Weitbereichs-Wattmeter

Den weiten Strommessbereich realisiert die Schaltung mit nur einem einzigen Shunt und den eingebauten umschaltbaren Differenzverstärkern des ATmega16. Ein Doppel-OPV macht aus dem Spannungsabfall am Shunt brauchbare Spannungen.

Arbeitsweise⚓

Der Mikrocontroller und die Anzeige wird mit 5 V Betriebsspannung betrieben, nämlich symmetrische ± 2,5 V. Die Speisung erfolgt in bekannter Manier mittels Phasenschieberkondensator aus der Netzspannung.

An den Differenzspannungseingängen ADC1-ADC0 sowie ADC3-ADC2 wird die momentane Stromstärke gemessen; an den Eingängen ADC4-ADC2 die jeweilige Spannung. Die beiden Operationsverstärker, vorzugsweise solche mit Rail-To-Rail-Ausgang und geringer Offsetspannungsdrift, verstärken die Spannung am Shunt um den Faktor 10 bzw. 47. Damit ergeben sich — in Verbindung mit der internen Umschaltmöglichkeit (×1, ×10 oder ×200) — sechs Strommessbereiche.

Zur Anzeige aller Berechnungsgrößen dient die vollgrafische Anzeige mit 240 × 64 Pixeln. Hinzu kommen 3 Tasten zur Funktionsauswahl und ggf. zum Zurücksetzen des Energiezählers. Das alles passt bequem in ein Gehäuse mit Schukostecker und -Buchse.

Die Optokoppler und die 9-polige SubD-Buchse dienen zum Anschluss an eine serielle Schnittstelle oder einen beliebigen USB-Seriell-Konverter.

Warum netzverbunden?⚓

Das Übertragen von Analogsignalen über eine Potenzial-Barriere ist ein ziemlich aufwändiger und fehlerträchtiger Prozess! In der klassischen Schaltungstechnik wurden dazu U/f- und f/U-Wandler verwendet. Es ist daher im Zweifelsfall günstiger, zwei Mikrocontroller zu verwenden, nur um keine Analogsignale übertragen zu müssen.

Der weitestgehende Betrieb an der Primärseite bietet folgende Vorteile:

Direkter Anschluss der A/D-Wandler des Mikrocontrollers ohne fehlerträchtige und Strom fressende Übertrager
Einfache, sehr energieeffiziente Stromversorgung

Für Drehstrom kann die Schaltung 3× aufgebaut werden, wobei zwei der Schaltungen Slaves ohne Display sind und die Messdaten dem Master per Optokopper zuspielen.
(Der Master sollte sinnvollerweise ein Chip mit mindestens 3 UART-Schnittstellen sein, etwa ATmega128.)

Da aber Drehstrom oftmals mit Hochstrom einhergeht, bei der die Strommessung eh' galvanisch getrennt gemacht wird, ist eine netzgetrennte Messung hierbei einfacher.

Gibt's schon!⚓

Im Prinzip gibt's das fertig zu kaufen. Etwa bei Reichelt mit guten technischen Daten. Nur die PC-Schnittstelle fehlt gemeinhin. Geräte mit Funkschnittstelle müsste man ausdekodieren.

Klar, im Eigenbau kann man mehr als nur grundlegende Messdaten auswerten, etwa das o.a. Leistungsspektrum.