Forum

Hallo an alle,

ich habe mir ein weiteres Projekt zugelegt: Ich will mittels eines µC (ATmega8) eine Art Messgerät herstellen, das die Daten dann an den PC weitergibt zur Verarbeitung. Es soll Spannungen und Ströme messen können. Der Mega hat 6 ADCs on board (DIP-Gehäuse) und soweit wäre ja alles i.O.

Nun zu meinen Problemen:

1.) Ich würde gerne nicht Spannungen von 0 bis 5V sondern +/- 2,5V messen. Reicht dass, wenn ich die Masse (nach außen gesehen) an einen Spannungsteiler 1:1 und die Masse des ADCs an Masse hänge? Es fließt ja (fast) kein Strom bei der Spannungsmessung. Oder geht das schief?

2.) Wie kann ich am besten verhindern, dass keine Unzulässigen Spannungen am AVR anliegen? Mit Widerstand + 2 Dioden oder ist eine Zenerdiode besser oder noch was anderes? Wie sieht's mit ggf. auftretenden Spannungsspitzen aus?

3.) Wenn ich Spannungen > 2,5V messen will, muss ich diese durch einen Spannungsteiler jagen. Klar! Ich kann jetzt entweder über einen mechanischen Schlater verschiedene Spannungsteiler aktivieren, so dass am AVR eben nur die 2,5V ankommen. Ist aber doof, wenn die Spannung sich ändern kann, dann wäre das praktisch, wenn die Elektronik die Umschaltung selbst vornehmen könnte.
Ich weiß es gibt "digitale Widerstände", die per I2C o.ä. auf einen bestimmten Wert eingestellt werden können. Wenn ich aber u.U. mehr als 50V da anlegen will (eben dann mit 1:50 geteilt), dann wird so ein Chip auch irgendwann das zeitliche segnen.
Habt ihr hier eine Idee? Diskrete Widerstände mit Transistoren/FETs + ggf. Optokoppler?

4.) Jetzt mal zum Strom: Ich dachte daran, eine Art Überträger aus Ferrit-Ring und einer "Spule geriner Windungszahl" (eine Schleife) zu bauen, die den zu messenden Strom führt. Durch eine 2. etwas öfter gewickelte Spule sollte ich dann wieder auskoppeln können. Das Signal muss ich dann vermutlich durch einen Verstärker jagen und dann in einen Integrator (mit OpAmp und Kondensator (PS: Welchen Typ nehme ich da am besten?)).
Ggf. wäre auch hier die Frage, ob der µC die Verstärkung einstellen kann.
Warum ich hier über die magnetisch entkoppelte Übertragung arbeiten will: Wenn ich einen Strom "irgendwo" in der Testschaltung messen will und gleichzeitig eine Spannung messen (ich hab ja 6 ADC-Eingänge) will, kann es sonst zu einem Kurzschluss oder zumindest Problem mit der Masse kommen.
Ist es sinnvoll auch hier el. Sicherungsschaltungen einzubauen? So was in der Art wenn der Strom zu hoch wird, soll die Messschaltung parallel kurzgeschlossen werden. Ich denke halt mal, dass sich das nicht wirklich lohnen wird. Eine einfache (Fein-) Sicherung o.ä. sollte da doch reichen, oder?

5.) (Eigentlich nicht ganz passend) Spannungsverdopplung
Ich hab zudem noch das Problem, dass ich KEINE symmetrische Spannungsversorgung zur Verfügung habe; für die invertierenden Amps brauche ich die aber. Gibt es da eine Möglichkeit entweder eine Spannung "nach unten" hin zu verdoppeln oder eben eine "Zwischenspannung" (bei 1/2 U0) als imaginäre Masse zu erzeugen?

Danke schon mal im Voraus
Christian

PS: Sollte ich hier was fragen und ihr euch denken: "So ein Idiot, der weiß aber auch gar nix", ich wäre euch trotzdem verbunden, wenn ihr mir dann zumindest einen Anhaltspunkt geben würdet, vllt. komm ich dann teilweise selber auf die Themen.

--
MfG
Christian

Also eine OP-Schaltung mit Differenzeingängen, die z.B. auch +/- 100Volt offset gegen deine Masse des ATMEgas haben darf. Hab ich mal nach einer NS-Applikation nachgebaut. (wenn du nicht gerade MHz messen willst, aber dann kommst du mit dem µP eh nicht mehr klar.)

Damit kriegst du auch deine 2,5V Offset hin.

Und den Schutz deines µP's gegen zu hohe Eingangsspannungen. Ne kleine Spannungsversorgung mit +/- 10V musst du allerdings spendieren.

