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  2. Kandidat werden bei Die Modellbauer

Praxisbericht 230V AC Pegel mit einem Arduino erkennen

Dieses Thema im Forum "Arduino, RaspberryPi und Co." wurde erstellt von BAXL, 5. Juni 2019.

  1. BAXL

    BAXL Moderator Mitarbeiter

    Sehr häufig besteht der Wunsch festszustellen, ob irgendwo 230V~ anliegen. Meist soll geprüft werden, ob ein Gerät eingeschaltet wurde, wie z.B. Pumpen. Bislang habe ich noch kein richtiges Modul für Arduinos gefunden, dass bei 230V "AN" einfach nur ein High-Signal liefert. Es gibt zwar zahllose Vorschläge dafür, wie man das selbst basteln kann, nur sind diese Lösungen oft sehr windig, weil man sich u.U. die hohe Wechselspannung auf die Arduinoplatine einschleppen kann, was zudem auch lebensgefährlich ist. Sucht man in diversen (Arduino)Foren, findet man nur wage Lösungsansätze, aber hauptsächlich Unverständnis und Klugscheißerei bezüglich der 230V~.

    Mittlerweile habe ich einige Lösungsansätze und auch Hrdware zusammengetragen, um dieses Problem zu lösen. Aus Gründen der Sicherheit bevorzuge ich in jedem Fall eine galvanische Trennung der Stromkreise. Die Variante mit Widerständen, Kondensatoren und Dioden will ich nur erwähnen, aber nicht vertiefen. Ebenso die Lösungsvorschläge einfach ein Netzteil für ein Mobiltelefon zu missbrauchen, lasse ich zum Teil außen vor, weil die neueren Netzteile fast ausnahmslos Schaltnetzteile sind, womit wir wieder das Problam mit der galvanischen Trennung haben. Zuerst zähle ich meine Ideen auf und werde diese Stück für Stück ausprobieren und hier vorstellen.

    Hier nun die Ideen:

    1. Eine Kontrolleuchte, die direkt an 230V angeschlossen werden kann in Verbindung mit einer Fotozelle.
    2. Eine 230V Vorschaltplatine für eine LED, die ebenfalls einen Fototransistor beleuchten soll. Alternativ der Ersatz der Diode durch einen Optokoppler, z.B. ein CNY-17.
    3. Ein Mininetzteil 230V~ auf 5V -, dass aber einen kleinen Trafo zur galvanischen Trennung besitzt.
    4. Ein älteres 5V Netzteil von einem Mobiltelefon, ebenfalls mit Trafo.
    5. Ein 230V~ Relais
    6. Einen Spannungsmesser, der galvanisch getrennt eine messbare Gleichspannung ausgibt, die proportional zur anliegenden Wechselspannung ist und sogar bis 1000V funktioniert.

    Nach einem kurzen Versuch habe ich einen Hallsensor verworfen und werde auch keinen Stromwandler nehmen, weil ich durch dessen Spule einen einzelnen stromdurchflossenen Draht führen muß. Dafür müsste ich einen etwas größeren Aufwand betreiben und das Ergebnis ist noch Unsicher. Vorteil wäre natürlich, dass damit theoretisch überprüft werden könnte, ob ein angeschlossenes 230V Gerät auch tatsächlich läuft, sonst flösse ja kein Strom.

    Vorerst schließe ich das Thema, um die Lösungsvorstellungen nicht mit einem Diskussionsgrundrauschen unübersichtlich werden zu lassen, dafür soll es gerne ein eigenes Thema geben, bzw. mache ich dieses Thema auf, wenn alle Varianten mit Vorstellung einer Testschaltung von mir beschrieben wurden.
     
  2. BAXL

    BAXL Moderator Mitarbeiter

    Beginnen wir mit Version 1. Dazu habe ich LED-Kontrolleuchten bestellt, die man direkt an 230V anschließen kann. Kosten 3 Stück 7,20€

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    und den Fotozellen. Stück ca. 0,50€.

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    Der Plan ist, die Fotozelle direkt an das fenster (Lichtaustritt) der Kontrolleuchte anzubringen. Natürlich muß ich dann irgendwie dafür sorgen, dass kein Fremdlicht die Messung stört. Die Schaltung der Fotozelle gibt sowohl einen analogen Wert aus, als auch ein einfachen HIGH-LOW, dass man an einem Poti der enthaltenen Komparatorschaltung einstellen kann. Ich werde also eine Sketch schreiben, der beide Signale lesen kann.

