analog elektronikk: måle 230v spenning med pc'en

[eydybdal]

Hei!

 

Sliter litt med et elektronikk prosjekt jeg driver på med. Forstår meg ikke godt nok på analog teknikk, og sitter derfor nå fast. Håper noen har litt bedre forståelse for ren analog teknikk enn meg, som kan hjelpe meg videre her.

 

Noen skisser:

 

Tegning 1 viser et utgangspunkt av hvordan kretsen skal fungere. En 5VDC forsyning, med en 100kohm variabel motstand. Dette er hva som skal til for å gi en verdi som jeg kan måle ved og koble dette direkte til PC'ens analoge innganger.

 

Prosjektet her går ut på og måle 230V spenning som vi har i stikkontakten. Jeg har og planer om og måle 12VDC spenninger, og første målet mitt blir derfor og redusere 230V til 12V.

 

Videre står jeg nå fast.

Det som trengs er en krets, som har 12VDC input og 5V output. Utsignalet skal gi samme resultat som 100kohms motstanden i 5 volt kretsen i tegning 1.

 

Noen som klarer og hjelpe meg videre her? Burde ikke være så vanskelig da vi snakker om ren analog teknikk, men det forstår jeg meg desverre ikke på =)

[geir__hk]

Prosjektet her går ut på og måle 230V spenning som vi har i stikkontakten. Jeg har og planer om og måle 12VDC spenninger, og første målet mitt blir derfor og redusere 230V til 12V.

Da kan du bruke en spenningsdeler som deler spenninga på 27,1.

 

Videre står jeg nå fast.

Det som trengs er en krets, som har 12VDC input og 5V output. Utsignalet skal gi samme resultat som 100kohms motstanden i 5 volt kretsen i tegning 1.

Du kan bruke en krets som f.ex spenningsregulatoren 7805. På side 21 i databladet ser du hvordan den skal kobles på. På utgangen her kan du koble på et potmeter.

 

Videre vil jeg bare kommentere at spenningsdeling fra 230 volt (i motsetning til trafo) er en dårlig ide pga at det ser ut som at du tenker å hente ut effekt (med 5V regulatoren) som i sin tur vil føre til feilmåling av spenning.

Endret 22. april 2009 av geir__hk

[eydybdal]

Du kan bruke en krets som f.ex spenningsregulatoren 7805. På side 21 i databladet ser du hvordan den skal kobles på. På utgangen her kan du koble på et potmeter.

Nice! Takker! =)

Liker det når ting kan gjøres enkelt med komponenter jeg ikke kjenner til

 

Oppdatert tegning:

 

Er det noe slikt du ser for deg? Dersom jeg har forstått deg rett, og har klart å lese dokumentasjonen korrekt.

 

Et potensiometer på utgangen er ikke dumt. Da har jeg muligheten til å finjustere det jeg ikke klarer og justere i softwaren. Ser for meg at jeg her må kalibrere hele greia med to set punkt (lav og høy), slik at softwaren vet hvordan den skal forholde seg til verdien når den øker og minker.

 

I utgangspunktet ser jeg begynnelsen på en løsning her Kom gjerne med ideer til hvordan jeg kan sikre meg mot at jeg ikke sprenger hele inngangen på hovedkortet i maskinen her. +5V signalet skal kobles direkte på en pinne på GAME / MIDI porten på hovedkortet.

[rozon]

I utgangspunktet ser jeg begynnelsen på en løsning her Kom gjerne med ideer til hvordan jeg kan sikre meg mot at jeg ikke sprenger hele inngangen på hovedkortet i maskinen her. +5V signalet skal kobles direkte på en pinne på GAME / MIDI porten på hovedkortet.

 

Optokoblere... Zener barrierer... Sikringer... Kombinasjon av alle tre?

 

Du har allerede 5V fra gameporten, og det er denne spenningen PC-en bruker som ADC referanse. Lag deg en skisse med 230V og en med 5V. Likerett og glatt 230V og spenningsdel den med to store resistorer (du vil ha veldig lite strøm her). Sett inn en optokobler mellom 230 delen og 5V delen.

