Spannung und Strom loggen

[Rodge]

Ich bin auf der Suche nach einer günstigen und flexiblen Möglichkeit Strom und Spannung aufzuzeichnen.
Ich möchte die Elektrik meines Wohnwagens untersuchen, einen kompletten Entladezyklus der Batterie.
Im Taschenlampenumfeld könnte man dies ebenfalls für ent-/lade Analysen verwenden.

Anforderungen:
Kanal 1: Spannung 9 - 15V
Kanal 2: Strom max 10A (typ 2-6) oder Spannungsmessung an einem Shunt
Frequenz: ca 1 Hz
Messdauer: min 2 Tage
Kosten : bis ca 200€ für 2 geeignete DMMs wäre ok. Für einen einzelnen Logger würde ich weniger bezahlen, da weniger gut wiederverwendbar.

Die Lösung muss nicht sehr genau sein!

Möglichkeiten über die ich schon nachgedacht habe :

Szenario 1 - 2 DMMs mit Bluetooth

+ die DMMs kann ich einfach in den Stromkreis schalten, max zusätzlicher Shunt.
+ Messbereichsanpassung im DMM
+ Die beiden Multimeter kann ich auch für andere Dinge einsetzten
+ Daten können direkt angezeigt werden
- Bluetooth Gerät (altes Smartphone) muss die ganze Zeit mitlaufen
- möglicher Datenverlust bei Verbindungsabbruch
- nur wenige Apps scheinen mehrere Geräte zu unterstützen, ich weiß es nur von Owon (und diese App steht nicht im besten Ruf)
Gerätebeispieleb OWON BT41T und andere von Owon. Von anderen (Aneng, PeakTech) weiß ich nicht, ob die App mehrere Geräte unterstützt, denke nicht.

Szenario 2 - Datenlogger
+ autarker Betrieb, störungssicher
+ Logger sind üblicher Weise auf langen Betrieb ausgelegt
- elektrische Anpassung notwendig, Logger haben meist keine Bereichswahl
- Daten müssen erst am PC ausgelesen werden
--- ich habe absolut kein günstiges, mehrkanaliges Gerät finden könnten.

Szenario 3 - Handheld Oszilloskop
Steht und fällt damit, ob es ein günstiges Gerät gibt, was auch mit diese niedrigen Frequenz loggen kann. Vorteil wäre die integrierte Bereichswahl und direkte Anzeigemöglichkeit.
Geräte wie das Hantek 2D72 könnten sowas möglicherweise, konnte es aber nirgendwo herausfinden.
Weiß das jemand, oder kennt jemand ein Scope was auch langsam loggen kann?
Wäre ein Grund für ein neues Oszi...

Szensrio 4 - Arduiono + SD Card Shield
+ sehr preiswert
+ interval frei anpassbar
+ sehr hohe Messzeit möglich
- Aufwand für elektrische Anpassungsschaltungen und Programmierung
- Genauigkeit des onboard ADC nicht sehr hoch (aber ok denke ich)
- Datenauswertung / Transfer nach Excel komplizierter
- Aufbau nicht direkt / ohne Umbau für andere Zwecke einsetzbar

Da die Bluetooth DMMs und deren Software offenbar noch besonders toll sind, oder gar nicht 2 Geräte loggen können ist die Lösung wohl raus.
Wäre eigentlich mein Favorit gewesen. Es sei denn jemand von Euch kann mir Geräte nennen die da gut funktionieren.

Da es offenbar keine günstigen Logger gibt und die günstigen Handheld Oszis das wahrscheinlich auch nicht können...

Bleibt im Moment nur die Lösung Arduino. Ist zumindest billig und eine schöne Aufgabe. Nur fehlt mir eigentlich für Zeit dazu.

Falls jemand dazu gute Tipps und weitere Vorschläge hat - die sind herzlich willkommen!

 

[twiemer]

Hey,

Für den Arduino gibt es Erweiterungsboards für kleines Geld. Beispiel: (https://www.robotshop.com/de/de/mcp...wandler-mit-programmierbarer-verstarkung.html)

Die können einfach über die I2C Schnittstelle und eine Bilbiothek mit dem Arduino verbunden werden. Die Arduino Bibliothek wird gleich mitgeliefert und das ganze wird denke ich, Arduino typisch, mit wenigen, einfachen Befehlen zu lösen sein.