    Der mechanische Aufbau wird natürlich etwas unprofessionell ind gefrickelt aussehen. Soll diese Lösung zum Einsatz kommen, müsste man das gebilde irgendwie in ein Gehäuse stecken.
     
    Zuletzt bearbeitet: 5. Juni 2019
  3. BAXL

    BAXL Moderator Mitarbeiter

    Version Nummer 2. ist die LED-Vorschaltplatine, die im Prinzip der Lösung Nr. 1. gleicht mit dem Unterschied, dass ich die LED auch gegen einen Optokoppler tauschen kann, damit wird die Schaltung etwas ordenlicher als die Lösung 1.

    Hier die Vorschaltplatine, die tatsächlich inkl. einer LED gelifert wurde. Kostenpunkt: 3,50€, den Optokoppler habe ich noch, würde aber um die 0,30€ kosten.

    Hier die Vorschaltplatine:
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    Es funktioniert!
    Zum Testen habe ich an die Vorschaltplatine ein Fotozellenmodul angeschlossen. Das Modul besitzt einen analogen und einen digitalen Ausgang. Beide Ausgänge habe ich mit einem kleinen Sketch in 500ms Abstand abgefragt und das Ergebnis über den seriellen Monitor angesehen. Die Sensorplatine besitzt zudem eine kleine Kontroll-LED, die anzeigt, ob Licht auf die Fotozelle fällt, bzw. wenn der Komparator eine Schwell über- bzw. unterschreitet.

    Für den Versuchsaufbau habe ich die LED-Vorschaltplatine mit einem Lampenkabel angeschlossen, das einen eingebauten Schalter besitzt. Ganz wichtig ist es, die Teile der Platine, die an 230V~ liegt, gegen Berührung zu schützen.

    Und so sieht das Ergebnis aus:

    230V~ aus
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    230V~ an
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    [​IMG]


    Der serielle Monitor zeigt bei eingeschalteter Spannung einen analogen Wert von 23 und am digitalen Kanal ist eine Null.
    Im ausgeschalteten Zustand ist der analoge Wert bei ca. 360 und der digitale Kanal gibt 1 aus.

    Das Test-Sketch sieht so aus:
    byte Pumpe = 7;
    byte PumpeAn = 0;
    int PumpeAnalog = 0;

    void setup() {
    // put your setup code here, to run once:
    Serial.begin(9600);
    pinMode(Pumpe, INPUT);

    }

    void loop() {
    // put your main code here, to run repeatedly:
    PumpeAn = digitalRead(Pumpe);
    PumpeAnalog = analogRead(A0);
    Serial.println("Pumpe Digital"); Serial.print(PumpeAn);
    Serial.println(" Pumpe analog"); Serial.print(PumpeAnalog);
    delay (500);
    }

    Hier noch ein Foto von der version mit CNY-17. Diese Variante kann ich aber nicht für Laien empfehlen. Weil die 230V über den Anodenanschluß (rotes Kabel) ausgeschleppt werden!
    Da besteht also Lebensgefahr!


    [​IMG]
     
    Zuletzt bearbeitet: 11. Juni 2019
  4. BAXL

    BAXL Moderator Mitarbeiter

    Lösung 3. sind die Mininetzteile, von denen 5 Stück 11€ kosten, also ca 2,20€ pro Stück. Wie man auf dem Bild sehen kann haben die Teile einen Transformator. Ich denke, dass ich am Ausgang noch einen oder zwei Widerstände anbringen werde.


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  5. BAXL

    BAXL Moderator Mitarbeiter

    Lösung 5., das Relais, liegt ebenfalls hier. Relais mit Fassung kostet zusammen rund 11€. Dieses Konstrukt müsste ebenfalls in einem relativ großen Gehäuse (AP-Abzweigdose z.B.) untergebracht werden, was den Preis noch einmal höher macht. Von der Beschaltung und Auswertung sicher die einfachste Version.

