Strom Messung am ATMega2560

[Torsten A. (Gast)]

Hallo zusammen,

ich plane mit dem ATMega2560 eine Strommessung durchzuführen.

Allerdings habe ich noch einige Fragen zum Beschalten des Analogteils 
des Mikrocontrollers.

Die Versorgung AVCC würde ich mit derselben Spannung wie VCC betreiben, 
entkoppelt über ein LC-Netzwerk zur Unterdrückung von Störungen auf der 
Betriebsspannung (5V mit 10uH und 100nF). So korrekt?

Weiterhin habe ich im Datenblatt gelesen:
Internal reference voltages of nominally 1.1V, 2.56V or AVCC are 
provided On-chip. The voltage reference may be externally decoupled at 
the AREF pin by a capacitor for better noise performance.

Bedeutet, dass ich eine REF-Spannung abgreifen kann, wenn ich diese per 
Software aktiviere, aber wie funktioniert die Beschaltung mit dem 
Kondensator? Schließe ich da das eine Ende an den Pin AREF an und lege 
das andere auf Masse? Steh da etwas auf dem Schlauch :D

Oder ist auf diese intern generierten Spannungen eher weniger Verlass 
und ich sollte die AREF lieber mit einem Referenzspannungswandler wie 
z.B. dem REF3030 belegen? :)



Nächster Punkt wäre noch die differentielle AD-Messung, da ich Störungen 
vom Massepegel erwarte, würde ich einen Analogpin auf Masse schalten und 
per Software die Differenz zwischen den beiden Spannungen (einmal am 
Shunt und einmal gegen Masse) errechnen.
Der ATMega2560 kann das, soweit ich das richtig gelesen habe? ("14 
Differential input channels")


Mache das gerade zum ersten Mal, deshalb möchte ich mich etwas 
absichern, ob das so alles stimmt.. :)


Vielen Dank für eure Mithilfe


Torsten

[Torsten A. (Gast)]

Niemand?

[m.n. (Gast)]

Auf den ersten Blick erscheint ein ATmega2560 für eine einfache 
Strommessung leicht überdimensioniert, daher solltest Du vielleicht 
schreiben, warum dieser AVR.
Ferner: wie sieht Deine Meßschaltung aus?

Die interne Vref eines AVR kannst Du extern puffern und verwenden. Eine 
separate ext. Referenz ist nicht zwingend notwendig.

Der ATmega hat intern einen ADC mit nur 10 Bit. Wenn Du 
Differenzmessungen machen möchtest, sieh Dir die Daten des ADC dazu an. 
In der Regel verschlechtert sich das Ergebnis, falls man noch einen 
Verstärkungsfaktor braucht.

Zeig Deine Schaltung und schreibe, wie genau die Meßergebnisse gebraucht 
werden.

[Thomas (kosmos)]

Du kannst in deinem Programm festlegen welche Referenzspannung du nutzen 
möchtest. Entweder schaltet du intern auf 1,1V; 2,56 oder auf VCC. Eine 
weitere Möglichkeit ist es extern eine andere Referenzspannung 
anzulegen. Aber aufpassen was man eingestellt hat wenn man extern was 
anlegt. Egal welche Möglichkeit du nutzt solltest du zw. Ref Pin und GND 
einen Kerko rein machen um das Rauschen zu verringern. Am Referenzpin 
solltest du dann auch die Referenzspannung abgreifen können aber wozu 
sollte man das machen, denn hier sollte man möglichst nichts belasten 
sonst schwankt deine Reverenzspannung und beeinflusst das Ergebnis.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Shunt Spannungen sollte man verstaerken wenn man etwas Aufloesung will. 
zB  mal 20, oder so. Und zwar extern. Ein kleiner RRIO OpAmp mit 
niederem Offset macht das.

Ja, AREF mit einem 100nF auf AGND. Die Referenzspannung brauchst du 
extern nicht. Wozu ?

[Torsten A. (Gast)]

Hi,

super, danke für die Antworten! :))
Der ATMega ist im Aruino verbaut, er erfüllt weit mehr Aufgaben, die 
Strommessung ist nur eine Nebensache.

Die Messschaltung sieht wie in der angehängten Zeichnung aus.
Auf dem Strang liegt insgesamt eine Spannung von 24V, davon sollen  bei 
einem Maximalstrom von etwa 1A ca. 0,24V am Shunt abfallen.
Bei einem Wert von 0,22Ohm würde bei 1A genau 0,220V abfallen.

