Messen einer wechselnden Spannung

[Stefan Holzer (Gast)]

Hallo,

ich möchte die Spannung an einem Messwiderstand messen, wobei sich
allerdings die Polung der Spannung ändern kann (keine Wechselspannung;
Spannung ändert sich unregelmäßig in größeren Zeitabständen).


                                    Messwiderstand
                          __           __
 wechselnd VCC / GND  ---|___|---------|___|---  wechselnd GND / VCC

                      Verbraucher


Gemessen werden soll die Spannung mit dem A/D-Wandler eines
Mikrocontrollers (ATmega8).

Hat jemand eine Idee, wie man dies realisieren kann?

mfg
Stefan Holzer

[Patrick (Gast)]

Hallo Stefan,

wie kann sich denn GND einer Schaltung verändern?

[Stefan Holzer (Gast)]

Hallo,

das ganze ist eine Motorsteuerung, wobei der Motortreiber (L293) die
Spannung umpolen kann.

mfg
Stefan

[müllo (Gast)]

Wenn ich Dich richtig verstehe, geht's um das Problem der Verarbeitung
von negativen Spannungen bei einer unipolaren Spannungsversorgung.

- Abgriff der Spannung über den Shunt
- Weitergabe an einen Operationsverstärker als Differenzverstärker
- Betriebsspannung des OPV auf die des ADU (z.B GND und Vcc=5V)
- Referenzeingang des OPV auf halbe Betriebsspannung (2,50 Volt)
- Verstärkung des OPV (und Größe des Shunt) so wählen, dass die
maximalen Spannungen innerhalb 2V liegen
-> fließt der max. negative Strom --> bringt OPV 2.50V + 2.00V = 4.50V
-> fließt der max. positive Strom --> bringt OPV 2.50V - 2.00V = 0.50V
- jetzt kannst Du über den ADU die zugehörigen diskreten Werten
errechnen
- Du kannst die Messleitungen vom Shunt zum OPV auch drehen, um die
invertierende Wirkung des Differenzverstärkers zu umgehen

Ich hoffe, ich konnte helfen...

cu müllo

[Stefan Holzer (Gast)]

Hallo,

hab das ganze wohl etwas missverständlich formuliert. Wie gesagt, das
ganze ist eine Motorsteuerung, wobei der Motor mit 9 V betrieben wird
(VCC war hier als Bezeichnung wohl schlecht gewählt).

Ich hab mir jetzt das ganze folgendermaßen gedacht, sobald die Spannung
umgepolt wird, misst der A/D-Wandler nicht mehr die Spannung, die am
Messwiderstand abfällt, sondern die Spannung am Verbraucher (Motor),
was hier etwa 8...9 V sein sollten.

Die Frage ist nun, wie ich es auch nach dem Umpolen der Spannung
schaffe, die Spannung am Messwiderstand (und nicht am Verbraucher) zu
messen.

mfg
Stefan

[Patrick (Gast)]

Hallo Stefan,

müllo's Vorschlag klingt schon perfekt. Den Differenzverstärker hatte
ich auch schon im Kopf, als ich die erste Verständnisfrage gestellt
hatte. Allerdings wird dir der Moter eine Menge 'Rauschen' erzeugen.
Da solltest du Werte auf eine gute Entstörung des Motorstranges legen

[müllo (Gast)]

Der Differenzverstärker misst nur die Spannung zwischen den Klemmen


----|---Shunt---|---
    |           |
    |           |



(wer viel misst, misst Mist :)) )

[Branko (Gast)]

R1 ist Shunt wiederstand bis 1 ohm ,und egal welche Polarität
auf Verbraucher ist,Spannung auf R1 ist immer Positiv.

[Stefan Holzer (Gast)]

Hallo,

erstmal danke für die Vorschläge.

@Branko:

Vielleicht sollte ich die vorliegende Motorsteuerung noch etwas
konkretisieren. Mit Hilfe des L293D werden 2 Motoren (über PWMs)
gesteuert. Es sollten nun auch die Ströme der Motoren jeweils einzeln
gemessen werden. Bei deiner Schaltung würde aber, zumindest soweit ich
das sehe, der Strom beider Motoren und des Treibers gemessen (bzw. die
entsprechende Spannung an dem Shunt).

