Wechselstrommessung mit AVR Controller

[PloechingerD]

Hallo,

ich möcht mit einem AVR Controller eine Wechselstrommessung durchführen.
Die Wechselspannung soll einen Effektivwert von 2,5 V und eine Frequenz von 1000 Hz. (Evtl auch 10000 Hz)
Der Strommessbereich liegt dabei zwischen 0-5mA.
Wie könnte eine solche Messung realisiert werden?
Bin über jede Hilfe dankbar,

MfG

[robin]

Ein bisschen wenig Informationen:
* was willst du genau messen, reicht ein Mittelwert oder müssen es x Messwerte pro Periode sein
* Welche Spannungen sind auf dem Board verfügbar? Zwecks OPV.
* Welche Signalform hat das ganze? Ich geh mal von einem Sinus aus.

[Besserwessi]

Für die Messung hat man 2 Möglichkeiten: 1. man nutzt einen Mess-Gleichrichter in Hardware und Bestimmt dann die Gleichspannung dahinter mit dem AD-Wandler. Für den Gleichrichter gibt es einmal Schaltungen mit OPs oder Spezielle True RMS ICs (allerdings relativ teuer). Die andere Möglichkeit wäre es den µC das Signal per ADC abzutasten und die Amplitude Softwaremäßig zu bestimmen. Allerdings sind da 1-10 kHz schon recht viel und es erfordert einiges an Überlegung dazu das so schnell hin zu bekommen - für 50 Hz oder - 1 kHz geht es noch relativ einfach in Software und auch mit guter Genauigkeit. Einzig der Dynamische Bereich es nicht so groß, man bräuchte also ggf. eine Bereichsumschaltung.

Die Anpassung des Wertebereichs geht per Spannungsteiler und ggf. Differenzverstärker (für den Strom).

[PloechingerD]

Die Schaltung soll dazu genutzt werden die Leitfähigkeit meines Aquariumwassers zu bestimmen.
Also müsste theoretisch der Mittelwert des Stromes genügen.
Zu den verfügbaren Spannungen kann ich noch nicht viel sagen, da ich erst am Anfang meiner Überlegungen bin.
Möchte den Aufbau aber Batterietechnisch betreiben (3x 1,5 V; oder 9V Block)
Und dann wahrscheinlich über eine Oszillatorschaltung eine Wechselspannung erzeugen. Dabei wäre sowohl Rechteck oder Sinus denkbar

[Besserwessi]

Wenn die Wechselspannung selbst erzeugt wird, ist die Phasenlage bekannt, und es kann auch eine phasenstarre Gleichrichtung genutzt werden. Damit werden sehr effektiv (und mit relativ wenig Aufwand) externe Störungen unterdrückt. Bei starken Störungen sollte man das in Hardware realisieren, sonst geht es auch in Software über den ADC. In der einfachen Version wird einfach im Takt der Wechselspannung der ADC-wert entweder dazu addiert oder abgezogen.

In dem Fall hier kann der AVR auch gut das Signal selber erzeugen und die Spannung dann in Messpausen auch einfach abschalten.

[PloechingerD]

Was haltet ihr von einer solchen Lösung:
Rechtecksignal mit Amplitude zwischen 3 und 5 V
nach der Messzelle ein Kondensator; Durch die Ladung des Kondensators (Uc=63%*U) Tau bestimmen
und dann aus Tau = R*C den Widerstand bestimmen?

[Besserwessi]

Um die Korrosion an den Elektroden klein zu halten sollte die Spannung eher kleine sein, also eher so 0,5 V und es sollte reiner Wechselstrom sein. Damit ist die Messung über die Zeit zum Entladen eher nicht so ideal: die Spannung müsste recht klein sein und das ganze wäre relativ empfindlich auf Störungen (z.B. 50 Hz), die Kapazitiv eingekoppelt werden. Außerdem müsste man immer noch Polung wechseln damit es Wechselstrom wird - das macht die Schaltung eher aufwendig.

