Измеритель частоты промышленной сети 50 Гц

Автор статьи работает в электротехнической лаборатории электрических сетей города. Как-то нам понадобилось устройство для изменения частоты силовой сети. Поиски готового изделия в магазинах города результата не дали. Пришлось поискать в Интернет-магазинах. Но и тут возникли сложности: в продаже были или некие устройства для измерения частоты без гарантий их работоспособности в сети 50 Гц, или очень дорогие многофункциональные частотомеры, а нам достаточно иметь индикатор частоты. Дело в том, что действующие ГОСТы в плане изменения частоты силовой сети описывают этот параметр как «±2 Гц/мин». Следовательно, приобретать дорогостоящий прибор, позволяющий измерить частоту с точностью в тысячные доли Гц просто бессмысленно.

Поэтому автор решил изготовить такой прибор. В настоящей статье описан частотомер, позволяющий измерять частоту промышленной сети 50/60 Гц, который автор разработал и собрал самостоятельно.

Основой частотомера является 8-битный микроконтроллер AVR ATtiny2313 производства компании ATMEL, а индикация выполнена на распространенных 7-сегментных индикаторах с общим анодом. Схема измерителя частоты силовой сети показана на рисунке.

Работа схемы

Напряжение с вторичной обмотки трансформатора Т1 подается на диодный мост и далее, через разделительный диод D5, - на микросхему стабилизатора напряжения U2 7805, с выхода которой напряжение 5В поступает в цепи узлов схемы.

К выходу диодного моста через делитель напряжения R14R15 подключен также транзистор Q5 (формирователь импульсов). Напомню, что на выходе диодного моста частота тока удваивается, следовательно, на коллекторе транзистора Q5 будут присутствовать импульсы с частотой 100 Гц. Диод D5 предотвращает «сглаживание» выпрямленного напряжения на базе Q5 емкостями С5 и С6. Без этого диода формирователь на Q5 не будет обеспечивать формирование импульсов.

Импульсы с частотой 100 Гц поступают на вход (вывод 11) микроконтроллера (МК). Внутри МК к этому выводу подключен счетчик, который ведет подсчет импульсов в течение 10 мс (не забываем, что в схеме удвоенная частота - 100 Гц). Полученные данные обрабатываются и отображаются на 7-сегментном индикаторе. Индикатор подключен по обычной схеме, и работает в режиме динамической индикации.

При сборке схемы обратите внимание на наличие внешнего кварцевого резонатора. Следовательно, после загрузки программы в память МК необходимо выставить значения «фузов» (Fuses): работа от внешнего резонатора, частота 4 МГц. Методы установки зависят от программы управления вашим программатором.

Как работает программа

При подаче питания МК инициализируется: настраиваются его выводы, производится настройка режимов таймера, активируется режим защиты от «зависания». Затем начинает работу основная часть программы. Из регистров счетчика вычитываются данные, производится их обработка и отображение на индикаторе. Если полученные данные (частота) выше 99,99 Гц, то на индикаторе отображается значок «превышение» и полученные данные игнорируются. Данные на индикаторе обновляются примерно 5 раз в секунду. Как показала практика, это оптимальное время, так как более частое отображение данных раздражает и затрудняет их считывание. В программе есть константы, позволяющие задать частоту обновления и немного регулировать яркость свечения сегментов индикатора. По умолчанию они выставлены на оптимальное значение.

Сборка и наладка

Печатная плата для изделия не разрабатывалась. Весь монтаж выполнен на макетной плате обычным монтажным проводом. Устройство смонтировано в корпусе подходящих размеров. В устройстве использован внешний сетевой адаптер от какого-то телефонного аппарата, а на корпусе частотомера расположен разъем для его подключения.

Схема не критична практически ко всем деталям. Транзисторы можно применить те, какие есть под рукой, например КТ3102 или КТ315. Не советую изменять только сопротивления резисторов R14 и R15, т.к. они задают режим работы транзистора Q5. Уменьшать сопротивление токоограничивающих резисторов в цепи индикатора ниже 200 Ом нельзя - это может привести к повреждению МК.

Если вам необходимо измерять частоту более точно, то методика подстройки типовая для всех устройств с кварцем - подбор емкостей в цепи кварцевого резонатора. Эта методика расписана многократно, поэтому достаточно открыть любую статью с описанием часов или таймеров.

Устройство работает круглосуточно с ноября 2011 года, претензий и нареканий к его работе у персонала диспетчерской службы электрических сетей города нет.

Автор: Данилин А.