Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Szkolenia SEP
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Pomiar napięcia sieci z użyciem ADC

qazwsx234 05 Sty 2018 19:42 1920 31
  • #1 05 Sty 2018 19:42
    qazwsx234
    Poziom 6  

    Witam wszystkich, mam problem z pomiarem ADC.
    Buduje urządzienie z modułem ESP8266 + STM8S003F3P6 które będzie miało za zadanie m.in. pomiar napięcia sieci 3x230V oraz przesyłanie wyników + sterowanie urządzeniami.
    Generalnie udało mi się już wszystko uruchomić, ale mam problem z pomiarem napięcia sieci 230V.
    Na załączonym schemacie przedstawiłem 3 układy wejściowe – na każdym z nich nie umiem poprawnie zmierzyć napięcia – podczas debugowania odczyt adc skacze cały czas od 0 do 1023 (max), i generalnie nie mogę nic sensownego uzyskać. Odczyt adc robię za pomocą skanowania wszystkich wejść, i chyba tutaj jest ok, bo sygnał z potencjometrów odczytuje idealnie.
    Najlepsze efekty miałem używając układu 1 – ale stosunek napięcia we do wy nie jest liniowy – czy to może przez diodę? Może problemem jest zasilacz? Może trzebaby połączyć masę z przewodem neutralnym?

    Prosiłbym o pomoc, jeśli chodzi o elektronikę jestem początkujący, a ten pomiar adc blokuje mnie.
    Dodam tylko że mam tam bardzo mało miejsca + układ ma być tani – niema możliwość zastosowania wzmacniaczy operacyjnych czy transformatorów separacyjnych. Układ będzie przesyłał dane bezprzewodowo - więc niema problemu z izolacją od sieci 230V.
    Prosiłbym o pomoc, bo już sobie nie radzę.

    0 29
  • Szkolenia SEP
  • Pomocny post
    #2 05 Sty 2018 20:29
    gaskoin
    Poziom 38  

    Pytanie co chcesz mierzyć bo te 3 układy robią 3 różne rzeczy.

    Układ pierwszy:

    Pomiar napięcia sieci z użyciem ADC

    Układ numer dwa - peak detector. W tej konfiguracji (bez wzmacniacza operacyjnego) zawsze będzie miał ofset diody i nigdy nie dojdzie do wartości szczytowej:

    Pomiar napięcia sieci z użyciem ADC

    Układ numer trzy czyli szał elektroniczny:D

    Pomiar napięcia sieci z użyciem ADC

    0
  • Pomocny post
    #3 05 Sty 2018 20:39
    inot
    Poziom 21  

    Jak to robią inni można tutaj zobaczyć.

    Link

    0
  • Szkolenia SEP
  • #4 05 Sty 2018 20:50
    qazwsx234
    Poziom 6  

    No rzeczywiście - każdy z nich robi całkowicie coś innego niż ja potrzebuję, no tutaj niestety wychodzi mój brak wiedzy elektronicznej - ciągle się uczę, aczkolwiek układ 3ci skopiowałem z jakiegos schematu urządzenia.

    W jakim programie można robić takie symulacje?

    Pytanie, czy do pomiaru napięcia układ numer dwa - peak detector by się nie nadał?
    Jeśli offset diody byłby stały w całym przedziale to możnaby uwzględnić go programowo.

    Jeśli chodzi o ten dokument dot. MSP430F471, to jak rozumiem, napięcie zmienne po obniżeniu za pomocą dzielnika podawane jest na układ, reszta jest robiona programowo, no ale niestety ale ja niemam tyle mocy obliczeniowej.

    A może da się zmierzyć poprostu napięcie zmienne?
    Może nie napisałem, ale potrzebuję kontrolować napięcie każdej z faz w zakresie od 50V do 230/250V.

    0
  • #5 05 Sty 2018 21:04
    inot
    Poziom 21  

    qazwsx234 napisał:
    Jeśli chodzi o ten dokument dot. MSP430F471, to jak rozumiem, napięcie zmienne po obniżeniu za pomocą dzielnika podawane jest na układ, reszta jest robiona programowo, no ale niestety ale ja niemam tyle mocy obliczeniowej.