So, und wenn du nun einfache pos. Spannungen messen willst, dann legst du den Minus-Eingang auf Masse und der Plus-Eingang ist deine "Meßspitze".

Bei +/- 2,5V Messung legst du den Minus-Eingang auf -2,5V. (die neg. Betriebsspannung hast du ja sowieso, nicht gerade nur nen Spannungsteiler oder miese Z-Diode zur Erzeugung der 2,5V nehmen).


Strommessung: kleinen Widerstand irgendwo in den Stromkreis legen und Plus und Minuseingang des Differenzverstärkers dran. Dank der Gleichtaktunterdrückung darf dieser Widerstand auch in der +50Volt Leitung des zu testenden Gerätes liegen.

» Reicht dass, wenn ich die Masse (nach außen gesehen) an einen
» Spannungsteiler 1:1 und die Masse des ADCs an Masse hänge? Es fließt ja
» (fast) kein Strom bei der Spannungsmessung. Oder geht das schief?

Murksidee, bei swehr niederohmigen Spannungsmessungen (und Potentialtrennung) KÖNNTE das halbwegs genau funktionieren.

» 2.) Wie kann ich am besten verhindern, dass keine Unzulässigen Spannungen

s. o

» am AVR anliegen? Mit Widerstand + 2 Dioden

Das z.B. am Ausgang des OP's / Eingang des µC

» 3.) Wenn ich Spannungen > 2,5V messen will, muss ich diese durch einen
» Spannungsteiler jagen. Klar! Ich kann jetzt entweder über einen
» mechanischen Schlater verschiedene Spannungsteiler aktivieren, so dass am
» AVR eben nur die 2,5V ankommen. Ist aber doof, wenn die Spannung sich
» ändern kann, dann wäre das praktisch, wenn die Elektronik die Umschaltung

Ist bei deinem Multimeter auch nicht anders. OK, da gibts Autorange. Aber das kannst du ja mit Relais vom µC geschaltet ebenfalls machen.

» 4.) Jetzt mal zum Strom: Ich dachte daran, eine Art Überträger aus
» Ferrit-Ring

Das geht aber nur mit AC. Und der µC mag nur DC. Oder wolltest du die 50Hz Netzfrequenz mit 1KHz oder mehr abtasten und dein "AC-RMS" in Software ausrechnen?

» Wenn ich einen Strom "irgendwo" in der Testschaltung messen will und
» gleichzeitig eine Spannung messen (ich hab ja 6 ADC-Eingänge) will, kann
» es sonst zu einem Kurzschluss

Deshalb die vorgeschlagene Differenzverstärkerschaltung (natürlich für jeden Kanal eine) Dann misst du zwischen den Kontakten des jeweiligen Kanals genau die DIFFERENZ-spannung. Und der nächste Meßganal kann irgendwo anders liegen (solange keine Spannungsdifferenzen > 100V auftreten.

» 5.) (Eigentlich nicht ganz passend) Spannungsverdopplung
» Ich hab zudem noch das Problem, dass ich KEINE symmetrische
» Spannungsversorgung zur Verfügung habe; für die invertierenden Amps
» brauche ich die aber. Gibt es da eine Möglichkeit entweder eine Spannung
» "nach unten" hin zu verdoppeln oder eben eine

Sicher, gibts IC's zu. Aber warum nicht nen kleinen Minitrafo 230/9+9Volt und Plus/Minus Spannugnsversorgung?

Oder kauf dir gleich nen passendes Mehrkanal Meßmodul mit USB Anschluss und Meßsoftware.

hws

1)Mit dem Atmega kannst du keine negativen Spannungen messen.
Du könntest:
-Einen externen ADC nehmen
-2 Atmega's nehmen, einen für positive und einen für negative Spannungen. Die beiden könnten dann über Uart kommuniziren(Leitung durch Optokoppler galvanisch trennen)
-einen Addierer bauen, der deine Spannung positiv macht

Zum Schutz von Eingängen gibts nen Elektronik minikurs:
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/ovprot.htm

Ich weiß nicht, ob es programmierbare lasten gibt, die so hoch belastbar sind. Die die ich kenne, kann man maximal bis zur versorgungsspannung(glaub 5V) belasten. Kann aber durchaus sein, dass es auch andere gibt.

Für die negative Spannung gibt es entweder invertierende Ladungspumpen oder invertierende Boostkonverter.
Die Ladungspumpe kannst dir auch selbst mit nem NE555 oder wenn nicht viel leistung benötigt wird, direkt mit dem Atmega bauen.
http://www.holger-klabunde.de/dcdc/picdcdc.htm

Gruß Enton

--
Da säuft man den ganzen Tag und wird trotzdem nicht für voll genommen

Hallo,

Das mit dem "Vorverstärker" war auch so gedacht. Ich weiß nur nicht, welche Komponenten ich da nehmen kann, damit ich das alles hin bekomme, wie ich das gerne hätte.

