Сортировщик резисторов

Автор: _abk_, loxox@yandex.ru
Опубликовано 20.09.2014
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2014"

Лучше день потерять,

 потом за пять минут долететь

     Уважаемый Кот! С Днем рождения! Как когда-то ты помог мне в освоении волшебного мира микроконтроллеров, так пусть десятки и сотни новых и старых радиоромантиков помогают тебе оживлять страницы сайта, и да не угаснет свет твоих зеленых глаз, и да не потускнеет твоя шерстка! Гав! Тьфу ты, - мяу!!!

      Наверное, у многих из тех, к то занимается радиолюбительством достаточно долго, сохранились воспоминания о былом  дефиците радиодеталей. В магазине купить было практически нечего, а основным источником деталей для поделок были знакомые с соответствующих предприятий, разных НИИ оборонного значения  и, конечно, помойки возле них. Именно эти мусорки порой приносили счастливые находки в виде неведомых плат, которые шли на распайку и давали кучу таких необходимых резисторов, конденсаторов и транзисторов с буквенным индексом «Я» в типе прибора и двумя буковками «вп» в ромбе. В результате постепенно образовывались горстки, а потом и целые кучи компонентов разных номиналов, сваленных в одну коробку/банку/ящик.

      И тот двоечник, кто вовремя не разложил их по номиналам, обречен был всякий раз копаться в куче, отыскивая нужный. И если для большинства компонентов это не столь критично, то для резисторов – просто пипец. Я и есть такой двоечник, и есть у меня большая банка из-под кинопленки (и не одна:) с резисторами. И хоть я давно освоил поверхностный монтаж, иногда приходиться копаться в этой куче, что раздражает. Конечно, сейчас можно легко купить набор выводных резисторов, например, для макетирования на беспаечной плате, но после разборки макета возникает та же проблема: резисторы надо определить по цветным кольцам и снова вернуть в нужные ячейки.

     Итак, однажды терпение лопнуло, трансформировавшись в спортивный интерес, вспомнился замечательный проект от akl («CLR2313 - измеритель ёмкостей, индуктивностей и сопротивлений») и возникла тривиальная идея, как быстро и не напрягая зрение и мозг разложить по номиналам кучу выводных резисторов. Этакий проект выходного дня.

     Описываемое  устройство (сортировщик) предназначено для облегчения сортировки и раскладки резисторов по номиналам ряда Е24 в 8 десятичных диапазонах от единиц Ом до десятков МОм. Измеряемое сопротивление анализируется на принадлежность диапазону и месту в ряду Е24, и зажигаются соответствующие 2 светодиода, определяющие его (резистора) место в матрице (ячеек, коробочек) размерностью 8 на 24.

     Такое «позиционирование»  позволяет механически и быстро раскидать резисторы по ячейкам, не озадачиваясь считыванием показаний цифрового индикатора и их анализом.

    Рис.1 Общий вид устройства

     К примеру, если вы на кассетнице размерностью 8 на 24 на горизонтальных и вертикальных рядах закрепите соответствующие светодиоды, то 2 светодиода,загорающихся при измерении, укажут ряд и колонку, где расположена ячейка, в которую надо положить резистор. При этом, если такого количества ячеек/коробочек у вас нет, можно положить близкие номиналы вместе, сгруппировав соответствующие индикаторы, или как пожелаете. Можно еще больше упростить этот «морской бой», разложив резисторы вначале в 8 мест по диапазонам, а затем уже каждое место по ряду Е24 (я так и делал, закрепляя светодиоды на коробочках прищепками).

     Напомню на всякий случай значения ряда Е24: 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.8, 2.0, 2.2, 2.4, 2.7, 3.0, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2, 9.1.

     Восемь десятичных диапазонов – это диапазоны 0-9,1 Ом, 10-91 Ом, 100-910 Ом, 1-9,1 кОм, 10-91 кОм, 100-910 кОм, 1-9,1 МОм, 10 и более МОм.

     Для исключения ошибок измерения (и, соответственно, позиционирования) из-за плохого контакта или загрязнения/окисления выводов в устройство введен режим проверки, когда выходная индикация появляется только после трехкратного совпадения результата подряд. В этом режиме индикация сопровождается коротким звуковым сигналом и гасится на период измерения. При определении принадлежности диапазону и значению ряда Е24 учитывается возможное отклонение фактического сопротивления от номинала.

     Сортировщик может быть использован и как обычный RC-метр с цифровым индикатором.

  СХЕМА

     Устройство функционально состоит из цифрового измерителя, программного анализатора и дешифратора, имеющего выход на одиночные светодиодные индикаторы.

     В основе измерителя лежит принцип и схема, описанные в упомянутой выше статье (ссылка). Схема дополнена дешифраторами на 8 и 24, разрядность измерения сопротивления увеличена до 4, для индикации размерности добавлены 3 светодиодных индикатора (Ом, кОм, Мом), емкость, как и ранее, отображается в 3 разрядах, в четвертом – размерность (р, n, u). Применен контроллер с достаточным объемом памяти и количеством выводов (AT90S8515, такой был под рукой).