    Nie chodzi o obliczenia mocy (w tym przypadku muszą być mierzone także prądy), tylko układ do pomiaru napięcia.

    0
  • #6 05 Sty 2018 21:10
    gaskoin
    Poziom 38  

    Do Symulacji są różne programy LTSpice, PSpice, TISpice, MultiSim, EasyEDA (promowane przez elektrodę) i pewnie wiele innych. Nie wiem jakie jest najlepsze, ale ja używam LTSpicea

    0
  • #7 05 Sty 2018 21:13
    qazwsx234
    Poziom 6  

    Rozumiem że chodzi o ten układ z noty MSP - dzielnik napięcia + filtr, tylko że niemam wejścia różnicowego, w zasadzie to niewiem jak to zaaplikować do siebie, bo to tylko obniża napięcie, a nie mogę podać ujemnego napięcia względem masy na wejście przetwornika ADC.

    0
  • #8 05 Sty 2018 21:44
    inot
    Poziom 21  

    Ten układ pomiaru napięcia (strona 2, rys.3 ) nie wymaga wejścia różnicowego.
    Link

    Dodano po 14 [minuty]:

    Według mnie najprostszym sposobem rozwiązania tego projektu byłoby użyć układu ADE7754 albo ADE7758. Te układy posiadają magistralę SPI i tym sposobem mogą się bezpośrednio komunikować z ESP8266 bez użycia dodatkowego mikrokontrolera.

    0
  • #9 05 Sty 2018 21:51
    qazwsx234
    Poziom 6  

    Tak, wiem że użycie zewnętrznych układów byłoby najprostsze, ale wymagania są inne, więc muszę to tak zrobić - nie do przeskoczenia.

    Wrzuciłem ten schemat do wspomnianego LTSpice, i wnioskuje ze napięcie oscyluje wokół 1,65V, ale czy jak będę mierzył to ADC to nie pokaże mi zawsze Vcc/2 ?

    0
  • #10 05 Sty 2018 22:57
    inot
    Poziom 21  

    Tutaj mierzymy praktycznie tylko programowo. Nie jest to napięcie stałe tylko sinus.
    Dlatego też musimy pobrać odpowiednia ilość próbek jednego okresu. Otrzymujemy wynik RMS.
    Wydaje mi się ,że to chyba za skomplikowane (wymaga trochę więcej wiedzy programowania).

    0
  • #11 05 Sty 2018 23:14
    gaskoin
    Poziom 38  

    No właśnie autor od początku nie sprecyzował co chce mierzyć. Pomiar napięcia zmiennego można rozumieć na różne sposoby.

    Btw nie możesz tak zrobić offsetu. Upierasz się, że nie chcesz żadnych układów, chodzi o koszta czy o co?

    Zabawa z gniazdkiem to nie są żarty możesz zrobić sobie krzywdę albo uszkodzić układ

    0
  • #12 05 Sty 2018 23:15
    qazwsx234
    Poziom 6  

    No właśnie, jeśliby procesor miał tylko i wyłącznie mierzyć napięcie np. na jednej fazie i nic pozatym to dałoby się to rozwiazać, ale w tym wypadku ta opcja jest zbyt skomplikowana.