» Also eine OP-Schaltung mit Differenzeingängen, die z.B. auch +/- 100Volt
» offset gegen deine Masse des ATMEgas haben darf. Hab ich mal nach einer
» NS-Applikation nachgebaut. (wenn du nicht gerade MHz messen willst, aber
» dann kommst du mit dem µP eh nicht mehr klar.)

Nee, ich dachte eher an einige kHz (das geht) oder eben digital bis in den MHz-Bereich.

Ein Problem bleibt mir dennoch. Ich hab mal ein bisschen die Kompendien zum richtiger Diff-Verstärker überflogen (werde sie wohl nächste Woche mal durcharbeiten), aber da ist mir was aufgefallen: Der arbeitet ja mindestens mit einer Verstärkung von 1+x, wenn ich eine effektive Spannung von 50V messen will (z.B. ein Sin-Signal, das eine Amplitude von 50V hat), erzeugt mir dieser Differentialverstärker auch "nur" eine Spannung von +/- 50V gg GND. Siehe dazu auch mein ursprünglicher Punkt 3) Spannungsteilung.
Macht das überhaupt der OpAmp mit? V.a. weil ich will ja, wenn die Schalung funktioniert, vllt. auch bis auf 380V erweitern, weil ich will ggf. mal eine Netzfrequenz "angucken". Das aber nur als aufgeschoben aber nicht zu ignorieren.

» Damit kriegst du auch deine 2,5V Offset hin.
Muss ich mich erst genau einlesen, sollte aber gehen.

» So, und wenn du nun einfache pos. Spannungen messen willst, dann legst du
» den Minus-Eingang auf Masse und der Plus-Eingang ist deine "Meßspitze".
»
» Bei +/- 2,5V Messung legst du den Minus-Eingang auf -2,5V. (die neg.
» Betriebsspannung hast du ja sowieso, nicht gerade nur nen Spannungsteiler
» oder miese Z-Diode zur Erzeugung der 2,5V nehmen).
Bei beiden Abschnitten: Welchen Minus-Eingang meinst du? Den AGND (ADC-GND) vom Mega, oder? Wie hole ich mir die +/-2,5V dann her? (Ich meine, wenn ich eine +/- 9V-Versorgung vom Netz her habe?)

» Strommessung: kleinen Widerstand irgendwo in den Stromkreis legen und Plus
» und Minuseingang des Differenzverstärkers dran. Dank der
» Gleichtaktunterdrückung darf dieser Widerstand auch in der +50Volt Leitung
» des zu testenden Gerätes liegen.
Das hört sich seeeeehr gut an, super! Einziges Thema ist halt die max. Offset-Spannung von 380V gg GND.

» » Reicht dass, wenn ich die Masse (nach außen gesehen) an einen
» » Spannungsteiler 1:1 und die Masse des ADCs an Masse hänge? Es fließt ja
» » (fast) kein Strom bei der Spannungsmessung. Oder geht das schief?
»
» Murksidee, bei swehr niederohmigen Spannungsmessungen (und
» Potentialtrennung) KÖNNTE das halbwegs genau funktionieren.
siehe oben, oder?

» Ist bei deinem Multimeter auch nicht anders. OK, da gibts Autorange. Aber
» das kannst du ja mit Relais vom µC geschaltet ebenfalls machen.
Genau an so ein Autorange dachte ich (wusste nur nicht wie's heißt). Aber ich wüsste nicht, dass da ein Relais klappern würde, wenn das den Berich umstellt, oder?

» » 4.) Jetzt mal zum Strom: Ich dachte daran, eine Art Überträger aus
» » Ferrit-Ring
»
» Das geht aber nur mit AC. Und der µC mag nur DC. Oder wolltest du die 50Hz
» Netzfrequenz mit 1KHz oder mehr abtasten und dein "AC-RMS" in Software
» ausrechnen?
??? Stop, für mich zum mitschreiben: Soweit ich weiß, ist die induzierte Spannung in der "Sekundärwicklung" proportional zur Ableitung des Stromes in der "Primärwicklung". Wenn ich das Signal also integriere, sollte ich einen genauen und explizieten Wert für meinen Strom bekommen, egal ob AC oder DC. So hat mir das mein Physik-Prof zumindest versucht klarzumachen.
Ich weiß nur nicht, wie genau ich da rankomme, vermutlich brauche ich für Messungen < 50mA die direkte Methode mit dem Einbau eines Shunts und Messung der Spannung über einen Diff-Amp.