Die passende Methode wäre eher über einen Pin des µC eine Wechselspannung von ca. 1 kHz (oder etwas mehr) zu erzeugen, per Teiler reduzieren und dann ein Kondensator in Reihe zur einen Elektronde um DC Strom zu blocken. An der andere Elektrode kann der Strom z.B. per Transimpedanzverstärker (Schaltung mit 1 OP) gemessen werden. Die Auswertung kann der der µC über den AD Eingang erledigen.

[PloechingerD]

Tut mir leid, aber ich bin auf diesem Gebiet wirklich ein totaler Neuling
Es kann also mit dem µC direkt eine Wechselspannung erzeugt werden? (wird kein Oszillator wie z.B.. LTC 1799 benötigt?)
Die Auswertung dann über die Umrechnung der Spannun des Verstärkers auf den Strom?
Danke für die Mühe :rolleyes:

[Besserwessi]

Der µC kann direkt ein Rechtecksignal erzeugen, z.B. als PWM Ausgang nit konstant 50% Tastverhältnis. Das reicht eigentlich für die Messung. Einen extra Oszillator braucht man also nicht.
Die Strommessung könnte man auch über die Spannung an einem Widerstand machen. Weil man aber dafür wohl eine Verstärkung braucht, kann man auch gleich den Transimpedanzverstärker (Strom-Spannungswandler) aufbauen. Wenn man einen AVR-µC mit Differenzeingang (und damit interner Verstärkung) am AD hat ginge es auch ohne die externe Verstärkung Den Skalenfaktor kann man aus dem Widerstand berechnen, alternativ misst man einmal einen Widerstand statt des Wassers und rechnet davon zurück.

Wenn man die Versorgungsspannung als Ref. Spannung für den AD nutzt, braucht man nicht einmal ein Wirklich stabile Versorgungsspannung, da sich die Größe der Wechselspannung und der Messbereich des ADs gleich ändern.

An Teilen sollten ein µC (mit internem AD), ein OP (z.B. MCP6001/ MCP6002) und ein Paar Widerstände/Kondensatoren ausreichen. Irgendwas zur Ausgang braucht man natürlich auch noch.

[PloechingerD]

Kann mit dem PWM Ausgang eine Wechselspannung zwischen -0,5 / +0,5 V erzeugt werden?
µC habe ich jetzt mal einen Atmega 168-20 ausgewählt. Ich werde mir zunächst mal ein paar Teile besorgen
und versuchen mit "learning by doing" mich etwas besser zurecht zufinden :-D

[Valen]

Ein uC erzeugt ein Spannungswechselung zwisschen Vcc und Gnd, also bleibt nur Positief. Ein spannungsteiler kan zbs 5 Volt reduzieren bis auf 1 Volt. Aber wenn man ein Kondensator danach in Serie schaltet, werden nur AC spannungswechselungen an den andere Seite der Kondensator übrich bleiben. Also zwischen -0,5v und 0,5v. Die Kondensator wird sich aufladen zu den Mittelwert (Vcc/2) und den Ausgangspannung swungt darum hin.

[PloechingerD]

Ich habe mich jetzt schon teilweise in die Programmierung mit dem Atmega168 eingearbeitet. Und kann per PWM eine gepulste Gleichspannung mit Frequenz ca. 1000 Hz erzeugen.
Wie kann ich diese jetzt in Wechselpannung +/- umwandeln? Nur über einen Kondensator in Serie?
Wie muss ich diesen Kondensator auslegen?

[PICture]

Hallo!


Wie kann ich diese jetzt in Wechselpannung +/- umwandeln? Nur über einen Kondensator in Serie?

Ja, das reicht aus um symmetrische rechteckige Wechselspannung zu haben.


Wie muss ich diesen Kondensator auslegen?

Für bestimmten Lastwiderstand RL und niedrigste Frequenz F der Wechselspannung, wie im Hochpassfilter, also C = 1 / 2 * pi * F * RL.

[PloechingerD]

Danke für die schnell Antwort.
Ich hätte die Auswertung folgendermaßen geplant:
Das Rechtecksignal zunächst über einen Transimpedanzverstärker (Strom- Spannungswandlung) schicken, dann mit einem Silizium Brückengleichrichter gleichrichten
und dann mit dem AD Wandler dieses Signal auswerten
Was haltet ihr von dieser Lösung, ist dies möglich?