    0
  • #13 06 Sty 2018 04:00
    pawel1148
    Poziom 20  

    Ja osobiście myślałem nad podobnym urządzeniem. Tylko w moim przypadku miał byc to 2 kanałowy ,,oscyloskop" składający się z 2ch układów ESP32(bogatsza wersja ESP8266), wraz z 2ma osobnymi torami pomiarowymi i 2ma osobnymi zasilaniami bateryjnymi.
    Trochę mnie autor zaskoczył, przede wszystkim tym, że chce mierzyć 3 napięcia jednym mikrokontrolerem. Ja osobiście bym się tego nie podjął. Także jestem zaskoczony wykorzystaniem tego STMa.
    Zacznijmy od STMa, jakie on ma zadanie ? Ma służyć jako ADC ? ESP8266 ma również ADC o tej samej rozdzielczości, istnieje duże prawdopodobieństwo, że ma większy błąd pomiarowy, ale przy zastosowaniu ESP32 który ma 12bitowy ADC myślę, że jakość ADC się wyrównuje. Dodatkowo do 2ch osobnych procesorów tak czy inaczej trzeba 2 osobne zasilania (bo esp z tego co pamiętam działa na 3,3V). No chyba że ESP ma służyć tylko do transmisji danych, co jest do przyjęcia w dzisiejszym świecie, ale jest to nieco niedorzeczne- wykorzystywać jako główny układ logiczny 8śmio bitowca 16MHz i podłączać do niego 32 bitowca 80MHz, który służy tylko do transmisji.

    Co do mierzenia 3 faz, to może z własnej ostrożności oraz częstego braku przewodu neutralnego w moich pomiarach bym się tego nie podjął.
    By zrozumieć skąd biorą się te dziwne wyniki pomiarów musisz przeanalizować przede wszystkim układ zasilania STMa, bo mniemam ze ten układ zasilania do tego właśnie służy (tak na boku nie lepiej byłoby zastosować zasilanie 3,3V dla ESP i dla tego STMa?- bo z manuala wyczytałem , że STM chodzi od 3V-mogę się mylić co do zastosowania ADC przy zasilaniu 3,3V).

    Do rzeczy. Musisz się przypatrzeć co dzieje się, przy tym zasilaniu z masą układu, w momencie występowaniu ujemnej połówki napięcia sieci
    Pomiar napięcia sieci z użyciem ADC

    Skrótowo, według mnie w momencie ujemnej połówki masz na masie -6V do -35V(maks), przez co o tyle w tym danym momencie przekłamuje Twój pomiar, o ile masz wszystkie masy połączone, ale tak na 99% jest, bo inaczej byłby dym z procesora.

    0
  • #14 06 Sty 2018 07:33
    tronics
    Poziom 37  

    Cytat:
    że chce mierzyć 3 napięcia jednym mikrokontrolerem. Ja osobiście bym się tego nie podjął

    Jeśli tylko o napięcie chodzi to nie ma problemu. Pytanie czemu się w takie rzeczy bawić, można wziąć od razu układy typu
    http://www.st.com/content/st_com/en/products/data-converters/metering-ics/stpm10.html
    Dobudować co tam potrzebne (boczniki, dzielniki etc.) dodać optoizolację linii sygnałowych i sobie spokojnie gotowy wynik obrabiać jak się chce na dowolnym mikrokontrolerze. Są rozwiązania jednofazowe jak w/w lub 3 fazowe (tutaj chyba jedne z najciekawszych ma Analog Devices, ale są też odpowiednio droższe). Nie wiem czemu niektórzy sobie chcą utrudniać życie. Taki scalak jak powyżej nie dość, że zmierzy dużo lepiej napięcie, to zmierzy też prąd, wyliczy moc czynną i bierną, a nawet "poinformuje" jeśli napięcie spadnie poniżej ustalonego progu bądź całkowicie. I co najważniejsze... nie trzeba go programować! Tylko skonfigurować i skalibrować.

    0
  • #15 06 Sty 2018 08:41
    qazwsx234
    Poziom 6  

    To że są rozwiązania fabryczne, to ja wiem, ale takie są założenia projektu, i nie mogę tego przeskoczyć.

    Cel i założenia:
    -Kontrola tylko napięcia każdej z faz
    -Układy wej zbudowane na elementach dyskretnych - nic pozatym
    -Zasilacz beztransformatorowy
    -STM8S003F3P6


    @pawel1148 A jakby połączyć masę z przewodem neutralnym?

    @tronics No niestety ale dla mnie to jest problem, więc proszę o pomoc :)

    0
  • #16 06 Sty 2018 08:56
    tronics
    Poziom 37  

    Cytat:
    To że są rozwiązania fabryczne, to ja wiem, ale takie są założenia projektu, i nie mogę tego przeskoczyć.