   Рис. 2.   Схема управления, индикации и питания

     Для измерения сопротивления и емкости использован измерительный генератор, собранный на триггере Шмитта (U3.3 и U3.1 соответственно). При подключении измеряемого элемента в обратную связь генератора изменяется начальная (опорная) частота, это изменение измеряется и используется для расчета Rx или Cx. Подробно об этом можно почитать в упомянутой выше статье и совсем подробно - в разделе форума, посвященному тому устройству.

     Нужный измерительный генератор (измерение Rx или Cx) выбирается переключателем S3. Его вторая группа контактов использована для индикации режима Rx/Сx. Сигнал от выбранного генератора поступает на вход ICP микроконтроллера. Кнопкой S2 производится установка нуля перед началом измерений. На разрядах порта С PC0…2 организована индикация размерности величины сопротивления, к разрядам РС3,4 подключен DIP-переключатель, который может быть использован для изменения режимов работы устройства. Текущая версия программы его не использует, можно просто не устанавливать.

     Цифровая индикация динамическая, LED-индикатор с общим анодом., задействован весь порт В и разряды РD2…5 порта D.

     Индикатор сортировщика выполнен на 4 дешифраторах 3х8 (К555ИД7) и 32 одиночных светодиодах.

   Рис.3     Схема дешифратора и выходных разъемов

      Дешифратор десятичных диапазонов подключен к выходам РА5…7 и через разъем J101(DB9) к 8 светодиодам. Дешифратор ряда Е24 выполнен на 3 микросхемах К55ИД7,  собранных в схему 5х32, и подключен к выходам РА0…4 и через разъем J102 (DB25) –к 24 светодиодам. Свободные выводы РС6 и PC7использованы для гашения индикации на время измерения ключами Q101 и Q102. Ток через включенный светодиод ограничивается резисторами R105 и R106. Активный  пьезоизлучатель подключен к выводу РС5

     Питается устройство постоянным током напряжением 8…12 Вольт от любого подходящего источника. Напряжение через входной разъем, самовосстанавливающийся предохранитель и защитный диод подается на стабилизаторы +5В, питающие измерительный генератор и остальную часть схемы. Генератор запитан от отдельного стабилизатора для повышения стабильности показаний. Применен достаточно стабильный LP2950 (U1) и LC-фильтры на входе и выходе.

  КОНСТРУКЦИЯ И ДЕТАЛИ

     Так как устройство не отнесешь к часто используемым, скорее наоборот, то для конструкции и оформления использовалось то, что оказалось под рукой, а также принцип минимальной достаточности. Этим объясняются и примитивные подписи и «левые» надписи на самих кнопках-толкателях.

   Рис.4     Печатная плата в корпусе со снятой крышкой                    

   Рис. 5    Печатная плата, вид снизу

     Плата помещена в корпус от модема ZyXEL,что определило размеры и компоновку. На «родных» местах размещены светодиоды индикаторов режима работы, размерности измерения сопротивления, входной разъем питания и переключатель режима Rx/Cx (бывший выключатель питания). Четырехразрядный LED- индикатор с общим анодом установлен в разъем, сделанный из отпиленных от СНП 96 частей и впаянный в плату на нужную высоту. Предусмотрен разъем для внутрисхемного программирования.

     Печатная плата двухсторонняя, свободные места залиты «землей». «Земля» генератора и остальной части разделены на плате  и соединены отдельным проводком у «земляных» выводов стабилизаторов. На стороне, противоположной установке элементов генераторов, фольга сохранена полностью и соединена с «землей» генератора в районе входных контактов. Все микросхемы, за исключением микросхемы генератора, в DIP-корпусе. В остальном, по возможности, применялся поверхностный монтаж. На плате заметны соединения монтажным проводом и  вмешательства в печатные дорожки, что оказалось необходимым в ходе отладки. Внесенные небольшие изменения учтены на печатной плате, приложенной в архиве.

     Часть переходных отверстий выполнена на выводах деталей, что не усложняет монтаж и уменьшает число отверстий, которые необходимо просверлить.Можно пропаять    выводы с двух сторон или, если такой возможности нет, например, под некоторыми панельками, то до установки компонента в отверстие вставляется тонкая луженая проволочка (0,1-0,2мм) и припаивается со стороны установки детали к отходящей дорожке. С обратной стороны проводок обрезаем, оставляя длину 2-3 мм, и пропаиваем его позже вместе с выводом установленной детальки. Проводок не должен быть толстым, а отверстие слишком «тесным». Надо следить только чтобы проводок не «пересекал» отверстие по диаметру, а располагался с одной стороны отверстия. Тогда он не будет мешать вставить вывод и не порвется. Пользуюсь приемом давно, осечек не было ни одной. Не металлизация, конечно, но вариант рабочий…