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    [​IMG]
     
  6. BAXL

    BAXL Moderator Mitarbeiter

    Die letzte Variante Nr. 6., hat auch zuletzt den Weg zu mit gefunden. Basis dafür ist ein Spannungswandler vom Typ ZMPT101b, der alleine, oder auf eine Platine mit weiterer Beschaltung angeboten wird. Je nach bezugsquelle und Geduld zahlt man für die Platinenversion zwischen 2,50€ (ebay) und rund 5,80€ (Amazon). Dazwischen liegen ca. 4 Wochen angezeigte Lieferzeit.

    Hier der nackte Wandler, der natürlich pro Stück noch günstiger erhältlich ist.:

    [​IMG]
    und die Platinenversion die ich bestellt habe:

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    Die Variante sieht am elegantesten aus, benötigt die wenigste Zusatzbeschaltung und ist, je nach Bezugsquelle, die günstigste Version. Gemessen wird dann tatsächlich die anliegende AC-Spannung.
    0-1000V entspricht 0-10mA (Sampling resistor ist 100ohm)
     
  7. BAXL

    BAXL Moderator Mitarbeiter

    Reservepost
     
  8. BAXL

    BAXL Moderator Mitarbeiter

    Ich mache jetzt das Thema auf, weil ich die Varianten bereits in eigene Posts gepackt habe und da nur noch ergänze. Variante 1. ist vorübergehend auf Eis gelegt, weil man mir falsche Kontrolleuchten geschickt hat. Anstatt 230V Lampen, wurden mir 12V Lampen zugeschickt, was man an der Verpackung leider nicht erkennen konnte. Ich habe dann eine der Lampen mit einer Leitung an 230V angeschlossen und es machte kurz PUFF und kleine dunkle Rauchwölckchen stiegen auf, begleitet von einem bekannten Schmorgeruch. Auf den Lampen selbst war ganz klein 12V~ gedruckt, was ich aber übersehen habe. So sind die Dinger jetzt wieder zum Händler zurück. Bis dahin probiere ich jetzt Variante 2., die LED Vorschaltplatine. Erster Test war erfolgreich, die LED leuchtet wenn 230V~ anliegen :). Mir ist aber ein ganz leichtes Flimmern aufgefallen. Mal sehen, ob das bei der Auswertung des Signals stört.

    Jetzt muß ich noch irgendwie die Fotozelle da drann fummeln. Mit Isolierband hat das leider nicht richtig funktioniert, darum suche ich mir ein dickeres Stück Plastik und bohre dort ein 5mm Loch, in das ich von beiden Seiten einmal die LED und einmal die Fotozelle stecke. Mehr dazu später.
     
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  9. BAXL

    BAXL Moderator Mitarbeiter

    Es gibt Neues, der Versuch mit der 230V~ LED-Vorschaltplatine hat schon mal funktioniert. Siehe Post #2. Als Nächstes werde ich die Sache mit dem relais probieren.
     
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  10. BAXL

    BAXL Moderator Mitarbeiter

    So, nun ist auch der Test mit dem Optokoppler gemacht. D.h., 230V LED-Vorschaltplatine mit dem Optokoppler anstelle der LED und der Fotozellenplatine. Jaaaaa, grundsätzlich funktioniert es. Als Vorabtest habe ich eine LED über den Optokoppler Ausgang mit einen 200 Ohm Widerstand an +5V und Masse angeschlossen. Der Eingang hat ebenfalls einen 200Ohm Widerstand bekommen. Es funktionierte tatsächlich, die LED wurde von der 230V Platine per CNY17 ein und wieder ausgeschaltet. Das gleiche funktionierte sogar mit dem Arduino. Aaaber das ganz klappte nicht immer, manchmal ging es auch nicht. Da habe ich vorsichtig an den Widerständen gewackelt, weil die nur sehr dünne Drähte haben und ich befürchtete, dass die keinen richtigen Kontakt haben. Beim Wackeln wusste ich dann, warum diese Vorschaltplatinen so ihre Tücken haben. Als alter Elektroinstallateur kannte ich dieses Gefühl. Die 230V werden also auch auf den LED-Ausgang der Vorschaltplatine ausgeschleppt.

    Damit ist es zwar technisch möglich, die 230V werden ja durch den CNY17 vom Arduino getrennt, aber trotzdem muß man damit sehr vorsichtig umgehen. Meine Empfehlung für E-Technik Laien: Finger weg davon.
     
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