Wie kann man eine isolierte Erdung für Arduino bereitstellen?

Ich entwerfe zu Hause eine EEG-Schaltung mit einem Arduino. Jetzt erfordert die Schaltung aus Sicherheitsgründen die Verwendung einer Batterie und einer Optokoppler-isolierten Masse. Ich plane, den Optoisolator 6N137 von Fairchild Semiconductor zu verwenden, um die USB-Stromversorgung von der Mikrocontroller-Stromversorgung zu trennen. Wie stelle ich die Anschlüsse für einen Arduino her? Außerdem, wie man die Arduino-Masse von der USB-Masse trennt. Dies ist die Website, die ich meine:

http://people.ece.cornell.edu/land/courses/ece4760/FinalProjects/s2012/cwm55/cwm55_mj294/#

Wenn Sie jetzt nach unten zum Abschnitt Microcontroller Board Design scrollen, wird es für mich verwirrend. Kann jemand bitte vorschlagen, wie man die gleichen Verfahren für einen Arduino durchführt. Ich bin ziemlich neu in diesem Thema und brauche Hilfe. Ich möchte die gleiche Isolation (sogar jede andere Isolation reicht aus, solange sie funktioniert, aber ich fand, dass die Optop-Isolation billiger ist) mit einem Arduino.

Es ist unmöglich, USB von der MCU-Masse auf dem Arduino zu trennen, da sie direkt auf der Platine gekoppelt sind, obwohl dies weniger problematisch ist. Die Erzeugung einer isolierten Masse für die ADCs kann entweder über Optoisolatoren und eine wirklich isolierte Masse (buchstäblich eine nicht angeschlossene oder kapazitiv gekoppelte Kupferebene mit einer isolierten Stromversorgung) oder mit einem in diesem Artikel gezeigten virtuellen Masseschema erfolgen. In diesem Fall erzeugt der 3140 OpAmp eine entkoppelte (nicht wirklich isolierte!) virtuelle Masse mit einem 2,5-V-DC-Offset von der MCU-Masse.
Ich habe dieses Virtual-Ground-Schema verwendet, aber als ich die Elektroden angeschlossen habe, habe ich einen leichten Schock bekommen. Ich habe den Typen kontaktiert, der die Seite erstellt hat, und er hat mir gesagt, dass die Isolierung notwendig ist. Wie mache ich das mit einem Arduino?
Gemäß dem Diagramm isoliert er das "Host" -System (Computer + USB) in seiner Gesamtheit galvanisch von der MCU und dem Messsystem und verwendet eine virtuelle Masse, um das ADC-Rauschen zu minimieren. Leider ist dies vom Arduino aus nicht möglich, da der USB fest verdrahtet ist, um nicht isoliert zu werden. Sie können es trotzdem zum Laufen bringen, indem Sie den ADC allein isolieren (keine virtuelle Masse, echte Isolierung) oder eine Arduino-Variante ohne USB und einen extern isolierten FTDI-Chip verwenden. Das Problem ist, dass Ihr Kopf über den USB und Ihren Computer eine Masse findet.
Also sollte ich wohl den ADC alleine isolieren. Irgendwelche Vorschläge dazu bitte?
Eine separate Tochterplatine mit ADCs und eigener Masseebene, Optokoppler oder ähnliches zur Überbrückung der Isolationslücke zur MCU, isolierte Stromversorgung (Schaltmodus mit Flyback-Transformator anstelle einer Induktivität), um die Tochterplatine und die ADCs isoliert mit Strom zu versorgen.
Siehe diese verwandte Antwort
Isolierende USB-Geräte / Hubs sind verfügbar. Hoppla, siehe Antwort von @Scott Seidman

Antworten (1)

Es gibt eine Reihe von Ansätzen, die von teuer und einfach bis billig und komplizierter reichen.

Zunächst einmal ist ein 6N137 ein Optokoppler und keine isolierte Stromquelle. Digitale Optokoppler sind wichtig für einige der folgenden Designs, aber sie liefern keinen Strom, den Sie mit einem DC/DC-Wandler mit Isolierung aus einem USB-Bus erzeugen können. Die TI-Auswahlmatrix für solche Geräte finden Sie unter http://www.ti.com/lsds/ti/power-management/isolated-dc-dc-converter-products.page

Der einfache Weg ist die Verwendung eines USB-Isolators, wie die Adafruit-Implementierung unter https://www.adafruit.com/products/2107 . Diese sind teuer. Dieses Gerät erzeugt tatsächlich eine isolierte Stromquelle, die 100 mA Strom liefern kann (obwohl ich nicht sicher bin, ob das für den Arduino ausreicht - Sie müssten es nachschlagen).

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Der nächste Weg wäre, Ihr Arduino unter USB-Stromversorgung zu lassen, eine isolierte Stromversorgung für Ihre analoge Seite bereitzustellen und einen ANALOG-Isolator zu verwenden, um das Signal zum ADC auf Ihrem Arduino zu bringen.

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Ein preiswerter analoger Isolator ist der HCNR201 – http://www.avagotech.com/products/optocouplers/industrial-plastic/specific-function/high-linearity-analog/hcnr201 . Solche Dinge können schwierig zu verwenden sein und erfordern Operationsverstärker auf beiden Seiten Ihrer Isolierung.

Sie können auch ISOLATION AMPLIFIERS ( http://www.analog.com/en/products/amplifiers/isolation-amplifiers.html ) mit dem gleichen Effekt verwenden, und sie sind wahrscheinlich einfacher zu verwenden. Es kann sogar einige geben, die die isolierte Stromversorgung bereitstellen.

Der einfachste Weg, abgesehen von einem USB-Isolator, besteht darin, das Arduino off-chip mit Strom zu versorgen, einen externen ADC in Ihr System einzubauen und digitale Isolatoren wie Ihren 6N137 zu verwenden. Oder Sie können einen seriellen Busisolator wie den ADUM1250 I2C-Isolator verwenden , um die Daten mit digitalen Mitteln zu Ihrem Arduino zu bringen, was den Vorteil hat, dass er auf einem bidirektionalen Bus wie I2C nützlich ist, wenn Ihr ADC von dieser Sorte ist. Die digitale Isolierung ist billiger und einfacher als die analoge.

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Jede Methode wird Vor- und Nachteile haben. Meine Präferenz wäre jedoch, das Arduino auf der Computerseite zu halten, dann müssen Sie sich keine Sorgen machen, dass sich das Uhrenrauschen über Ihren schönen, sauberen, isolierten Boden ausbreitet. Angesichts der mit analogen Isolatoren verbundenen Probleme würde mich dies dazu bringen, einen externen ADC und serielle Busisolatoren zu verwenden.

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