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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Strom und Spannung messen (Netzteil) mit Atmega8


Autor: Sascha Dürkes (plutoonline)
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Hallo,
ich möchte mein Labornetzteil ein bischen Aufpeppen und Strom und 
Spannung über einen Atmega 8 messen und Über ein LCD und RS232 ausgeben.
Die Werte sollen über 2 AD-Wandler des Atmegas mit 10Bit Auflösung 
eingelesen werden.
Der Spannungsbereich bewegt sich zwischen 0-30Volt und der Stom zwischen 
0-3Amper.

Jetzt zu meiner eigentlichen Frage wie muss ich die Schaltung aufbauen 
um Strom und Spnannung zu messen ohne das der Ausgang des Netzteils 
irgendwie belastet wird.
Bei der Spannungsmessung muss ich wohl einen Spannungsteiler einbauen 
der mir die 0-30 Volt auf die maximalen 5Volt bzw. 254Volt für den 
AD-Wandler bringt.
Bei Strom steh ich da voll im Dunkeln.
Klar ist, dass der Strom über den Spannungsabfall an einem Kleinen 
Widerstand gemessen werden muss.

Es wäre Toll wenn mir jemand da Weiterhelfen könnte.

Autor: Jochen S. (jochen_s)
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Hi
eigentlich ist du alle Antworten schon selbst gegeben, Spannungsmessung 
ist so korrekt allerdings drauf achten das der Spannungsteiler möglichst 
grosssen Gesammtwiderstand aufweisst, da er sonst den Ausgang belasten 
würde. Den Strom misst man am einfachsten mittels eines Shunts der in 
Reihe zur Last liegt auch korrekt allerdings ist hier ein möglichst 
kleiner Widerstand zu verwenden, da sonst der Spannungsabfall im Shunt 
zu gross wird (5 Volt von 30 da bleibt ja nix mehr) ausserdem entsteht 
Verlustleistung. Darum wirst du einen OP-Verstärker bemühen müssen, der 
die Spannung am Shunt um eventuell Faktor 10 vergrössert um in wieder 
einlesen zu können (AD-Wandler).

Beispiel: 3A sollen gemessen werden=> maximaler Spannugsabfall im Shunt 
0,5V=> R=U/I=0.5V/3A=0,166 Ohm Verlustleistung sind hier immerhin noch 
P=U*I=0,5V*3A=1,5W

Jochen

Autor: Jochen (Gast)
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Hallo Sascha,

schau dir mal diese Schaltung an, könnte passen.

http://www.electronics-lab.com/projects/test/022/index.html

Ich habe sie aber nicht zum laufen gebracht, die Spannung wurde nicht 
richtig angezeigt und es war kein Quellcode dabei um die 
Auswertesoftware zu ändern.


Gruß
Jochen

Autor: Ulrich P. (uprinz)
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Hi!

Schau mal bei ALLEGRO MICROSYSTEMS nach. Die haben Stromsensoren als 
kleine Chips (SO8 / D2Pack) die Ströme zwischen 0..5A oder 0..20A messen 
und gleich in eine adäquate Spannung umwandeln. Hier ist ggf. nur ein 
Spannungsteiler erforderlich um deren 0..5V auf 0..2,5V herunter zu 
brechen. Bausteine kosten 3-6€ und sind u.a. bei Farnell gelistet, 
sollten aber auch anderswo zu finden sein.
Die älteren Bausteine haben noch 10% Toleranz, die neueren sind da um 
etliches besser. Beide haben wir erfolgreich in großen Stückzahlen im 
Einstz.

Gruß, Ulrich

Autor: Sascha Dürkes (plutoonline)
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Hallo,

danke erstmal für Eure Antworten.

@Ulrich
Die Chips für die Strommessung von ALLEGRO MICROSYSTEMS sehen nicht 
schlecht aus, die würden mich sehr interessieren.
Hat jemand Erfahrung mit den Chips?
Kann man bie Farnell auch als Privatmann bestellen? oder gibt es noch 
andere Bezugsquellen? Ich hab bisher keine anderen finden können.


Welchen Strom braucht eigentlich der AD/Wandler vom Atmega8 das er noch 
zuverlässig Arbeitet?
Bei einem Spannungsteiler (für die Spannungsmessung) aus 250KOhm und 
50KOhm würden bei 30Volt  noch 100uA fliesen und bei 1Volt noch 3,3uA.
Ist dieser Strom ausreichend für den AD/Wandler, oder muss ich den 
Spannungsteiler anders Dimensionieren?

Autor: Sascha Dürkes (plutoonline)
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Hat niemand eine Idee?

Autor: Ulrich P. (uprinz)
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Hi!

Also Du kannst da als Privatmann bestellen. Aber beachte den 
Mindestbestellwert. Macht eventuell Sinn alles für Dein Projekt dort zu 
bestellen. Ist dann vielleicht geringfügig teurer als bei deinem 
HausUndHof-Lieferanten, aber billiger als einen Mindermengenzuschlag zu 
zahlen.

Wenn alle Strick reißen, dann schreib mir mal ne PM. Ich kann nix 
versprechen, aber vielleicht haben wir noch ein paar aus dem Projekt auf 
Lager.

Gruß, Ulrich

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Bevor du dir die Sensoren bestellst: Les das Datenblatt mal genau. Auf 
den ersten Blick sehen die gut aus, aber wenn man das mal genauer 
durchrechnet, dann haben die Sensoren einen ziemlich großen Messfehler.
z.B. der ACS712ELCTR-05B
185mV/A, macht 1mV/5,4mA.
Jetzt steht aber weiterhin im Datenblatt:
Noise: 21mV also 113,4mA (!!!)
Zero Current Output Slope: -0,26mV/°C macht -1,4mA/°C
Total Output Error: 1,5% also 75mA

Wenn man das mal zusammenzählt, dann ist der Sensor alles andere als 
genau...

