如何使用Arduino构建一个数字电容表电路

在这篇文章中，我们将使用Arduino构建一个数字电容表电路，该电路可以以合理的精度测量从1微法拉到4000微法拉的电容器的电容。

当写入电容器主体的值难以辨认时，我们测量电容器的值，或者在我们的电路中找到老化电容器的值，这些电容器迟早需要更换，并且还有其他几个原因需要测量电容。

为了找到电容，我们可以使用数字万用表轻松测量，但并非所有万用表都具有电容测量功能，只有昂贵的万用表才具有此功能。

所以这是一个可以轻松构建和使用的电路。

我们专注于从1微法拉到4000微法拉的较大值的电容器，这些电容器容易因老化而失去电容，特别是由液体电解质组成的电解电容器。

在讨论电路细节之前，让我们看看如何使用Arduino测量电容。

大多数Arduino电容计依赖于RC时间常数属性。那么什么是RC时间常数？

RC电路的时间常数可以定义为电容器达到充满电的63.2%所需的时间。零伏是 0% 充电，100% 是电容器的全电压充电。

电阻值（欧姆）与电容器值（法拉）的乘积给出了时间常数。

T = R x C

T 是时间常数

通过重新排列上述等式，我们得到：

C = T/R

C是未知电容值。

T是RC电路的时间常数，为满电荷电容器的63.2%。

R 是已知的电阻。

Arduino可以通过模拟引脚检测电压，并且可以在程序中手动输入已知的电阻值。

通过在程序中应用公式C = T / R，我们可以找到未知电容值。

到现在为止，您已经知道我们如何找到未知电容的值了。

在这篇文章中，我提出了两种电容计，一种带有LCD显示屏，另一种使用串行监视器。

如果您是此电容计的常客，最好采用LCD显示屏设计，如果您不经常使用，最好使用串行显示器设计，因为它可以在LCD显示屏上节省一些费用。

现在让我们继续看电路图。

基于串行监视器的电容计：

如您所见，电路非常简单，只需几个电阻即可找到未知电容。1K欧姆是已知的电阻值，220欧姆电阻用于在测量过程中对电容器放电。Arduino 感测引脚
A0 上的上升和减少电压，该引脚连接在 1K 欧姆和 220 欧姆电阻器之间。如果您使用电解电容器等极化电容器，请注意极性。程序：

//-----------------Program developed by R.Girish------------------//

const int analogPin = A0;

const int chargePin = 7 ;

const int dischargePin = 6;

float resistorValue = 1000 // Value of known resistor in ohm

unsigned long startTime;

unsigned long elapsedTime;

float microFarads;

void setup（）

{

Serial.begin（9600）;

pinMode（chargePin， OUTPUT）;

digitalWrite（chargePin， LOW）;

}

void loop（）

{

digitalWrite（chargePin， HIGH）;

startTime = millis（）;

while（analogRead（analogPin） 《 648）{}

elapsedTime = millis（） - startTime;

microFarads = （（float）elapsedTime / resistorValue） * 1000;

if （microFarads 》 1）

{

Serial.print（“Value = ”）;

Serial.print（（long）microFarads）;

Serial.println（“ microFarads”）;

Serial.print（“Elapsed Time = ”）;

Serial.print（elapsedTime）;

Serial.println（“mS”）;

Serial.println（“--------------------------------”）;

}

else

{

Serial.println（“Please connect Capacitor！”）;

delay（1000）;

}

digitalWrite（chargePin， LOW）;

pinMode（dischargePin， OUTPUT）;

digitalWrite（dischargePin， LOW）;

while（analogRead（analogPin） 》 0） {}

pinMode（dischargePin， INPUT）;

}

//-----------------Program developed by R.Girish------------------//

将上面的代码上传到Arduino，完成硬件设置，最初不要连接电容器。打开串行监视器;它说“请连接电容器”。

现在连接一个电容器，其电容将显示如下图所示。

它还显示了达到电容器完全充电电压的63.2%所需的时间，该时间显示为经过的时间。

基于LCD的电容计的电路图：

上面的示意图是LCD显示器和Arduino之间的连接。提供10K电位器，用于调整显示器的对比度。其余的连接是不言自明的。

上述电路与基于串行监视器的设计完全相同;您只需要连接LCD显示器。

LCD电容计程序：

//-----------------Program developed by R.Girish------------------//

#include《LiquidCrystal.h》

LiquidCrystal lcd（12，11，5，4，3，2）;

const int analogPin = A0;

const int chargePin = 7 ;

const int dischargePin = 6;

float resistorValue = 1000; // Value of known resistor in ohm

unsigned long startTime;

unsigned long elapsedTime;

float microFarads;

void setup（）

{

Serial.begin（9600）;

lcd.begin（16，2）;

pinMode（chargePin， OUTPUT）;

digitalWrite（chargePin， LOW）;

lcd.clear（）;

lcd.setCursor（0，0）;

lcd.print（“ CAPACITANCE”）;

lcd.setCursor（0，1）;

lcd.print（“ METER”）;

delay（1000）;

}

void loop（）

{

digitalWrite（chargePin， HIGH）;

startTime = millis（）;

while（analogRead（analogPin） 《 648）{}

elapsedTime = millis（） - startTime;

microFarads = （（float）elapsedTime / resistorValue） * 1000;

if （microFarads 》 1）

{

lcd.clear（）;

lcd.setCursor（0，0）;

lcd.print（“Value = ”）;

lcd.print（（long）microFarads）;

lcd.print（“ uF”）;

lcd.setCursor（0，1）;

lcd.print（“Elapsed：”）;

lcd.print（elapsedTime）;

lcd.print（“ mS”）;

delay（100）;

}

else

{

lcd.clear（）;

lcd.setCursor（0，0）;

lcd.print（“Please connect”）;

lcd.setCursor（0，1）;

lcd.print（“capacitor ！！！”）;

delay（500）;

}

digitalWrite（chargePin， LOW）;

pinMode（dischargePin， OUTPUT）;

digitalWrite（dischargePin， LOW）;

while（analogRead（analogPin） 》 0） {}

pinMode（dischargePin， INPUT）;

}

//-----------------Program developed by R.Girish------------------//

完成硬件设置后，上传上述代码。最初不要连接电容器。显示屏显示“请连接电容器！！”现在您连接电容器。显示屏将显示电容器的值和达到充满电电容器的
63.2% 所花费的时间。