Цифровой милливольтметр
Часть 2. Конструкция и монтаж
Конструкция прибора
Для изготовления прибора удобно использовать готовый корпус размерами приблизительно 120*190*60 мм (Ш*Г*В). В похожем по конструкции корпусе, но большего размера, был размещен и другой прибор, описанный на этом сайте - звуковой генератор. Корпуса эти производятся безымянными производителями из Китая и их можно легко и достаточно недорого приобрести в интернете. Продавцы клянутся, что они сделаны из акрилонитрилбутадиенстирола или, проще говоря, ABS, однако в этом есть весьма обоснованное сомнение и, скорее всего, в качестве материала этих корпусов используется обыкновенный полистирол. Корпус состоит из двух половин - верхней и нижней, в комплекте прилагаются саморезы для их скрепления, ножки и заготовки для передней и задней панели.
Модули и вспомогательная плата с помощью шестигранных резьбовых втулок прикреплены к несущей панели из текстолита (фото внизу, кликните для увеличения), а сама несущая панель закрепляется в нижней половинке корпуса на четыре коротких самореза.
Модули ATT01, AMP01, POWER01 и вспомогательная плата расположены горизонтально, а модули RECT01, Arduino Nano и ADS1110 - вертикально, причем последние два при помощи угловых разъемов Dupont припаяны к небольшому кусочку перфорированной макетной платы. Микроконтроллер Arduino Nano расположен таким образом, что находящийся на его плате разъем USB выступает вбок, а в верхней половине корпуса в этом месте сделан соответствующий вырез для того чтобы к этому разъему можно было бы подключить кабель. Это позволит в дальнейшем обновлять прошивку микроконтроллера без снятия крышки прибора.
Кнопки SW1...SW3 размером 12*12 мм распаяны на куске перфорированной макетной платы, которая прикрепляется к передней панели с помощью восьми резьбовых втулок М3 из нейлона (фото справа, кликните для увеличения). На задней стороне платы установлен угловой разъем Dupont на 4 контакта, куда при помощи монтажных проводов выведены цепи от кнопок. К этому разъему впоследствии будет подключаться шлейф, идущий к микроконтроллеру.
Плата с кнопками, модуль ЖК дисплея 1602 и входной разъем J1 типа BNC (или его отечественный аналог СР-50) устанавливаются на лицевой панели. Если таких разъемов в наличии нет, в качестве J1 можно использовать розетку типа RCA, широко применяемую в различной аудио-видео аппаратуре.
На задней панели прибора устанавливается розетка для подключения внешнего 9-вольтового источника питания. Для этого удобно использовать разъем размерности 2,1*5,5 мм, например DS-026A, DC-022B или DJK-04В. Выключатель в приборе не предусмотрен, предполагается, что включение/выключение прибора будет осуществляться подачей питания от внешнего источника.
Монтаж
Большинство межплатных соединений выполнено разъемными. Модули Arduino Nano, ЖК дисплея и плата с кнопками подключаются при помощи кабелей с разъемами Dupont, а все модули из нашего набора - кабелями с разъемами KF2510. Вид монтажа цифрового милливольтметра показан на фото внизу (кликните для увеличения).
На первый взгляд путаница из монтажных проводов, шлейфов и витых пар выглядит достаточно хаотично, однако, надо иметь в виду следующие соображения: во-первых, такой монтаж более благоприятен с точки зрения минимизации длины проводов и снижения их взаимных наводок, а во-вторых, поскольку межплатные соединения выполнены разъемными, все эти дебри легко отсоединяются и в процессе эксплуатации любой модуль можно без труда извлечь для ремонта или замены без применения пайки.
Реле K1, резистор R1 и разъем JP1 модуля аттенюатора U1 расположены в непосредственной близости от входного разъема прибора J1 "INPUT", поэтому провода входной цепи получаются весьма короткими и не требуют экранирования. Если в вашем варианте конструкции длина этой цепи окажется больше, то можно воспользоваться рекомендацией по ее экранированию, приведенной в описании аналогового вольтметра.
Другие цепи прибора также не требуют экранирования, однако, для правильной работы прибора важно соблюсти определенный порядок разводки цепей питания, особенно пары "+5V" - "GND". Первоначально автор предполагал, что эти цепи от одного из выходных разъемов модуля питания U7 придут на вспомогательную плату, а с нее будут расходится другим потребителям - микроконтроллеру U6, модулю АЦП U4 и модулю ЖК дисплея U8. Для этого при разводке вспомогательной платы на ней были предусмотрены контактные площадки для подключения пар проводов "+5V" - "GND" от всех этих модулей. Однако вскоре выяснилось, что такое подключение создает проблемы - токи, потребляемые цифровой частью прибора, создавали заметное (десятки милливольт) падение напряжения на участке общего провода ("GND"), шедшем от модуля питания к вспомогательной плате, а это падение напряжения, суммируясь с опорным напряжением 2.0 В, прикладывалось ко входу IN- модуля АЦП, вызывая большую погрешность результатов измерений.
В результате, было найдено следующее решение, которое вы можете видеть на фото монтажа выше на этой странице: рядом с выходом модуля питания была установлена текстолитовая планка с двумя лепестками. К ней подведены цепи "+5V" (красный провод) и "GND" (черный провод) от выхода модуля питания, к этим же лепесткам подпаян снизу электролитический конденсатор C1 емкостью 2200 мкФ, а сверху - три красно-черные пары монтажных проводов, идущие к микроконтроллеру U6, к модулю АЦП U4 и к вспомогательной плате. Использовались провода сечением не менее 0,25 мм2, что свело к минимуму падение напряжения на проводах и вызываемые им погрешности измерений.
Разобравшись с конструкцией и монтажом прибора, переходим к 3-й части этой публикации, где обсудим его программное обеспечение и настройку.