    Pisałem, bo w pierwszej kolegi wypowiedzi taka informacja nie padła, że są to założenia i ograniczenia projektu dydaktycznego. Tylko, że kolega buduje takie, a takie urządzenie.
    Teraz pytanie co rozumie kolega przez pomiar napięcia (AC). Jaka wartość interesuje kolegę, średnia wyprostowana, skuteczna, międzyszczytowa? W zależności od odpowiedzi układ detektora będzie wyglądał inaczej (co też kolega gaskoin poruszył).

    0
  • #17 06 Sty 2018 09:08
    Strumien swiadomosci swia
    Poziom 43  

    Przy 3 fazach musisz użyć przewodu neutralnego do pomiaru napięcia fazowego.

    0
  • #18 06 Sty 2018 09:15
    qazwsx234
    Poziom 6  

    No tak, nie sprecyzowałem - projekt dydaktyczny, stąd takie ograniczenia.

    Interesuje mnie wartość średnia wyprostowana lub skuteczna, bo chyba takie będą najłatwiejsze w obrabianiu na uC.

    Generalnie potrzebuję wiedzieć zrobić coś na zasadzie:
    -Napięcie sieciowe spadnie do 200VAC na fazie L1 zrób czynność A
    -Napięcie sieciowe spadnie do 190VAC na fazie L2 zrób czynność B itd. itd.
    Stąd potrzeba odwzorowania napięcia sieci na zakres ADC 10bit, czyli 0-1023 (0-3,3V - na schemacie jest błąd, zasilanie 3V3 a nie 5V).

    200VAC czy 190VAC to mam na myśli mierzone w stosunku do przewodu Neutralnego zwykłym miernikiem - więc wartość skuteczna napięcia fazowego.

    0
  • #19 06 Sty 2018 09:55
    Rzuuf
    Poziom 43  

    qazwsx234 napisał:
    Napięcie sieciowe spadnie do ...
    I znów ten sam problem: jakie napięcie: wartość średnia wyprostowana, wartość szczytowa, wartość skuteczna (dla sinusa niekoniecznie, bo można przeliczyć inne wartości na RMS) czy wartość chwilowa?
    Praktycznie najłatwiej jest mierzyć wartość szczytową po prostowniku, z uśrednieniem na kondensatorze np. do 1 sekundy, i tak uzyskaną wartość obrabiać dalej jako DC.

    Sprawa izolacji od sieci jest KRYTYCZNA!
    Teoretycznie - jeśli nie masz uprawnień SEP, to nie powinieneś dotykać takiego układu, dopókii nie jest w bezpiecznej obudowie! Między fazami masz 400V wartości skutecznej, czyli prawie 600V szczytowej (a wliczając dopuszczalne przepięcia - nawet więcej).
    Poproś profesora o dopuszczenie stosowania 3 małych transformatorów (1W?): 1 dla zasilania układu pomiarowego, oraz 2 jako przekładniki napięciowe dla napięć mierzonych.

    0
  • #20 06 Sty 2018 10:05
    Strumien swiadomosci swia
    Poziom 43  

    Rzuuf napisał:
    Teoretycznie - jeśli nie masz uprawnień SEP, to nie powinieneś dotykać takiego układu, dopókii nie jest w bezpiecznej obudowie!


    A skąd i to nie jest tematem wątku.
    UP SEP stwierdzają że bierzesz na siebie całość odpowiedzialności za swoje działania.

    Po drugie na zasilaniu założył bym bezpieczniki 1A coby potencjalne zwarcie nie zrobiło poparzeń.

    0
  • #21 06 Sty 2018 10:29
    qazwsx234
    Poziom 6  

    Cytat:
    I znów ten sam problem: jakie napięcie: wartość średnia wyprostowana, wartość szczytowa, wartość skuteczna (dla sinusa niekoniecznie, bo można przeliczyć inne wartości na RMS) czy wartość chwilowa?
    Praktycznie najłatwiej jest mierzyć wartość szczytową po prostowniku, z uśrednieniem na kondensatorze np. do 1 sekundy, i tak uzyskaną wartość obrabiać dalej jako DC.