 

Siden du nå har to kretser er gameporten din rimelig godt sikret, men det er ikke dumt å bruke sikringer. En sikringsholder og et par sikringer er billigere enn lydkort (enda iallefall). En på +5V fra PC og en på L på 230V siden.

 

Uhm, og siden 230V er livsfarlig og du ikke virker kjent nok med elektro vil jeg sterkt anbefale deg å legge dette prosjektet på hyllen til du har forståelse for hva du driver med.

[eydybdal]

Uhm, og siden 230V er livsfarlig og du ikke virker kjent nok med elektro vil jeg sterkt anbefale deg å legge dette prosjektet på hyllen til du har forståelse for hva du driver med.

 

Elektro er jeg godt kjent med da jeg er utdannet elektriker. Akkurat denne typen fin elektronikk blir litt i det fineste laget for min del. =) Jeg skal se om jeg får laget noen nye skisser med en zenerdiode og sikringer senere i dag. Det jeg tenker på her er at +5V inngangen på GAME porten kan bli forsynt med over 5 volt, siden K7805 regulatoren kan levere ut mer enn +5V ved høyt inngangsignal.

 

 

Edit:

For å gjøre saken litt mer interesant kan dere se hvor dette skal brukes videre.

http://79.160.90.42/

Dette er et web grensesnitt på en Linux boks som jeg driver og utvikler og designer selv på fritiden. Boksen står plassert i en UPS tavle som er selvbygd. Via web grensesnittet kan man overvåke, og etter hvert styre de ulike deler av systemet og automatikken i huset. Jeg har ikke lagt inn noen funksjoner for styring i web grensesnittet enda siden hele grensesnittet ligger åpen på internett uten pålogging.

 

Håper nå er og lage noen moduler som gjør at jeg kan måle spenning og strøm i de ulike deler av systemet, og overvåke dette via web gresesnittet. Jeg kan selvsagt kjøpe ferdige komponenter og kit til dette, men det er ikke like spennende og lærerikt. =)

Endret 23. april 2009 av eydybdal

[rozon]

Elektro er jeg godt kjent med da jeg er utdannet elektriker. Akkurat denne typen fin elektronikk blir litt i det fineste laget for min del. =)

Ditt valg...

 

Jeg skal se om jeg får laget noen nye skisser med en zenerdiode og sikringer senere i dag. Det jeg tenker på her er at +5V inngangen på GAME porten kan bli forsynt med over 5 volt, siden K7805 regulatoren kan levere ut mer enn +5V ved høyt inngangsignal.

For all del nei... Glem regulatoren - Det kommer allerede 5V fra gameporten. Du trenger ikke mer...

 

Fra det du sier så konkluderer jeg med at du bør glemme gameporten og bruke USB i stedet. Se på SparkFun og du vil finne masse dingser du kan hjelpe deg med.

 

De skal ha både strøm målere, rele kontakter og USB/mikrokontroller dingser som nesten er klar til bruk. Det fine er at du kan kjøpe smådinger som er satt sammen til løsninger du kan raskt bruke og teste med. Når du har det du trenger lager du din egen ferdige løsning.

Endret 23. april 2009 av rozon

[eydybdal]

Oppdatert tegning:

 

Da var det på plass noen sikringer og en zennerdiode som beskytter inn og utgangsignal.

Noen som har videre forslag?

[eydybdal]

For all del nei... Glem regulatoren - Det kommer allerede 5V fra gameporten. Du trenger ikke mer...

Du kommer med et vesentlig godt poeng her på en måte :-)

 

GAME porten har +5V ut, og den skal ha en regulert +5V som inngangsignal på pinne 3, 6, 11 og 13 som er de analoge inngangene i GAME porten.

 

Oppdadert skisse:

Dette er nok garantert feil, men det viser kanskje hvordan jeg tenker.

 

En 230V inngangsignal som reduseres til 24V og likerettes. Dette kjøres igjennom en spenningsregulator, som igjen styrer en transistor. Er det her mulig og få hentet +5V fra GAME porten's pinne 1 (som er +5V ut), kjøre dette igjennom en transistor, og lage et utgangsignal på 0 - 5V igjennom transistoren, styrt av regulatoren?

