Hallo Leute,
bitte seid gnädig (bin im ersten Semester).
Ich bastle jetzt das erste mal und bin auf ein Problem gestossen, dass
ich nicht lösen kann.
Es geht vereinfacht um die Schaltung im Anhang. Wie zu sehen ist der
Messspannungsteiler galvanisch vom uC getrennt. Jetzt hab ich (mit
meinen theoretischen Überlegungen) das Problem, dass ich die Spannung ja
gar nciht messen kann, weil zwei unterschiedliche Bezugspunkte da sind?!
Richtig? Man kann doch an dieser Stelle einen Optokoppler nehmen, oder?
Das wäre dann aber teuer. :( Geht das überhaupt? Geht das möglichst
einfach (hab nur n Steckbrett, paar Cs, ein paar Rs und nen AtMega)?
Danke euch schon mal im Voraus ;)
Steffen schrieb:> Wie zu sehen ist der Messspannungsteiler galvanisch vom uC getrennt.
Ganz getrennt ist für Analogsignale nicht sonderlich schön. Was hält
dich davon ab, den µC auf der anderen Seite der galvanischen Trennung zu
plazieren und die Messwerte über eine serielle Schnittstelle per
Optokoppler auf digitalem Weg in die andere Hälft der Welt zu
übertragen.
Steffen schrieb:> Man kann doch an dieser Stelle einen Optokoppler nehmen, oder?> Das wäre dann aber teuer.
Das kommt drauf an, welchen Maßstab du anlegst. Bei einem
FWW-Optokoppler, z.B. dem 6N137 bist du mit 0,7€ im Geschäft.
Steffen schrieb:> dass ich die Spannung ja gar nciht messen kann, weil zwei> unterschiedliche Bezugspunkte da sind?!
Richtig, GND ist getrennt von GND2
> Man kann doch an dieser Stelle einen Optokoppler nehmen, oder?
Nein, Optokoppler übertragen keine Spannung.
> Das wäre dann aber teuer. :( Geht das überhaupt?
Es geht, aber nur noch teurer als mit einem Optokoppler.
Variante 1: Ein Trafo. Trafos transformieren aber nur Wechselspannung.
Also musst du deine zu messende Spannung erst mal in eine
Wechselspannung verwandeln, beispielsweise in dem du durch einen LMC555
eine Rechteckspannung draus machst, die schickst du in den Trafo, und an
der Sekundärwicklung des Trafos misst du dann deine Wechselspannung (was
bei Rechteck einfach ist wenn man zum richtigen Zeitpunkt mit dem
A/D-Wandler misst).
Leider braucht der LMC555 eine Versorgungsspannung zwischen 1.5V und 15V
die du aus deiner zu messenden Spannung anteilig erzeugen musst.
Alternative 2: Ein uC auf der zu messenden Seite bestimmt per
A/D-Wandler die Spanung, wandelt das in ein serielles Signal, und
schickt das serielle Digitalsignal über einen Optokoppler zum Empfänger,
wo ein uC das empfängt, der dann gar nicht selber messen muss. Dazu
brauchst du auch eine Versorgungsspannung auf der Seite, aber der du
messen willst. Wenn du die nicht per 7805 aus der zu messenden Spannung
machen kannst, musst du die dort per Trafo (isoliertem DC/DC Wandler)
zur Verfügung stellen.
MaWin schrieb:>> Man kann doch an dieser Stelle einen Optokoppler nehmen, oder?>> Nein, Optokoppler übertragen keine Spannung.
Was übertragen die dann? Ich dachte, dass das evtl. meine Lösung ist. Es
gibt doch analoge Optokoppler?!
Steffen schrieb:> MaWin schrieb:>>> Man kann doch an dieser Stelle einen Optokoppler nehmen, oder?>>>> Nein, Optokoppler übertragen keine Spannung.>> Was übertragen die dann?
Licht. Vorzugsweise Licht an/Licht aus.
> Ich dachte, dass das evtl. meine Lösung ist. Es> gibt doch analoge Optokoppler?!
Jaaa (gedehnt). Teuer und selten.
Über eine Isolationsbarriere überträgt man normal nur digitale Signale.
Du musst halt vorher die AD-Wandlung machen.
fchk
Steffen schrieb:> Es gibt doch analoge Optokoppler?!
Ärgerlich ist dabei, dass man bei denen viel Aufwand treiben muss, um
ein konstanten Übertragungsfaktor ("Verstärkung") zu erreichen. Digital
ist es wesentlich einfacher.
Aber vielleicht verrätst du erstmal, welche Genauigkeitsanforderungen du
hast und welche Abtastrate du benötigst.
Du musst den Prozess des Messens in zwei Schritte zerlegen.
1. Die Messung auf Potential "A".
2. Die Messwertübertragung zum Potential "B".
In dem Moment, in dem Du eine leitende Verbindung zwischen den zwei
Potentialen herstellst, ist es aus mit der Trennung. Schon das
Herstellen eines gemeinsamen Massepotentials erzeugt eine Verbindung.
Zur Übertragung des Messwertes gibt es viele Möglichkeiten.
U.a. Mit Licht (Optokoppler)
Induktiv (Transformator)
Funk (433MHz)
Über eine kapazitive Barriere
u.s.w.
Kapazitiv und induktiv schaffen aber eine Wechselstromverbindung. Kann
sein, dass das stört - möglicherweise aber auch nicht.
Noch was zum Thema Optokoppler.
Die in Optokoppler verwendeten Leuchtdioden unterscheiden sich
prinzipiell nicht von 08/15 LEDs.
Das bedeutet aber die Kennlinien (Helligkeit vs. Strom) sind extrem
krumm.