@müllo

Leider hab ich noch nicht allzu viel mit Operationsverstärkern gemacht,
allerdings hab ich mal versucht das ganze mit PSpice (MicroSim) zu
simulieren (entsprechende Schaltung im Anhang). Sofern ich statt 5 V
als Betriebsspannung für die Operationsverstärker 10 V oder mehr
verwende, funktioniert das auch wunderbar. Wenn ich allerdings 5 V
verwende, funktioniert das nur, wenn die Spannung umgekehrt wie auf der
Schaltung zu sehen gepolt ist oder die Spannung, die am Motor abfällt,
geringer als 5 V ist.

Hab ich da einfach nur was übersehen oder gibt es da andere Gründe
dafür?

mfg
Stefan

[Stefan Holzer (Gast)]

@müllo nochmal

Um noch zu konkretisieren, was bei 5 V Betriebsspannung "nicht
funktioniert". Die Spannung am Ausgang des letzten
Operationsverstärkers (die dann auch mit dem A/D-Wandler gemessen wird)
ändert sich erst wenn die Spannung, die am Motor abfällt, unter 5 V
sinkt.

mfg
Stefan

[müllo (Gast)]

Ich vermute, dass der LM324 nicht für 5V geeignet ist. Dann nimm einfach
eine höhere Betriebsspannung je nach Verfügbarkeit (+15V und GND) und
lege Uref auf 7,5V (bei Spannungsteiler die Strombelastung beachten).
Zusätzlich ein Blick ins Datenblatt werfen, um den OPV nicht zu
zerschießen.

Ich habe mal kurz meine Idee in MicroCap gehackt und hoffe, es passt
so. Kurz zur Erörertung meiner Dimensionierung. Die Referenzspannung
sollte ca. bei der Hälfte der Betriebsspannung liegen.
(1) für eine symmetrische "Auslenkung" der Ausgangsspannung um die
Uref
(2) max. Ausgangspannung ist von der Betriebsspannnung abhängig (man
sollte hier einen Abstand von ca. 0,5V bis 1,0V lassen -> Datenblatt)

Je nach Wahl Deiner Spannungsversorgung und Größe des Mess-Shunt musst
Du natürlich die Verstärkung des Differenzverstärkers anpassen. Anbei
noch ein Link zu OPV: http://www.abe-si.de/ET/opv.html

Ich habe für die 5V-Spannungsversorgung einen OPV von Analog Devices
(AD8651) genommen und es hat sehr gut funktioniert. Der dürfte für eine
private Anwendung zu "dick" und teuer sein.

Viele Grüße
müllo

[Hartmut Gröger (Gast)]

Hallo Stefan

Du könntest nach dem Shunt einen Vollweggleichrichter einfügen.
Der Aufwand ist 1 OV, 2 Widerstände und eine Diode.Der OV wird mit
einfacher Betriebspannung betrieben.Im Moment fällt mir alledings
kein OV-Typ ein. Die Schaltung ist aber in den Datenblättern von
vielen gängigen OV enthalten.

Viele Grüße
Hartmut

[Arno (Gast)]

Wenn es sich nur um einen Motor handelt, misst man am einfachsten den
Strom in der VCC2 Versorgung. Dieser Strom hat immer die gleiche
Richtung und kann auch einfach mit einem Differenzverstärker auf ein
für den ADC passendes Potential umgesetzt werden. Da der L293 ja wohl
über einen Controller angesteuert wird, müsste dieser ja "wissen",
welche Drehrichtung der Motor hat. Den Eigenverbrauch kann man
rausrechnen.

[Stefan Holzer (Gast)]

Hallo,

@müllo
danke, mit der von dir angehängten Schaltung funktionierts auch mit dem
LM324 und einer Betriebsspannung von 5 V.

@Hartmut Gröger
Werd mir deinen Vorschlag nochmal genauer anschauen und simulieren,
danke.

@Arno
Sind 2 Motoren, sonst wärs aber ne gute Möglichkeit, das zu
bewerkstelligen.

mfg
Stefan