mSeg por división. Con esta configuración, es posible visualizar pequeños cortes de tensión, con el fin de realizar pruebas o comprobar el correcto funcionamiento del circuito.

En condiciones normales, el comprobador muestra en su pantalla LCD la frecuencia de la red eléctrica:

La frecuencias máxima que puede medir este comprobador es de 655 Hz. Por debajo de 20 Hz. el comprobador también mide, pero si el periodo de la señal alterna es <50 mSeg., este comprobador interpreta que es un corte eléctrico y activa la alarma. El display presenta a la izquierda de la segunda línea el gráfico de un rayo con intermitencias, es la indicación de actividad del circuito (placa de control y display LCD). Si el comprobador está alimentado de la red eléctrica, sin batería ni UPS, en algunas ocasiones y como podría suceder con cualquier equipo microprocesado, el display o la placa de control también podrían ‘colgarse’. En estos casos dejaría de parpadear el gráfico del rayo, y sería necesario reiniciar el comprobador (apagar y encender).

En el video siguiente se muestran todos los detalles de construcción y pruebas de este comprobador.

Medir las revoluciones R.P.M.

Medir las revoluciones de giro de un motor en un display LCD, utilizando un interruptor óptico ranurado como sensor. Posible librería y código para realizar este medidor con Arduino (FreqCount.h). Esquema del medidor de RPM, utilizando el micro-procesador de Atmel AT89C2051 y un display LCD de 2 líneas y 16 caracteres. Comprobación de funcionamiento y medidas RPM con diferentes motores.

En un video anterior (Medir con precisión las RPM de un motor, es muy fácil) mostraba cómo se podían medir con precisión la velocidad de giro de un motor, de una forma fácil y sencilla.

El captador utilizado era un interruptor óptico ranurado, posteriormente se medía la frecuencia de giro del motor y se convertía en revoluciones por minuto (RPM). La frecuencia se puede medir con un frecuencímetro, un osciloscopio o mediante una aplicación gratuita utilizando un dispositivo móvil.

En esta ocasión vamos a realizar un medidor de RPM completo, mostrando las revoluciones por minuto en un display LCD. El controlador del medidor se podría hacer con ARDUINO, utilizando la librería FreqCount.h… pero deberemos tener en cuenta las limitaciones que tiene esta librería, dependiendo del modelo de Arduino que estemos utilizando

Arduino UNO & FreqCount.h

Pin de entrada para realizar la medida: 5
Deshabilitación de la sentencia analogWrite() en pines: 3, 9, 10 y 11.

Si queremos utilizar le módulo LCD Keypad Shield con nuestro Arduino UNO, tendremos que utilizarlo sin ensamblar ambos módulos mediante sus conectores, porque coincide el pin de medida (FreqCount.h) con una de las conexiones del módulo LCD. Será necesario modificar las conexiones del LCD, ensamblando ambos módulos con cables para mover la entrada/s ocupada/s.

Con el fin de mejorar la resolución de las medidas… y después de algunos incidentes que tuve con mi Arduino, decidí hacer todo el desarrollo partiendo desde cero, y utilizar el micro-controlador de Atmel: AT89C2051. En esta primera versión (quizás haga alguna mejora) la resolución de las medidas las determina un temporizador de 0,1 milisegundos (100 uSeg). De esta manera, la medida máxima de revoluciones por minuto que podríamos medir serán 600.000 RPM. Sin embargo, al ser un tiempo fijo, el valor inmediatamente inferior que mediríamos sería 300.000 RPM. Es decir, un salto entre medidas excesivamente grande. Por este motivo limité el valor máximo a 65.535 RPM (16 bit), aunque la medida máxima que podremos ver en el display será 60.000 RPM. Por otra parte, la medida mínima empezará a partir de 12 RPM. Esta limitación queda determinada por el tiempo máximo de espera que fijé para actualizar el valor mostrado en el display, que son 5 segundos.

En la tabla de la izquierda (click para ampliar) podemos observar los valores de RPM que podrían aparecer en el display, cuando medimos valores entre 4.000 y 60.000 RPM. Como podemos comprobar, la resolución de las medidas empeora al subir la velocidad de giro, lógico porque partimos de un temporizador de valor fijo (100 uSeg). Como en los motores de uso más frecuente la velocidad de giro no suele superar las 4.000 RPM, la resolución que se mostrará con este medidor será bastante buena.

L	M	X	J	V	S	D
					1	2
3	4	5	6	7	8	9
10	11	12	13	14	15	16
17	18	19	20	21	22	23
24	25	26	27	28