Wählen würde ich dann die Vcc als Referenz, die Verstärkung liegt bei 
22,7 (5V / 0,22V) bei der nichtinvertierenden Schaltung.
V = 1 + R1/R2 => R1 = 21,7 * R2
R2 = 1,8k Ohm
R1 erforderlich => 39,06kOhm
gewählt: R1 = 39kOhm

Das sollte ausreichen.
Damit komme ich auf 4,986V hoch, sollten ganze 1A fließen.

Bei einer 10Bit Auflösung hätte ich somit eine Genauigkeit auf 1mA, was 
in diesem Fall gut ausreicht.

OPAMP ist im Plan ein OPA377, Offset von etwa 1mV, macht bei der 
Verstärkung später maximal 22mV (0,44%, entspricht also 4mA Abweichung) 
aus, könnte ich mit leben, vlt ist ein OPA335 mit Offset 5uV aber doch 
besser :)

Habe dann einen Pin der AnalogReihe einfach direkt auf Masse gelegt 
(macht man das so?) für die spätere Differenzmessung.
Und weiter unten symbolisch AREF mit einem Kerko (100nF) auf Masse 
gelegt.
Der Pin liegt tatsächlich wo anderst, soll eben symbolisch dastehen.


Bekomme ich da Probleme, wenn ich das eine Signal verstärke und die 
Massestörung bei der Differenzmessung nicht?

[m.n. (Gast)]

Torsten A. schrieb:
> Bekomme ich da Probleme, wenn ich das eine Signal verstärke und die
> Massestörung bei der Differenzmessung nicht?

Das hängt von Deinem Aufbau ab; aber Probleme wirst Du am Anfang 
bestimmt haben ;-)
Der OPA ist ein bißchen schnell; daher lege parallel zu R17 noch 1 nF, 
damit er nicht schwingt. Von Aref nach +IN vom OPV würde ich noch 1 kOhm 
schalten, um einen positiven Offset zu erzwingen. Den kann man 
anschließend beim Nullpunkt-Abgleich wieder abziehen.
Den Rest mußt Du probieren, aber bitte kein Steckbrett verwenden!

Torsten A. schrieb:
> Bei einer 10Bit Auflösung hätte ich somit eine Genauigkeit auf 1mA

Bitte Auflösung und Genauigkeit nicht verwechseln!

[Torsten A. (Gast)]

m.n. schrieb:

> Der OPA ist ein bißchen schnell; daher lege parallel zu R17 noch 1 nF,
> damit er nicht schwingt.
Okay, alles klar, danke :)

> Von Aref nach +IN vom OPV würde ich noch 1 kOhm
> schalten, um einen positiven Offset zu erzwingen.
Wozu ist der Offset gut? Um Ströme nahe 0mA auch noch ohne Probleme 
auflösen zu können?

Ich gehe von einem bestimmten Ruhestrom aus, der immer fließt, sagen wir 
mal 50mA..
Brauche ich dann den Offset noch? Wie du den beschalten würdest mit 
1kOhm ist mir auch noch nicht ganz klar.. ich kenne das eben über einen 
Spannungsteiler..

[m.n. (Gast)]

Torsten A. schrieb:
> Ich gehe von einem bestimmten Ruhestrom aus, der immer fließt, sagen wir
> mal 50mA..
> Brauche ich dann den Offset noch?

Dann kannst Du ihn weglassen.

> Wie du den beschalten würdest mit
> 1kOhm ist mir auch noch nicht ganz klar..

So, daß durch R16 immer ein Mindestrom fließt; im einfachsten Fall nach 
+5 V. Der 'Fehlstrom' variiert natürlich leicht mit dem eigentlichen 
Meßstrom, aber das kann man kompensieren.
Ich will Dir das jetzt aber nicht zu kompliziert machen.

[Torsten A. (Gast)]

Okay, alles klar :)
Ne, in diesem Fall lass ich den Offset weg :)


Nochmals zur differentiellen AD-Messung, wie kann ich diese Abweichungen 
durch die einseitige Verstärkung und anderseitige Masseschaltung denn 
kompensieren?
Bei der Verstärkung ist die Massestörung ja auch 20-Fach verstärkt?

Gruß Torsten

[Pandur S. (jetztnicht)]

220mV ueber einem Shunt ist eher viel. Ich bevorzuge 50..100mV. Denn die 
fehlen ja an der Last und produzieren Verlustleistung.