    Spadek napięcia wyraziłem w jednostkach odczytywanych ze zwykłego multimetru - więc wartość skuteczna napięcia fazowego.
    A o to co dostanie już sam uC, to właśnie pytam, w zasadzie jest mi to obojętne - byleby było proporcjonalne do napięcia sieciowego i prosto się obrabiało, czyli jak najbardziej DC, tylko niewiem jak.

    SEP nawet mam, ale nie jest tu do niczego potrzebny, założenia jak w pośćie #15.

    0
  • #22 06 Sty 2018 11:19
    Rzuuf
    Poziom 43  

    qazwsx234 napisał:
    ... byleby było proporcjonalne do napięcia sieciowego i prosto się obrabiało ...
    Zatem prostownik szczytowy (jeśli nie znasz - zobacz w Googlu), a po nim dzielnik napięcia. w sumie: 1 dioda, 1 kondensator i rezystory.

    0
  • #23 06 Sty 2018 15:06
    qazwsx234
    Poziom 6  

    Ok, prostownik szczytowy, spróbuję - tylko obawiam sie że nie zmieszczę 3 dużych kondensatorów na pcb, ale sprawdzę.

    A czy jakbym zastosował do zasilania układu prostownik jednopołówkowy, masę układy połączył z przewodem neutralnym to mógłbym użyć innego układu wejściowego?

    0
  • #24 06 Sty 2018 15:15
    Rzuuf
    Poziom 43  

    qazwsx234 napisał:
    ... nie zmieszczę 3 dużych kondensatorów ...
    Dlaczego 3 i dlaczego duże?

    0
  • #25 06 Sty 2018 15:17
    qazwsx234
    Poziom 6  

    No myślałem że po jednym dla każdej z fazy = 3, a duże bo na napięcie min. 310V.
    Żle myślę?

    0
  • #26 06 Sty 2018 16:47
    Rzuuf
    Poziom 43  

    Zasilanie "poplątane" z obwodami pomiarowymi jest złym pomysłem.
    Ponieważ ten miernik będzie potrzebował niskiego napięcia przy małym poborze prądu, zastosował bym zasilanie bateryjne (3 "paluszki" 1,5V, pojemność ok. 2000mAh, czyli ileś "set" godzin pracy ), lub bezpieczny izolowany zasilacz "wtyczkowy".
    Kondensatory w prostowniku pomiarowym nie muszą być "duże", bo jeśli będą po prostowniku z dzielnikiem (np. 1:20) na wejściu, to przy poborze prądu 0,1mA wystarczy 1uF/25V.

    0
  • #27 06 Sty 2018 17:00
    qazwsx234
    Poziom 6  

    No ale myślałem że najpierw prostownik szczytowy a potem dzielnik:

    Cytat:
    Zatem prostownik szczytowy (jeśli nie znasz - zobacz w Googlu), a po nim dzielnik napięcia. w sumie: 1 dioda, 1 kondensator i rezystory.


    Czy teraz układ nr 1 na schemacie zadziała?
    Zasilacz pójdzie ew. do wymiany, ale wtedy przewód neutralny będzie odizolowany od masy tak jak na schemacie.

    0
  • #28 06 Sty 2018 17:06
    Rzuuf
    Poziom 43  

    Układ prostownika "tor 1" jest "dziwny" (sprawdz jego działanie symulacją lub oscyloskopem), ja dał bym "tor 3".

    0
  • #29 06 Sty 2018 17:24
    qazwsx234
    Poziom 6  

    Ale na schemacie "v2", z prostownikiem szczytowym o którym teraz piszemy.

    0
  • #30 06 Sty 2018 17:28
    Rzuuf
    Poziom 43  

    Obydwa tory: 2 i 3 są "szczytowe", ale w torze 2 nieliniowość początkowa diody (0,6V) ma % większy udział w mierzonym napięciu.

    0