 

Håper det er noen skikkelig elektronikk guruer her som har peiling på analog teknikk =)

 

Fra det du sier så konkluderer jeg med at du bør glemme gameporten og bruke USB i stedet. Se på SparkFun og du vil finne masse dingser du kan hjelpe deg med.

Kjedelig og kjøpe ferdige komponenter :-) Hensikten er og eksperimentere og lære her

[SkydiveWings]

Er målet å omforme 0-230V til 0-5V og måle dette på gamepadporten? Om dette er målet må du fjerne regulatoren, eller får du bare ut 5V heile tida, lag heller ein spenningsdelar etter kondensatoren der den øverste motstanden er 6,8 ganger større enn den nederste om du ser for deg ein klassisk spenningsdelar. Nå er impedansen til gamepadporten ukjent, samt eg går ut frå at spenninga ikkje går over 230, og at det er ein perfekt 230V - 24V transformator. For å sleppe unna impedanseproblem i gamerporten kan du kople ein operasjonsforsterker som spenningsfølger.

[kons]

For bedre presisjon bruk en høy trafo spenning (24V er ikke så galt, men hold deg unna 5V) ifht. diode droppet i likeretteren din,

og bruk helst shottky dioder av samme grunn (mindre spenningfall i forover retning).

 

Det holder også med en enkel diode i likeretten, dobbelt broen du har tegnet inn er fin når man har belastning, men her har du ikke det og da får du bare mer spenningsfall med flere dioder og derfor mer unøyaktig måling.

Bare å bruke stor nok kapasitans så glattes all rippel ut.

 

Skal du bare måle et lite interval rundt 230V spiller det over her liten rolle, da kan du bare kalibrere avlesningen ett sted og feilene som dioden(e) gir har ikke stor virkning.

(begrenset hvor god presisjon en game port har uansett)

 

Edit:

Erstatt C2 med en motstand og fjern alt etter denne.

Det som er toppen av C2 nå blir målepunktet ditt ut.

(som før nevnt over kan du også fjerne D1,D3,D4, den da u-tilkoblede sekundær ledningen legges til GND)

 

Om målet bare er å oppdage at 230V er borte kan du gjøre enda enklere kretser.

/Edit

 

Vil du ha super presisjon på avlesningen gjør du noe helt annet:

Trafo (for isolasjon og neddeling) til en (nesten vilkårlig) spenning + motstandsnettverk som demper ned til rundt 1V. Dette mater du inn på Line in lyd inngang på PC og sampler dette med ett eller annet lyd program, (til wave feks).'

Ut av den samplede fila kan du beregne (div programmering i mellom her) full RMS med meget høy presisjon (16bits samples er vanlig) dvs du bør få rundt 0.1% faktisk presisjon (referansen i lydkortets ADC bestemmer og den er nok ikke bedre en dette).

Endret 23. april 2009 av kons

[eydybdal]

Takker for alle gode svar her!

 

Oppdatert skisse:

 

Jeg liker forslaget til SkydiveWings med bruk av en operasjonsforsterker etter en spenningsdeler.

 

Etter operasjonsterkeren kunne jeg godt tenkt meg en krets som bruker 5volten fra gameporten, som et regulert 0 - 5v retursignal. Tenker jeg feil når jeg plasserer en transistor her?

 

Meningen er og gjøre 0-230volt om til 0-5volt slik SkydiveWings har forstått Det er ikke behov for noe presisjon av måleresultat her, da det kun skal være til en indikasjon, og hele greia er et eksperiment for å lære litt :-)

[kons]

Du kan godt bruke en transistor, den øker bare driverstyrken til opampen.

 

Men først trenger du å koble om en hel del, slik det står nå virker det ikke.

Først: opamps har + og - inngang, den nederste kan du sette + på.

Den øverste kan du sette - på og så ruter du den til utgangen på opampen og ikke dit den går nå.

Da vil den buffre opp signalet i spenningdeleren slik at om det er noen belastningen fra

game port blir der riktig spenning likevel. Om du vil ha justerbarhet lar du en av motstandene til + inngangen være justerbar (sikrest med den til GND)

Nå har du fått riktig signal ut av opamp (den mangler riktignok strømtilførsel men det tar du etterpå) men transistor koblingen din er også feil, om du tar bort C2 og zener dioden og så endrer til en NPN transistor (dvs pilen samme sted men motsatt retning av den du har) har du en "emitter følger", om du nå flytter - inngangen på opamp til utgangssignalet vil transistoren forsterke signalet og opampen vil kompensere feil som transistoren introduserer slik at utgangen nøyaktig følger spenningen i spenningdeleren før opampen.