     Для подключения цепей измерения (щупы или специальная приставка) подошли впаиваемые в плату зажимы с кнопками сверху; усилие на них передается через кнопки-толкатели. Светодиоды сортировщика подключаются к плате через стандартные разъемы DB9 и DB25 и плоские шлейфы, распущенные на другом конце на отдельные светодиоды с «хвостами» необходимой длины (чтобы доставали до «своих» ячеек). Я изпользовал8 сигнальных светодиодов с уже припаянными проводками, снятых с корпусов от старых компьютеров, а для ряда Е24 –китайский линейный стоп-сигнал за 100 р., плату которого разрезал на части по 4 светодиода. Мои небольшие пластиковые коробочки, которые использованы для хранения резисторов, разделены внутри на 4 ячейки, поэтому дальше разделять светодиоды я не стал. Весьма полезно светодиоды подписать, снабдив ярлычком. Но можно и так, если в плоском шлейфе они распаяны по порядку.

    Рис. 6    «Аксессуары»: шлейфы, светодиоды и контакты

     Для сортировки к входному зажиму подключается нехитрая контактная приставка, значительно ускоряющая процесс (на фото справа). Она представляет собой подставку из толстой фанеры, в которую вклеены 2 сходящиеся полоски из жести с припаянными к каждой из нихпроводками. Верхний край слегка заточен напильником, наподобие тупого ножа. Такая конструкция позволяет быстро установить контакт с резистором разных размеров и любой степени загрязненности и изогнутости выводов.

     Как уже говорилось, для питания устройства подойдет адаптер с напряжением 8…12 В и током 150-200 мА. «Цифровой» стабилизатор U2 установлен на небольшом радиаторе.

     Дефицитных деталей устройство не содержит. Транзисторы – любые маломощные нужной проводимости с током коллектора до 100 мА. Стабилизатор LP2950 можно заменить на любой маломощный пятивольтовый – на сортировку это не повлияет. В дешифраторе можно применить импортные 74LS138 или 74HC138. Элементы обратной связи в генераторе должны быть стабильными: конденсаторы С8, С9, например, типа К71-7 или подобные пленочные. То же касается и резисторов R8…11. На плате предусмотрено место для параллельного включения двух резисторов для подбора на случай отсутствия подходящего номинала.

  НАСТРОЙКА и программа

     Настройка сводится к прошивке контроллера и корректировке констант в EEPROM при калибровке. Процедура калибровки несложная, подробно описана в упомянутом выше источнике и не входит в предмет данной статьи.

     Программа на ассемблере дорабатывалась в AVRStudio 4.18, внесенные дополнения и изменения содержат подробные комментарии, что позволяет не потерятьcя в темном лесу и выйти к свету. Доработка увеличила размер кода в полтора раза. Размер памяти МК позволяет ввести и процедуру калибровки, исключающую ручное изменение констант в EEPROM, но учитывая, что процедура эта разовая, а цель практически тоже одноразовая – разобрать кучу резисторов, - то делать этого я не стал. Да и выходной день заканчивался :) 

  РАБОТА с устройством 

     После присоединения светодиодных шлейфов, приставки с контактами и подаче питания на короткое время зажгутся светодиоды на шлейфах, что позволяет оценить их исправность. Цифровой индикатор отразит в младшем разряде установленный переключателем режим измерения (r или C), а в старшем разряде – условный номер режима работы анализатора («0» или «4»). После короткого звукового сигнала начнется повторяющийся цикл измерения.

     Приложенная версия программы реализует два режима работы анализатора – обычный («0»), когда все индикаторы непрерывно отражают результаты каждого измерения и режим с проверкой («4»), когда выходная индикация появляется только после трехкратного совпадения результата анализатора подряд. В этом режиме индикация дублируется коротким звуковым сигналом. Режим проверки устанавливается удержанием кнопки «>0<» при включении питания.

     Этой же кнопкой перед работой после минимального прогрева устанавливаются нулевые показания цифрового индикатора при замкнутых входных контактах для Rx и при разомкнутых – для Cx.

     Удобно расккладывать резисторы вначале по  8 десятичным диапазонам, а потом уже каждую из 8 кучек – по ряду Е24.

     Итак, если светодиоды сортировщика закреплены на своих ячейках и установлен «ноль», берем нашу гору резисторов, пинцет с изолированными не скользкими губками и – вперед! Даешь килограмм резисторов в час! 

  ССЫЛКИ: 

1. «CLR2313 - измеритель ёмкостей, индуктивностей и сопротивлений» 

  АРХИВ 

В архиве схема в формате jpg, прошивка, проект AVRStudio, а также схема и плата в формате DipTrace.

Файлы:
Проект AVRStudio
Прошивка
Схема в формате jpg
Схема и плата в формате DipTrace

Все вопросы в Форум.