Autor: Dirk (Gast)
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Hallo,

die Spannung misst du mit einem hochohmigen Spanngungsteiler der 
Gesamtwiderstand des Spannungsteiler sollte bei 1MOhm liegen. Conrad 
bietet extra verschiedene Pakete an z.B. 990k / 10k 0.1%

Die Strommessung wird mit einem Shunt (niedriger Widerstand) gemessen 
z.B. 2* 0,075mOhm. Der Widerstand muss natuerlich die noetige Leistung 
abkoennen. www.csd-electronics.de bietet einige im SMD Package an und 
zur Leistungserhoehung kannst du mehrere parallel schalten.

Der Spannungsabfall ueber den Shunt Widerstand sollte so niedrig wie 
moeglich sein, deshalb solltest du den Spannungsabfall über den Shunt 
verstärken. Die Messung über den Shunt Widerstand sollte eine 
Differentialmessung sein, deshalb empfehle ich Dir den INA138 o. INA168. 
Dieser Instrumentenverstärker misst den Spannungsabfall differential und 
über einen Widerstand kannst du den Spannungsabfall verstaerken. Die 
Anpassung für deinen AD Wandler Messbereich 0...5V vom Mega8 ist somit 
extrem simpel. Der INA138 / INA168 ist z.B. auf Anfrage bei 
www.csd-electronics.de für Privatanwender erhaeltlich.


Gruß,

Dirk

Autor: Ulrich P. (uprinz)
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Hi!

Die Sensoren sind in der Streuung nicht besonders gut. Aber man kann sie 
in der Software ganz gut abgleichen. Wir haben damit jedenfalls keine 
Probleme. Die neueren Sensoren sind preislich nur geringfügig teurer 
haben aber sehr viel bessere Werte. Habe deren Bezeichnung aber jetzt 
nicht griffbereit.
Sie stellen aber, wie jede analoge Schaltung, ein paar kleine 
Anforderungen an ihre Versorgung. Also gute Leiterbahnführung und 
saubere Stabilisierung sind ein Muss.

Aber wenn man sich das mal mit dem INA durchrechnet...
2% Toleranz des INA im worst case bei 25°C, dazu 1% Toleranz vom 
vorgeschlagenen Widerstand sind es immerhin 33mV, die er abweichen kann. 
Dabei fällt der INA nicht so ins Gewicht, sondern die 1% des 
Messwiderstandes werden mit einer Gain von 22 multipliziert ergo sind es 
22% Toleranz.

Ich gebe aber zu, dass man die fixe Toleranz eines Widerstandes besser 
ausgleichen kann, als unvorhersehbares Rauschen auf einem Ausgang.

Gruß, Ulrich

Autor: Maddin (Gast)
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eventuell kann man auch darüber nachdenken ein einfaches multimeter für 
3,95 zu benutzen...zweckentfremdung..

www.pollin.de -> 830 194

gruß,
m.

Autor: Wolfram Quehl (Gast)
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wozu braucht man denn die INAs? Im Mega8 ist doch schon ein 
Differenzverstärker enthalten. Warum kann man den nicht nehmen?

mfg

Autor: Dirk (Gast)
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>wozu braucht man denn die INAs? Im Mega8 ist doch schon ein
>Differenzverstärker enthalten. Warum kann man den nicht nehmen?

Die Ad Wandler vom Atmega8 sind Signle Ended und der Threadoeffner hat 
nicht gesagt welche Stromverbraucher er messen moechte wie z.B. erdfreie 
nicht erdfreie Verbraucher.

Ein Atmega16 hat differentiale Ad Wandler mit einstellbarer Verstärkung.

Hier werden Widerstandstoleranzen und Gain Fehler angesprochen, aber der 
Threaderoeffner hat nicht erwaehnt wie genau die Messung sein soll. Es 
gibt natuerlich Messwiderstaende 0,1% und die auch Temperaturkompensiert 
sind, aber werden diese benoetigt? Wenn man soweit ist dann muss man 
sich auch den AD Wandler anschauen und dieser ist bei dem Atmega sehr 
bescheiden.

Ultragenau wird es dann nur mit einem MSC1210 (24Bit AD Wandler) und gut 
designten Platine, aber werden solche Rahmbedingungen hier gefodert?

Gruß,
Dirk

Autor: Ulrich P. (uprinz)
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Hi Dirk!

Das hatte ich ja in meinem letzten Post schon angedeutet. Es ist als 
Lern-Projekt sicherlich anspruchsvoll und sollte vielleicht auch zu Ende 
geführt werden.
Aber wenn man einen 10-Bit ADC einsetzt und seinen Spannungsbereich voll 
ausschöpft, dann hat man eine Auflösung von ca. 2,5mV/Bit.
Jetzt kann man versuchen die Schaltung über geschirmte Kabel an die 
Messpunkte zu führen, dazu die Messschaltung gegen den Leistungsteil des 
Netzteiles entkoppeln bzw. schirmen. Separate Spannungsversorgung der 
Messschaltung zumindest über getrennte Wicklung vom Leistungsteil u.s.w.

In einem anderen Thread sind auch noch folgende Dinge empfohlen worden:
Blockkondensatoren für VCC/GND und AVCC/GND vorsehen. AVCC kann man aus 
VCC ableiten aber über 10mH Induktivität. AVCC auf kurzem Weg mit dem 
Spannungsregler verbinden aber nicht unter dem Prozessor hindurch 
führen.

Einfach mal hier schauen:
Beitrag "Re: Nervige Spannungsschwankungen (AVR) Akku vs ADC"

Gruß, Ulrich

Beitrag #2971990 wurde vom Autor gelöscht.

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