Mit den 18 bit Auflösung bist du dann über den Messbereich vom ADC im Mikro-Volt Bereich (~10^(-5) V), was denke ich für Deine Zewcke mehr als ausreichend sein sollte.
Problem wäre nur, dass z.B. der verlinkte ADC nen Input-Bereich von -2.048 V bis +2.048 V besitzt weil er um eine Referenzspannung herum misst. Das ganze könnte man aber mit einem clever gesetzten Spannungsteiler und Shunt einfach umgehen. Dann benutzt man zwar nur die Hälfte des Messbereiches, aber die finale Auflösung (zurückgerechnet auf den tatsächlichen Input) sollte dann immer noch im unteren Millivolt Bereich liegen. (Wahrscheinlich sogar noch besser, so im Bereich von ~10^(-3) bis 10^(-4) Volt Auflösung)

Natürlich gibt es bestimmt auch noch andere ADC's mit nützlicheren Messbereichen, müsste man sich mal schlau machen.

Es gibt auch noch den Arduino DUE, der hat einen On-Board 12 bit ADC mit nem Messbereich von 0 V bis 3,3 V (!!Wichtig, keine 5V wie beim normalen Arduino Uno!!) Das wären immerhin auch noch 0,81 mV an Auflösung.


Als Alternative ginge das ganze Vorhaben auch mit einem Raspberry Pi und entsprechenden Erweiterungsboards. Das schöne am Pi ist, dass man ihn so konfigurieren kann, dass er die Daten direkt auf einen privaten Server läd, wo man sie dann von überall aus bequem abrufen kann. (schon grafisch dargestellt)

ADC 2: https://shop.controleverything.com/products/4-channel-0-20v-analog-to-digital-converter
Mit dem ADC hier könnte man z.B. direkt die Batteriespannung messen, da er nen Input-Bereich von 0-20V besitzt.
Und mit seinen 16 Bit hat er eine Auflösung 20V/(2^16bit) = 0,305 mV


Wichtig: Die Boards die ich verlinkt habe sind die erstbesten gewesen, die ich auf Google gefunden habe, da finden sich bestimmt noch günstigere/bessere!


Natürlich kann man sich die ganzen Sachen auch selber "zusammenlöten" und kommt damit deutlich günstiger weg, aber ich weiß ja nicht wie viel Zeit und Mühe Du da rein investieren möchtest und wie viel Wissen im Umgang mit Mikrokontrollern und Elektronik bei Dir vorliegt.


Fazit: Es ist entscheidend wie genau die Messungen sein sollen. Wenn ein paar mV als Auflösung reichen, dann reicht sicherlich auch der On-Board ADC vom Arduino. Soll es genauer sein, müsste man sich über Erweiterungsboards helfen.
Die Lösung mit Arduino wird sicherlich in der Programmierung ein bisschen "freundlicher" sein, jedoch könnte die spätere Auswertung evtl. etwas tricky werden, da sehe ich den Pi vorne, weil der ohne Probleme Excel kompatibele Tabellen / schon fertige Grafiken erstellen kann.


Edit: Ich hab mir mal ein paar Videos auf der Videoplattform meines Vertrauens zu dem Thema angeschaut. Datalogging mit dem Arduino und anschließende Auswertung scheint doch einfacher zu sein, als ich zuerst gedacht habe. Das sollte jeder nach ein paar Erklär-Videos hin bekommen. Einfach die Daten vom Arduino auf ne SD-Karte schreiben lassen. Die Datei kann man dann mit jedem Text-/Tabellen-Programm öffnen und sich mit wenigen Klicks ne vernünftige Grafik ausgeben lassen.

Und sollte man mal nicht weiter wissen, dann gibt es tausende Leute, die so ein Projekt schon umgesetzt haben und an denen man sich orientieren kann. Einfach mal auf Google, Youtube und Github umschauen, da sollte man auf jeden Fall etwas finden. Vielleicht kann man sogar ein Projekt von jemandem 1:1 kopieren.

 

[Rodge]

Hallo @twiemer ,

Danke für Deine ausführliche Antwort.
ADC boards mit einstellbarer Verstärkung hatte ich noch nicht gefunden. Der erste Link mit dem MCP3424 basieren Board liest sich wirklich ganz gut. Besonders wg der differentiellen Eingänge.

Raspberry PI wäre extrem verlockend, allerdings kenne ich mich da noch gar nicht aus.
Arduino habe ich auch noch nicht gemacht. Allerdings schon einiges mit einem AT Mega8 Experimentierboard, Programmierung über Bascom AVR.
Grundsätze und Möglichkeiten der AVRs sind mir dh bekannt.
Da in der Arduinowelt ja etliche Bausteine vorgefertigt sind werde ich da wohl einen guten Einstieg finden.
Ich denke mit einem SD Karten Shield sollte ich recht einfach Daten schreiben können.
Eben ein OP mit ein paar Widerständen aufs Steckbrett um mit dem internen ADC zu testen sollte auch kein Problem sein. Wenn nötig dann der besser ADC...
Fast fertig

Sicher hätte ein PI genug Power alles sofort auszuwerten und anzuzeigen. Ich würde es aber nicht selbst programmieren wollen. Dann lese ich lieber eine Textdatei in Excel ein.
Einzige Möglichkeit wäre ein Projekt komplett zu übernehmen. Aber wenn dann da nur eine Änderung nötig ist, dann muss ich mich doch einarbeiten.