» Oder kauf dir gleich nen passendes Mehrkanal Meßmodul mit USB Anschluss
» und Meßsoftware.
hab ich mir auch schon überlegt, aber dann ist doch der Spaß weg, oder ? Nein im Ernst, ich wollte mal sehen, was ich da hinbekomme, bevor ich mir wirklich so ein Ding zulege. Ist so ein Projekt von der Art "völlig Aberwitzig, aber wenn ich's hinbekomm, bin ich stolz".

Danke, das war schon mal eine sehr gute Hilfe mit dem Differenzverstärker. Ich kannte die Schaltung mit dem dreifachen OpAmp nicht, nur eben die mit dem einfachen.

Christian

--
MfG
Christian

» Das mit dem "Vorverstärker" war auch so gedacht. Ich weiß nur nicht,
» welche Komponenten ich da nehmen kann, damit ich das alles hin bekomme,
» wie ich das gerne hätte.
Schaust du bei NS (National Semiconductor) nach der entsprechenden AN (Application Note) Wenn ich Montag in der Firma bin, kann ich dir die Nummer nennen.

» Nee, ich dachte eher an einige kHz (das geht) oder eben digital bis in den
» MHz-Bereich.

Wie soll das mit dem AD Wandler im Atmel gehen? Vernünftigerweise muss die Abtastfrequenz 10 mal so hoch sein, wie die zu messende Frequenzz.

» Der arbeitet ja mindestens mit einer Verstärkung von 1+x

muss nicht

» wenn ich eine effektive Spannung von 50V
» messen will ... erzeugt
» mir dieser Differentialverstärker auch "nur" eine Spannung von +/- 50V

Der wird dir nicht mehr ausgeben, als seine Versorgungsspannung ist.

» Schaltung funktioniert, vllt. auch bis auf 380V erweitern

Back to basics - mach das mal erst mit kleineren Spannungen. Danach kannst du die 380 Volt mal überdenken. (korrekt wären das neuerdings 400Volt, was in den Sinusspitzen etwa 560V ergäbe)


» Bei beiden Abschnitten: Welchen Minus-Eingang meinst du?

Der erwähnte Differenzverstärker hat einen Plus und Minus Eingang. Die ~100Volt Gleichtaktspannung macht aber nur diese spezielle NS-Schaltung, nicht die einfache Prinzipschaltung eines Differenzverstärkers.


» Das hört sich seeeeehr gut an, super! Einziges Thema ist halt die max.
» Offset-Spannung von 380V gg GND.

jetzt fummel erstmal nicht mit deinem PC und dem Atmel am Starkstrom rum. Probier das erstmal an "Batterieschaltungen"


» Genau an so ein Autorange dachte ich (wusste nur nicht wie's heißt). Aber
» ich wüsste nicht, dass da ein Relais klappern würde, wenn das den Berich
» umstellt, oder?

Nein, die machen das "elektronisch" im Mess-IC. Aber mit Relais ist es verständlicher. Wenn du meinst, du kriegst das auch elektronisch hin, kannstes ja mal versuchen.

» ??? Stop, für mich zum mitschreiben: Soweit ich weiß, ist die induzierte
» Spannung in der "Sekundärwicklung" proportional zur Ableitung des Stromes

Jooo eigentlich schon. Und bei Gleichstrom? die Ableitung einer Konstanten ist was???

» Wert für meinen Strom bekommen, egal ob AC oder DC
Da würde ich mal ganz leise nochmal die Grundlagen nachlesen. Gleichstrom über Trafo geht nicht.

hws

Suche bei NS nach der AN31.

Auf Seite 10 findest du "Instrumentation Amplifier with +/- 100 Volt Common mode Range".

Jetzt noch die 2,5V offset dazu und den Verstärkungsfaktor passen - und du hast das, was du benötigst.

hws

» 4.) Jetzt mal zum Strom: Ich dachte daran, eine Art Überträger aus
» Ferrit-Ring und einer "Spule geriner Windungszahl" (eine Schleife) zu
» bauen, die den zu messenden Strom führt. Durch eine 2. etwas öfter
» gewickelte Spule sollte ich dann wieder auskoppeln können.

Wenn Du damit auch Gleichströme messen willst, musst Du
zusätzlich den Magnetfluss messen, z.B. mit einem Hall-
sensor und ihn über die zweite Wicklung kompensieren.
der Strom in der zweiten Wicklung entspricht dann dem
Strom in der ersten und kann so potentialfrei gemessen
werden. Da eine solche Schaltung etwas komplizierter wird,
würde ioch da aber eher ein Fertiggerät empfehlen.
Gruss
Harald