TracciaCurve Arduino

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Vi presento le caratteristiche del Tracciacurve che ho realizzato che vorrei condividere con voi, e magari migliorarlo.

Il sistema realizza un tracciacurve automatico per valvole termoioniche utilizzando un microcontrollore Arduino LGT8F328P e un DAC MCP4725 per il controllo della tensione di griglia.

Il firmware esegue:
• generazione dinamica della tensione di griglia negativa(VG1)
• sincronizzazione con la rete anodica AC
• acquisizione sincronizzata delle grandezze elettriche
• protezione automatica contro sovracorrenti
• invio dati alla GUI Processing per la visualizzazione delle curve caratteristiche Il sistema è progettato per:
• valvole di potenza (EL34, KT88, 6L6, ecc.)
• piccoli segnali (ECC83, ECC82, EF86, ecc.)
tramite doppia modalità di sensibilità.

Il firmware utilizza un:
• LGT8F328P
• clock 32 MHz
• ADC nativo 12 bit
• riferimento interno 4.096V calibrato

La tensione negativa di griglia viene generata tramite:
• MCP4725 (12 bit I2C)
Il DAC controlla la polarizzazione della Griglia 1 (VG1).
La tensione massima negativa viene usata come stato di sicurezza.

La tensione anodica e ricavata da un trasformatore HT raddrizzata con un ponte e non filtrata e viene letta tramite:
• partitore resistivo 400k + 1k e inviata a un buffer MCP6002
Il segnale è acquisito dal canale: A0

La corrente anodica viene convertita tramite:
• shunt 10 Ω collegato sul ritorno del ponte
• doppio amplificatore NE5532
Sono disponibili due modalità:
POWER A1 G=2 Max 200ma
HIGH SENS A2 G=10 Max 40ma

Il firmware acquisisce anche:
Tensione Griglia Schermo Vg2
Corrente Griglia Schermo Ig2

La tensione anodica della valvola è ottenuta tramite:
Trasformatore HT
Ponte raddrizzatore e nessun condensatore di filtro
La valvola opera quindi con una tensione anodica pulsante sincronizzata con la rete.
La forma d’onda risultante è una tensione raddrizzata a:
100 Hz senza livellamento capacitivo.

Il sincronismo del firmware non viene derivato direttamente dalla HT anodica.
Viene invece utilizzato: un secondo secondario isolato da 24 VAC
presente sullo stesso trasformatore di alimentazione.

Il tutto è interfacciato con una GUI scritta in Processing della quale darò dettagli nelle successive puntate.

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Continuiamo con la descrizione del firmware.
Vantaggi della sincronizzazione separata
Questa architettura offre:
• isolamento galvanico dal circuito HT
• maggiore sicurezza
• riduzione del rumore
• trigger più stabile
• minore stress sui circuiti di ingresso MCU
Il firmware può così sincronizzare il campionamento con precisione senza collegamenti diretti alla
linea anodica ad alta tensione.

Sincronizzazione del campionamento
Ogni evento di zero-cross:
• avvia una nuova finestra di misura
• aggiorna la tensione di griglia
• sincronizza il campionamento ADC
Il sistema acquisisce quindi i campioni sempre nella stessa posizione della semionda anodica. Questo garantisce:
• ripetibilità
• stabilit àtemporale
• coerenza delle curve ottenute.

Sequenza di misura
Per ogni step della scansione:
1. Arrivo zero-cross
2. Aggiornamento tensione VG1
3. Attesa assestamento hardware (~50 μs)
4. Acquisizione sincronizzata di:
• Va
• Ia
• VG2 • IG2
5. Invio dati seriali
6. Preparazione step successivo

Configurazione ADC
Il firmware utilizza:
• ADC 12 bit
• Vref interna 4.096V
• prescaler ridotto per alta velocità
Le conversioni sono ottimizzate tramite:
analogReadRapido() che evita l’overhead della funzione Arduino standard.

Strategia di acquisizione
Per ogni semionda vengono acquisiti:
50 campioni a intervalli costanti di: 200 μs
coprendo circa: 10 ms
equivalenti a una onda completa a 100 Hz.

Modalità di misura POWER
Utilizzata per valvole di potenza. Caratteristiche:
• basso guadagno
• elevata dinamica
• alta corrente massima
Ingresso:A1

Modalità di misura HIGH SENS
Utilizzata per piccoli segnali. Caratteristiche:
• elevata sensibilità
• maggiore risoluzione sulle basse correnti
Ingresso:A2

Protezioni hardware/software
Il firmware implementa protezioni automatiche contro:
• sovracorrente anodica
• sovracorrente griglia schermo
• runaway termico
• clipping amplificatori

In caso di errore:
1. VG2 viene disattivata
2. VG1 viene portata alla massima interdizione
3. la scansione viene fermata
4. la GUI riceve un messaggio di allarme

Protocollo seriale
Comandi ricevuti
S Avvio scansione
X Stop emergenza
H Modalità HIGH SENS L Modalità POWER
Z Ricalibrazione offset
T Test manuale VG1

Formato dati inviati
Per ogni step viene trasmesso:
VG1 : Va,Ia,VG2,IG2 ; ... contenente tutti i campioni acquisiti.

Calibrazione
All’avvio il firmware esegue:
calibrazione offset corrente tramite acquisizione a vuoto del rumore residuo analogico.
Questo permette:
• azzeramento termico
• compensazione offset NE5532

E per finire
Filosofia progettuale
Il firmware è progettato per:
• sincronizzazione reale con la rete
• massima protezione della valvola
• timing deterministico
• elevata velocità di acquisizione
• semplicità hardware
• compatibilità con GUI esterna
L’intero sistema è ottimizzato per ottenere curve caratteristiche stabili e ripetibili con hardware economico basato su LGT8F328P.

Nei prossimo POST presenterò la GUI