Github ist bisher noch an mir vorbei gegangen. Bin ich jetzt ein paar Mal drüber gestolpert, da muss ich mal nach sehen scheint mir.

Ich kann im Moment nicht zuviel Zeit investieren, dh hätte ich auch 2 Multimeter bevorzugt.

Gruß Richard

 

[twiemer]

Der erste Link mit dem MCP3424 basieren Board liest sich wirklich ganz gut.

Unter Nützliche Infos findest du da auch direkt die Arduino Bibliothek. Einfach diese in Sketch einbinden und die vier Kanäle sollten sich mit wenigen Befehlen auslesen lassen. (Fast) Alle Bibliotheken von Aruino enthalten eine Befehlsliste, wo genau beschrieben ist, wie jeder einzelne Befehl funktioniert. Meistens, bei Sensoren zum Beispiel, ist auch direkt ein Programmbeispiel mitgeliefert wo man sich auch einiges abkupfern kann.

Allerdings schon einiges mit einem AT Mega8 Experimentierboard, Programmierung über Bascom AVR.

Von der Programmierung ist das garnicht so unterschiedlich zu deinen ATmega8. Der Arduino wird mit einer C bzw. C++ ähnlichen Sprache programmiert, die ist aber wirklich einfach zu lernen und es gibt mehr als genug Beispiele und Tutorials im Netz.
Man kann die Port-Manipulationen des Arduino auch in "Register-Schreibweise" programmieren. Das hat den Vorteil, dass man sich einiges an Speicherplatz, sowohl im RAM als auch im ROM , einspart. (Die Befehle müssen halt nicht erst in einer Bibliothek nachgeschlagen werden, sondern werden direkt im Code ausgeführt) Dies ist besonders bei großen Projekten interessant, bei denen der Arduino sonst an seine Grenzen kommen würde. Aber für Dein Projekt solltest Du mit den "normalen" Befehlen keine Probleme bekommen.

Arduino ist wirklich kein Hexenwerk und ich kann jeden nur ermutigen, sich damit zu beschäftigen. Ist wirklich eine feine Sache und überhaupt nicht kompliziert.

Github ist bisher noch an mir vorbei gegangen.

Da würde ich mich auf jeden Fall mal umschauen. Bei der Vielzahl an Projekten würde mich nicht wundern, wenn Dein Projekt nicht schon dabei wäre.

Kannst Dich ja auch mal was auf Youtube umschauen. Das hier geht doch schon etwas in die gewünschte Richtung, oder?
(

)

 

[Rodge]

In der Tat, das kommt meinem Zweck schon extrem nahe.
Ich werde mir mal die Dokumente herunterladen.
Bei der Strommessung brauche ich einen anderes Setup, muss etwas mehr Strom aushalten.
Einen 33 mOhm Shunt habe ich noch, werde da mal etwas experimentieren.
Ansonsten habe ich auch ganz hübsche, Hall basierte Stromwandler gefunden. Dann wäre die Strommessung potentialfrei.

ACS758LCB-050B-PFF-T Linearstrom-Hallstromsensormodul

 

[twiemer]

Ansonsten habe ich auch ganz hübsche, Hall basierte Stromwandler gefunden. Dann wäre die Strommessung potentialfrei.

Da bist du ja vollkommen frei in Deiner Wahl. Entweder nen Shunt, der mehr abkann und dann die Umrechnung im Arduino Sketch anpassen, oder nen Hall-basierten Sensor. Hat beides sein Für und Wider.

Der verlinkte Sensor sieht doch erstmal nicht verkehrt aus

Und Du wirst mit der Methode deutlich unter den angesetzten 200 Talern bleiben.

 

[Alexander]

Die ACS gibt es doch auch mit einem kleineren Vollskalen Bereich, dann hat man noch etwas mehr Spannung je Strom am Ausgang.
Der ACS764 wäre wohl auch interessant, der hat direkt ein I2C Interface und man braucht keinen extra ADC dafür.
Als ADC könnte man sonst auch noch den ADS1115 nehmen, der hat mehrere FSR Bereiche zur Auswahl die man vielleicht besser verwenden kann.

 

[Rodge]

Soooo, nach den ermutigenden Tips für den Selbstbau gibt es ja praktisch kein Zurück Mehr.

"Unheil angerichtet" sage ich (frei nach Harry Potter)
Will heißen :
1) Arduino Test Kit von meiner Tochter ausgeliehen (hat die sowieso noch nicht benutzt)
2) Arduino IDE installiert und erstes Programm hochgeladen - Blink - jaaa, System funktioniert *CHECK*
3) SD Card Modul und ADS1115 Modul bestellt

to be continued...