Lesen der Spannung einer Energy-Harvesting-Spule mit Arduino ADC

Von uns entwickelt wird ein kinetischer Energiesammler, der Energie gewinnt, wenn sich seine Magnete durch eine Spule bewegen. Unser Ziel ist es, die Spannung über der Spule zu messen, wenn das reale System von einem Aktuator bewegt wird. Dazu haben wir einen Prüfstand vorbereitet, der den kinetischen Harvester mit einer bestimmten Frequenz bewegt.

Es ist wichtig, dass wir die Spannung über der Spule mit einer bestimmten Frequenz abtasten und sie zur weiteren Verarbeitung über UART an MATLAB senden. Wir wollen zu diesem Zweck einen Arduino verwenden.

Die von der Spule erzeugte Spannung ist keine konstante Spannung. Sie variiert und wird auch negativ, wenn sich Magnete über die Spulen bewegen. Ich verstehe, dass der Arduino ADC keine negativen Spannungen abtasten kann.

Ich füge ein Foto der Erntemaschine und des Linearantriebs bei, der die Erntemaschine darunter bewegt.

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Unten ist ein Bild der Spannungswellenform. Bitte beachten Sie die Spannungsbereiche von -3,3 bis +3,3. Wir können dies mit Hilfe des Oszilloskops bestätigen. Ich möchte mit der höchstmöglichen Frequenz abtasten. Je höher die Genauigkeit, desto besser wären die Messwerte. Wir beabsichtigen, einen Arduino Uno zu verwenden.

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Wenn alle von der Spule erzeugten Spannungen positiv wären, kann der ADC direkt mit der Spule verbunden werden. Aber das ist definitiv nicht der Fall. Möglicherweise ist eine Schaltung / Technik erforderlich, um die Ausgangswellenform positiv zu machen. Wir können dieser Spule keine DC-Verschiebung zuführen, da dies die Spannung ändern kann, die durch Magnete induziert wird, die das System beeinflussen.

Was erforderlich ist, ist eine Methode, mit der wir die Wechselstromwellenform mit Hilfe des Arduino-ADC von -3,3 bis +3,3 abtasten können.

Jeder Rat wird sehr geschätzt.

Einige Beispiele werden hier vorgestellt: electronic.stackexchange.com/questions/34071/…

Antworten (2)

Irgendwann müssen Sie das Signal gleichrichten, um die Energie zu extrahieren, also ist es sinnvoll, dies dort nach dem Gleichrichter zu tun. Ihr Problem ist, dass Sie mit niedrigen Spannungen arbeiten, sodass die Diodenabfälle erheblich werden. Ich empfehle Ihnen, sich für eine höhere Spannung und einen niedrigeren Strom zu entscheiden, damit die Verluste weniger signifikant werden. Verwenden Sie natürlich Schottky-Dioden, um Verluste zu minimieren.

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Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Abbildung 1. Eine Spule mit Mittelanzapfung hat zu jedem Zeitpunkt nur eine Diode im Stromkreis.

Verwenden Sie eine Spule mit Mittenanzapfung, sodass eine Diode bei einer Halbwelle usw. leitet. Dies ist besser als eine einzelne Spule mit Vollweggleichrichter, da immer zwei Dioden gleichzeitig im Stromkreis sind.

Fügen Sie Ihrem ADC einen Überspannungsschutz hinzu, da Sie im Falle einer Stoß- / Stoßbewegung auf das Gerät hohe Spitzen bekommen können.

Siehe auch William Bode-Tyrrells Antwort auf Increasing efficiency of a kinetic energy battery charger für einige gute Berechnungen.

Siehe Link am Ende der Frage hinzugefügt.

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Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Möglicherweise benötigen Sie auch einen Scaler, wenn der ADC nicht über 5 V gehen kann, aber Sie haben es nicht gesagt und ich lese das Datenblatt nicht für Sie. Ebenso möchten Sie vielleicht etwas mehr als 3,3 V, wenn das Signal nicht besonders eingeschränkt ist.

Alternativ: https://en.wikipedia.org/wiki/Precision_rectifier

Das ist ein Hochpassfilter erster Ordnung. Es erzeugt unerwünschte Verzerrungen aufgrund von Dämpfung und Phasenverschiebung.
Lesen der Spannung einer Energy-Harvesting-Spule mit Arduino ADC
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