Capacimetro Digitale con Arduino

di Stefano Lovati

Questo progetto si rivolge non soltanto a chi muove i primi passi nell’affascinante mondo dell’elettronica, ma anche a chi desidera dotare il proprio laboratorio di uno strumento utile, semplice da costruire e facile da usare. Il progetto prevede infatti la realizzazione di un economico capacimetro digitale, con uscita su display LCD e facilmente espandibile con l’introduzione della funzionalità autorange

I condensatori (di qualunque tipo, dimensione o capacità essi siano) sono dei componenti elettronici sempre presenti in un qualunque laboratorio dilettantistico e praticamente in ogni progetto. Se per alcuni tipi (soprattutto gli elettrolitici) l’individuazione del valore di capacità nominale risulta abbastanza agevole, per altri modelli di dimensioni più ridotte (si pensi ai ceramici o ai poliestere di piccolo valore) la situazione si complica e la lettura del valore a occhio nudo può risultare difficoltosa. Inoltre, capita spesso di avere tra le mani condensatori recuperati da precedenti progetti, con diciture poco comprensibili e di cui si vuole determinare con sufficiente precisione il valore di capacità. Lo strumento che ci viene in aiuto per soddisfare queste richieste è il capacimetro, magari meno attraente dell’oscilloscopio ma sicuramente altrettanto utile. Vediamo in questo articolo come realizzare un capacimetro DIY basato su Arduino e con uscita su display LCD. Il progetto proposto prevede inizialmente un’unica gamma di misura, ma come vedremo più avanti può essere facilmente modificato ed esteso includendo più gamme di misura.

Il progetto

Lo schema a blocchi del capacimetro, visibile in Figura 1, comprende tre componenti principali:
• un microcontrollore (MCU) sul quale viene eseguito il programma che calcola il valore della capacità incognita e gestisce la visualizzazione dei dati sul display. La scelta del dispositivo è ricaduta sulla scheda Arduino (modello Uno rev. 3 o similari), una piattaforma di prototipazione rapida largamente diffusa e particolarmente semplice da programmare. Arduino dispone inoltre di un ambiente di sviluppo integrato (IDE) liberamente utilizzabile, che consente di creare, compilare e scaricare sulla board il programma (sketch) senza bisogno di utilizzare un programmatore;
• un display LCD 16×2 con interfaccia parallela. Anche in questo caso siamo di fronte a un “classico” componente che, nonostante sia stato ormai soppiantato  in molte applicazioni dai display grafici ad alta risoluzione, è solitamente presente tra il corredo di componenti di ogni maker. Utilizzeremo la versione standard parallela del componente (quindi non quella dotata di interfaccia I2C), programmata tramite l’apposita libreria LiquidCrystal già incorporata nell’IDE Arduino;
• il circuito di misura (o, come si usa dire, di condizionamento del segnale), rappresentato da un tradizionale circuito RC serie.

Figura 1: schema a blocchi del circuito

Oltre ad Arduino Uno e al display LCD, gli altri componenti elettronici richiesti per la realizzazione del progetto sono rappresentati da resistenze e materiale vario per realizzare i collegamenti (cavetti jumper/Dupont, boccole oppure pinzette a banana). Il prototipo del circuito è stato assemblato utilizzando una normale breadboard, mentre per la versione finale (tenendo conto che le tensioni e frequenze in gioco sono bassissime) si può allestire una basetta millefori e includere il tutto in un comodo contenitore.

Principio di funzionamento

Anche se non è nostra intenzione annoiare troppo il lettore con formule matematiche più o meno complesse, dobbiamo richiamare qualche semplice nozione di fisica (o, più precisamente, di elettrotecnica) riguardante il processo di carica di un condensatore. Si consideri a questo proposito il circuito rappresentato in Figura 2, in cui il condensatore C fa parte di un circuito RC serie in cui, all’istante iniziale t0, viene applicata