Преобразователь напряжение-частота

jurkom

В процессе разработки исследовательской установки возникла потребность в гальванической развязке информационного сигнала.
Решил преобразовать сигнал в частоту и через оптрон измерить Arduino с последующей передачей в комп в текстовый файл.
А дальше, как у всех, анализ, графики с помощью Excell.
Попала под руку статья из польского журнала. Когда то давно ребята использовали эту схему. Неплохо о ней отзывальсь.
12 бит держала стабильно.
Но терзают меня сомнения, в правильной ли полярности включен диод D2?

Перетв_p2 rys 2-3 bw.gif: (43.03 КБ) 402 скачивания

Сделал модельку в Proteuse. Но как, то непонятно.

Kluch U-F.zip: (14.73 КБ) 181 скачивание

Вся статья из журнала

Преобразователь U-F.zip: (307.65 КБ) 276 скачиваний

Реклама

BorisJ

Блин..

(это я про "модельку в протеусе")

Реклама

B@R5uk

Зачем так сложно? Почему бы не поставить МК с АЦП до гальванической развязки, а развязывать уже цифровой сигнал с МК?

tonyk

B@R5uk писал(а):Почему бы не поставить МК с АЦП

ТС ведёт разговор про честные 12 бит результата измерений. Покажи доступный МК с АЦП, который выдаст 12 бит. ADuC, STM32F303 и прочие MSP430 с 16-ти битными дельта-сигма АЦП будут недёшевы, да и достать их сложно.

Реклама

Mickle

КР1108ПП1 стоит на интернет-барахолках от 70-100 руб. и содержит тот же самый ПНЧ, что на схеме из польского журнала.

У ТС профиль не заполнен. А то вдруг соседи по даче, глядишь, насыпал бы этих ПНЧ-шек

Реклама

B@R5uk

tonyk, моя идея не в АЦП, а в том, где разместить МК, а где — развязку.

Реклама

jurkom

B@R5uk писал(а):Почему бы не поставить МК с АЦП до гальванической развязки, а развязывать уже цифровой сигнал с МК?

Всё дело в том, что б будущем, наверное, придется измерять несколько параметров. И развязывать один бит или 12 в каждом канале имеет значение. Кроме того, рабочее место лаборанта находится на некотором удалении от установки.
Частота преобразователя будет не больше 12 кГц. Думаю, проблемы с передачей на несколько лесятков метров такой частоты не будет.

tonyk писал(а):КР1108ПП1 стоит на интернет-барахолках от 70-100 руб.

Стоимость компонентов преобразователя будет меньше, чем стоимость у нас КР1108ПП1 (~4$). Кроме того, все компоненты лежат в ящике стола. Изготовить сей преобразователь - дело рабочего дня. Да и с параметрами ОУ и обвязки поиграть можно.

Mickle

Если всё уже решено и наши советы не нужны, тогда вперёд, к научным свершениям

С диодом D2 всё в порядке.

electroget

[uquote="jurkom",url="/forum/viewtopic.php?p=4255026#p4255026"]В процессе разработки исследовательской установки возникла потребность в гальванической развязке информационного сигнала.[/uquote]
Тема это довольно сложная и решений на все случаи жизни не бывает. У меня есть аналогичная задача, но я пока не могу купить детали чтоб смакетировать свой вариант аналоговой развзяки. К концу месяца надеюсь купленные мною детали всё же придут и тогда я смакетирую свой вариант и покажу что у меня получилось для решения моей задачи.

Jurkin

V --> F можно сказать вечная тема

В одной теме предлагал решение на NJM4151. На Алике 10шт -10евро
Вот https://www.radiokot.ru/forum/viewtopic ... 0#p3892730
описывал её применение в частотниках HITACHI, как раз применённого для развязывания входного аналогового напряжения.

electroget

[uquote="Jurkin",url="/forum/viewtopic.php?p=4255618#p4255618"]V --> F можно сказать вечная тема[/uquote]
Раньше это действительно было так. Потому что других вариантов особо и не было. Но сейчас, с появлением широкодоступных MK со встроенными 12-битными АЦП, делать промежуточное преобразование аналогового сигнала в частоту, а потом измерять полученную частоту микроконтроллером, обычно нет необходимости. Разве что в каких-то специальных случаях.

jurkom

[uquote="Mickle",url="/forum/viewtopic.php?p=4255603#p4255603"]Если всё уже решено и наши советы не нужны, тогда вперёд, к научным свершениям

С диодом D2 всё в порядке.