 

 

 

En opamp kan (helt fornklet og antatt brukt i normal opamp oppkobling) sees på som at den søker å få samme spenning på begge inngangene ved å endre signalet på utgangen.. slik du har koblet her er det ingen mulighet for utgangen til å oppnå dette den vil derfor slå til ene ytterpunktet å bli der (den forsterker forskjellen mellom de to inngangene 100000X)

 

 

Ser ingen god grunn til å beholde alle 4 diodene når _en_ gjør nytten og er bedre...

[eydybdal]

Ser ingen god grunn til å beholde alle 4 diodene når _en_ gjør nytten og er bedre...

Nå er både diodebro og zennerdioden fjernet, samt kondensatoren på utgangen. Det jeg tenker på her er, hvor mye "støy" vil dette gi mot hovedkortet, da det nå er en vekselstrømskilde som er direkte sammenkoblet med jordingen av maskinen?

 

Oppdatert skisse:

 

Takker ellers for gode innspill her Begynner å forså litt mer =) Transistoren var en PNP transistor, som burde vært en NPN transistor slik som nå =) Jeg kunne ikke finne symbolet for en NPN transistor i farten.

 

Kan det se ut til å ligne på noe brukende etter hvert? =) Hvor store bør motstandene rundt i kretsen være?

[kons]

Ut av trafo får du AC som så likerettes og glattes til peak, dvs at du får 1.41*Vsekundær(rms)på glatte kondensatoren, strengt tatt minus diode droppet.

Denne spenningen skal så passe inn i 0-5V intervallet, om seriekoblingen av de to motstandene havner rundt 10K-100K blir det ok. med 24V trafo får du ca 40V DC som kanskje burde bli ca 4V? (emitter følgeren stopper ca en halv volt under 5V) da kan du sette øvre motstand til ~50K og med nedre kanskje 10K? (10X multitørn pot er fint her så finner du lett riktig justeringspunkt)

Koble den ledige enden av pot til GND også så skjer det ikke helt rare ting om det skraper litt i pot under bevegelse.

 

Utgangs motstanden kan være en del mindre ca 1K blir vel greit.

 

Husk å gi opamp power (samme som transistoren får) og gjerne en liten 100nF avkobling.

 

Glattekondensatoren bør settes slik at R*C (tid) der R er delerkretsen (ca 50K) blir minst 10ganger så stor som rippel frekvensen (1/100Hz) => 2uF burde funke, men gjerne (mye) mer.

 

Helst skal basen på transistoren ha en liten serie motstand 1K eller så.

 

Om det ikke er for mye kapasitiv kobling i trafo mellom primær og sekundær blir det ikke noe støy å snakke om fra nettet, regner med dette ikke blir noe problem om du ikke har en veldig sær trafo.

 

Du må velge rett type opamp også, noen typer liker ikke å arbeide med spenninger nære power linjene (0V og eller VCC(5V)) velger du en rail to rail type in/ut er du sikker men det skal gå med andre typer også. Finnes triks for å endre arbeidsområdet... går ikke inn på det her nå.

Endret 23. april 2009 av kons

[eydybdal]

Oppdatert skisse:

Denne skissen gir et bedre inntrykk av hvordan hele kretsen skal se ut og fungere når den er komplett og ferdig.

Totalt har kretsen:

- 4 stk digitale innganger

- 2 stk 24VAC innganger

- 2 stk 12VDC innganger

[eydybdal]

Takker og bukker for mye god hjelp her! :-)

 

Da har jeg fått med de siste oppdateringene. Har du tro på at dette vil fungere til slutt?

 

Oppdatert skisse:

 

 

EDIT:

 

Jeg er imponert! =) Ser ut som du vet hva du driver med kons!

Jeg laget en simulator i Multisim, og kretsen din fungerer utmerket foreløpig. =)

 

Endret 23. april 2009 av eydybdal