Man kann dies zwar, durch entsprechenden Schaltungsaufwand
zurechtbiegen, aber die Genauigkeit ist meist nicht gerade Umwerfend und
die Geschwindigkeit leidet. Ganz billig sind die Teile auch nicht.
Darüberhinaus gibt es noch ein paar Lösungen, die die Übertragunsmedien
verstecken bzw. integriert haben.
Steffen schrieb:> MaWin schrieb:>>> Man kann doch an dieser Stelle einen Optokoppler nehmen, oder?>>>> Nein, Optokoppler übertragen keine Spannung.>> Was übertragen die dann?
Für gewöhnlich Strom. Und weil die Primärseite eine (Infrarot) LED ist,
muß das zum einen Gleichstrom sein. Und zum anderen ist der Zusammenhang
zwischen Spannung und Strom auch mit Vorwiderstand eher nicht linear
(und ohne schon gar nicht).
Auf der Sekundärseite hat man entweder eine Fotodiode, die man wahlweise
im Kurzschluß (ziemlich linear) betreiben kann. Oder im Sperrbetrieb
(nichtlinear, aber empfindlicher). Oder es ist ein Fototransistor, der
auch wieder nichtlinear ist. Und außerdem langsam.
> Es gibt doch analoge Optokoppler?!
Nahezu alle Optokoppler sind analog. Allerdings sind sie weder
sonderlich linear, noch haben sie eine auch nur ansatzweise
vorhersagbare Stromverstärkung. Wobei man bei Optokopplern statt von
"Stromverstärkung" von CTR = current transfer ratio spricht.
Für lineare Anwendungen nimmt man i.d.R. ein Paar Optokoppler, um die
Nichtlinearitäten wegkompensieren zu können.
Angesichts des Preisverfalls bei µC mit eingebauten ADC ist es meist
deutlich preiswerter, auf der galvanisch getrennten Seite analog zu
messen und ein Digitalsignal zu übertragen.
Steffen schrieb:> Was übertragen die dann?
Licht.
> Ich dachte, dass das evtl. meine Lösung ist. Es> gibt doch analoge Optokoppler?!
Jaaa, die meisten Optokoppler könnte man auch im Analogbetrieb
verwenden. Nur solche mit empfängerseitigem Schmitt-Trigger oder gar
TRIAC würden entfallen. Wie aber schon von den anderen Teilnehmern
erwähnt, ist das ganze nicht sonderlich linear, was sich aber auch noch
mit Hilfe einer zuvor aufgenommenen Messkurve linearisieren ließe.
Optokoppler altern, d.h. insbesondere die Leuchtstärke der LED lässt im
Laufe der Zeit nach. Außerdem ist das Übertragungsverhältnis
temperaturabhängig.
Für die analoge Signalübertragung gibt es Optokoppler mit zwei
Fotodioden. Das Signal der einen Fotodiode wird dabei senderseitig in
den Gegenkopplungszweig eines Verstärkers aufgenommen. Ich empfehle Dir
einen Blick in die Datenblätter des Avago HCNR200 und Vishay IL300, um
Dich mit dieser Schaltungstechnik vertraut zu machen, auch wenn Du diese
Schaltungen für Deine reale Anwendung dann doch nicht verwenden
solltest. Insbesondere lernt man dabei auch einiges über die Einbringung
nichtlinearer Elemente in OP-Schaltungen.
Ein gewisser Kompromiss zwischen analoger und rein digitaler Übertragung
wäre noch die Nutzung von Pulsbreitenmodulation (PWM), bei der zwar mit
wertdiskreten Zuständen gearbeitet wird, aber die Pulsbreiten analog
sind. Hierbei muss man aber unbedingt auf die Steilheit der
Signalflanken achten. Gerade einfache Optokoppler besitzen eine sehr
starke Asymmetrie zwischen 0->1- und 1->0-Flanke.
Wenn Du etwas lernen willst, empfehle ich Dir durchaus ein paar
Experimente mit Optokopplern, bei denen Du die Eingangs- und
Ausgangssignale betrachtest. Für solche Experimente kann man das
Bezugspotential beider Seiten auch verbinden, um z.B. mit einem normalen
Oszilloskop zu messen.
Andreas Schweigstill schrieb:> Wie aber schon von den anderen Teilnehmern> erwähnt, ist das ganze nicht sonderlich linear, was sich aber auch noch> mit Hilfe einer zuvor aufgenommenen Messkurve linearisieren ließe.
Mit einer Messkurve wird das wohl nichts. Man braucht das ganze
Kennliniefeld über Eingangsspannung und Temperatur. Einen Optokoppler
analog ohne Regelung zu betreiben, hat mit Messen im Sinnen von
quantitativer Bestimmung eines Wertes eher weniger zu tun.
Wolfgang A. schrieb:> Andreas Schweigstill schrieb:>> []
Wenn Du meine Nachricht vollständig gelesen und verstanden hättest, dann
wüsstest Du, dass ich genau auf die von Dir erwähnten Punkte eingegangen
war. Durch Dein sehr selektives Zitieren hingegen versuchst Du nur, mir
das Wort im Mund umzudrehen.
Die Idee ist folgende: Es wird gemessen, wie lange der Kondensator C1
sich über R1 auflädt, bis er 2,5V erreicht hat. Dan schaltet der TL431
die LED des Optokopplers 2 ein, dessen Ausgang das Feedback Signal zum
Mikrocontroller leitet.
Um die Messung zu starten, wird zunächst der Kondensator C1 mittels
Optokoppler 1 entladen. Dann schaltet der Mikrocontroller die LED von
Optokoppler 1 wieder aus und misst die Zeit, bis das Feedback Signal auf
Low geht. Je höher die Spannung ist, umso schneller geht das.
Unbenannt.png
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