[/uquote]
Спасибо за ответ.
Советы нужны. У нас страна советов. Но есть много старых решений, не менее эфективных, чем нынешние. Но меньших по стоимости.
Можно купить в Китае. Но ждать три месяца, пока приедет. И приедет ли то, что заказывал, с нужными параметрами. Да и в процессе разработки, отладки, работы компоненты имеют привычку портится. Мне проще поменять какой либо ОУ стоимостью несколько десятков центов, чем AD ценой с десяток $. Да и покупать приходится мне с моих пенсионных.

В схеме (номерация согласно Вашей модели) D1, D6 - ключ, который подключает ток разряда интегратора.
При замкнутом ключе D1, D6 закрыт +5В и интегратор интегрирует входное напряжение.
При разомкнутом ключе (логический TTL 0) D1, D6 открывается и через него течет ток противоположной к входному сигналу полярности и большего значения, разряжая интегратор.
На D3, D8 падает 0,55В. Он прямосмещен.
Вопрос - ток формируется напряжением питания -15В через резистор R3, R6 или к этому току добавляется и ток через D3, D8 из напряжения на стабилитроне D2, D7?

В первом случае не есть good, так как напряжение питания может иметь нестабильность.
И вообще, какова функция D3, D8?

diplodok

Есть и такое ACPL-C79B, ACPL-C79A, ACPL-C790

tonyk

electroget писал(а):Но сейчас, с появлением широкодоступных MK со встроенными 12-битными АЦП

ТС выше вёл разговор про результат с точностью 12 бит. Ни один из попсовых МК с 12-ти бмтным АЦП не обеспечит 12 бит результата. А те, что обеспечат, будут уже не 12-ти битными, и не очень доступными.

electroget

tonyk,
Не вижу принципиальной проблемы. Если ТС ищет решение для профессиональной задачи, то он может позволить себе МК даже с 16-bit АЦП. Такие пока ещё доступны. И тогда никаких промежуточных ПНЧ вообще не потребуется. Так что это вопрос чисто технический. А вот с аналоговой развязкой действительно повозиться придётся. Я сам хочу этим заняться, но нужных деталей пока нет.

Mickle

[uquote="jurkom",url="/forum/viewtopic.php?p=4255775#p4255775"]И вообще, какова функция D3, D8?[/uquote]

Функция термокомпенсации.

Т.к. источник тока имеет малое внутреннее сопротивление (всего 6 кОм), температурная вариация падения напряжения на диодном ключе D1 (на оригинальной схеме) будет приводить к вариации силы разрядного тока интегратора. Если принять для диода ТКНпр=2,1 мВ/°C, привносимая им погрешность масштаба АЦП составит примерно 0,04 %/°C. Диод в составе ИОТ привносит ту же самую температурную ошибку, но с противоположным знаком.
По поводу влияния нестабильности напряжения питания на ИОТ: коэффициент подавления по моим расчётам составит 60-65 дБ.

electroget

Mickle,
У меня тоже есть вопрос по этой схеме. А зачем разработчик этой схемы так заморачивался? Почему он не поставил по входу настоящий диффиренциальный ОУ? Существуют ведь даже специальные микросхемы, которые обеспечивают стыковку сигналов датчиков с АЦП - AD8137 например.

Mickle

Схема и статья, которые привёл топикстартер, взяты из журнала 1982 г. AD8137 появился на рынке через 22 года.

B@R5uk

[uquote="jurkom",url="/forum/viewtopic.php?p=4255593#p4255593"]Кроме того, рабочее место лаборанта находится на некотором удалении от установки.
Частота преобразователя будет не больше 12 кГц. Думаю, проблемы с передачей на несколько лесятков метров такой частоты не будет.[/uquote]
Ооооо! Это однозначно означает, что оцифровка должна производиться по месту. Другому просто нет пути. Иначе вы замучаетесь настраивать передачу сигнала так, чтобы его фронты не искажались и не размывались (а ведь есть ещё шумы и наводки!). Проблемой будет не то что 12 бит получить, 8 бит может не взлететь. Вот посмотрите: 12 кГц соответствует 83 мкс, поделите это на 2 в 12 степени, и получите прикидку того, какая точность передачи фронтов вам нужна. Плюс лютый гемморой с линейностью преобразования напряжение-частота (решается калибровочной таблицей, но легче от этого не становится, особенно, если нет гарантии, что калибровочные значения не будут плыть со временем/температурой).

А на счёт развязки 12 бит — это вы загнули. Сейчас никто в здравом уме не передаёт данные по параллельному интерфейсу. Кучу же последовательных напридумали, как то I2C, USART, SPI или даже хотя бы тот же USB (поверх которого можно пустить USART).

electroget

Для шины I2C есть гальваноразвязка ADUM.
Но это если вариант с АЦП ADS1115 "по месту" реализуем.