Verstärken und Lesen eines 0-1-V-Signals in Arduino

Ich versuche, den (0 ~ 1 V) Ausgang eines Stromwandlers (CT) in den 10-Bit-ADC-Eingang eines Arduino Nano einzulesen. Der CT erfasst das LKabel, das 120 V bei 60 Hz führt.

Stromwandler-Spezifikationen:

  • Eingangsstrom: 0~30A Wechselstrom
  • Ausgangsmodus: 0~1V
  • Nichtlinearität: ±1 %
  • Eingebauter Abtastwiderstand (RL): 62 Ω
  • Wendeverhältnis: 1800:1

Da der Arduno einen analogen Eingang von 0-5 V akzeptiert, muss der Ausgang des CT skaliert werden, um die 10 Bits voll auszunutzen.

Außerdem denke ich, dass der Ausgang des Stromwandlers eine Wechselstromwellenform ist, sodass er zwischen -1 V und +1 V variieren würde. Wenn dies korrekt ist, müsste ich den Ausgang um AREF / 2 (5 V / 2 = 2,5 V) vorspannen, indem ich die Schienen 5Vund GNDSchienen mit einem aus 2 Widerständen bestehenden Spannungsteiler gleichermaßen tauche.

Wie soll ich die 0-1 V auf 2,5 V skalieren, vorausgesetzt, der Ausgang variiert zwischen -1 V und 1 V? Gibt es eine Lösung, die das Ausgangssignal des Stromwandlers sowohl verstärkt als auch vorspannt?

Die Schaltung, die ich verwende, sieht derzeit so aus

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

und ein Diagramm der analogRead()Werte ist unten gezeigt, wobei die x-Achse die Indexnummer der ADC-Probe darstellt, während die y-Achse den ADC-Wert (0-1024) darstellt. Die Abtastrate beträgt etwa 9 kHz (110 us pro Abtastung). Die Spitze-zu-Spitze-Differenz beträgt etwa 55 Samples, was uns eine Frequenz von 165 Hz gibt.

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arduino.cc/en/Reference/AnalogReference Bleibt die Lösung der DC-Vorspannung, die von der Frequenz und der Wellenform (Bandbreite) abhängt, die Sie nicht erwähnt haben.
@jippie Aktualisierte Frage mit dem Strom, den ich wahrnehme: 120 VAC bei 60 Hz.
Bevor Sie versuchen, Ratschläge zur Schaltungskonfiguration zu erhalten, müssen Sie den Status jedes "Ich denke" und "Ich glaube" in Ihrer Frage in "Ich weiß" ändern. Vorher ist jede Vermutung reine Zeitverschwendung.
@MichaelKaras Das Datenblatt besagt, dass der CT einen Ausgang von 0-1 V hat. Aber ich habe den Eindruck, dass die Ausgänge eines CT zwischen positiven und negativen Werten variieren. Kann man das auch ohne Oszilloskop feststellen? Ich habe nur ein Fluke 179 Multimeter und einen Arduino.
Welche Abtastrate verwenden Sie - was ist die Skala auf der x-Achse? Welcher Strom floss zu diesem Zeitpunkt in der AC-Leitung?
@Andyaka Ich habe die Abtastrate nicht definiert, könnte es die von Arduino festgelegte Grenze von 10.000 Abtastungen / Sekunde sein? Die x-Achse ist die Probennummer. Ich bin dabei, mir eine Strommesszange von Fluke anzuschaffen, um den Strom zu messen.
Ohne die Abtastrate bedeutet das Diagramm sehr wenig und Sie könnten Undersampling und Aliasing sehen
@Andyaka Ich habe gerade die Abtastrate gemessen und festgestellt, dass sie etwa 9000 Hz beträgt (112 ms zwischen den Abtastungen).
112 ms zwischen Samples sind 9 Hz und das erklärt das Aliasing in Ihrem Diagramm.
Ähm, 9Hz sind 112ms zwischen Samples!!
@Andyaka Entschuldigung, es sind 112 Mikrosekunden anstelle von Millisekunden
Verstärkung und Vorspannung von Spannungen sind die grundlegendsten Anwendungsfälle für Operationsverstärker. Suchen Sie nach diesen grundlegenden OpAmp-Schaltungen und Sie werden schnell eine einfache Schaltung finden, die Sie verwenden können.

Antworten (1)

Nur um die Dinge voranzutreiben, poste ich eine Idee (keine Antwort): -

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Ich glaube, dass die oben gezeigte Wellenform Strom in ein Gerät ist, das einen Brückengleichrichter, einen Ladekondensator und eine Last enthält. Es ist dem Stereotyp zu ähnlich, um etwas anderes zu sein (innerhalb des vernünftigen Rahmens), und die einzige Schlussfolgerung daraus ist, dass das OP in Bezug auf die Abtastrate falsch ist, da zwischen Wechselstromspitzen ziemlich genau 56 Abtastungen liegen, und bei 60 Hz muss dies bedeuten Die Abtastzeit beträgt etwa 300 Mikrosekunden oder die Abtastrate etwa 3,3 kHz.

Der OP wird aufgefordert, die Last anzugeben, und wenn es sich um ein Gerät handelt, das die Wechselstromversorgung gleichrichtet, sollte er die Abtastfrequenz auf der Grundlage des von ihm bereitgestellten Diagramms neu berechnen und gegebenenfalls seine Zahl ändern oder die x-Achse der ändern Graph.

Warum gibt es ein Tal in der Wellenform, wenn ein Brückengleichrichter verwendet wird? Ich bin mir nicht sicher, ob sich im Stromwandler ein Gleichrichter befindet. Der CT wird um ein Wechselstromkabel geklemmt, das mit einem Desktop-Computer verbunden ist, der ein Schaltnetzteil verwendet.
Der vom CT registrierte Strom, wenn er an einen PC als Last angeschlossen ist, sieht Ihrem Bild sehr ähnlich. Sie messen angeblich 60-Hz-Strom, daher sind die Spitzen sehr typisch für das, was in eine Leistungslast fließt, die einen Brückengleichrichter enthält. Ich möchte auch hinzufügen, dass das Netzteil des PCs wahrscheinlich keine angemessene Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur enthält, sodass es im Vergleich zu den neuesten Standards wahrscheinlich ein paar Jahre alt ist. Ich forciere jetzt die Analyse!
Offensichtlich gibt es keine Brücke im CT ... Ich beziehe mich auf den Desktop-Laststrom und lade Sie ein, Ihre Abtastrate oder die numerische Skala auf der X-Achse des Wellenformdiagramms neu zu berechnen.
Die Abtastrate wurde genauer auf 262 us pro Abtastung gemessen, was einer Periode von 14,147 ms oder 68 Hz entspricht. Ich denke, das ist nahe genug an 60 Hz, wenn man bedenkt, dass es ein Arduino ist?
Verstärken und Lesen eines 0-1-V-Signals in Arduino
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