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Netzfrequenzmessung

Alle wollten sich am 20.5.2015 zur Sonnenfinsternis die Netzfrequenz angucken, ich auch, aber netzfrequenzmessung.de war diesem Ansturm nicht gewachsen. Daher wollte ich seitdem meine eigene Messung aufbauen. Diese wird nun hier Dokumentiert.

Zunächst wird eine Netzperioden/Nulldurchgangserkennung benötigt um einen Zähler zu starten und auszulesen. Dabei habe ich mich zunächst bei dem 50Hz Trigger von OSzilloskopen orientiert. Diese nehmen das Netzsignal durch 2 um die Netzleitung gewickelte Drähte ab, also Kapazitiv. Dieses habe ich mit dieser Schaltung nachempfunden:

R1 ist nur dazu da, dass der Simulator nicht meckert. C1/C2 sind die um das Netzkabel gewickelten Drähte und koppeln das 0,5Vss Signal in die Verstärkerschaltung ein. Dieses Verstärkt das Signal dann auf 3Vss und der Komparator mit Hysterese erzeugt daraus einen schönen Rechteck.

Nur fängt man sich durch die kapazitive EInkopplung die ganzen Störsignale aus dem Netz ein. Der erste Teil der Störungen wird durch C5 entfernt und der Rest mit C4 im Rückkoppelzeig des Verstärkers. Signal an "V_AMP" ohne C4/C5:

C4 = 15nF, schon besser:

Mit C4 = 100nF (C5 war hier noch nicht eingebaut) wie im Schaltplan ist es dann gut genug für den Komparator:

Mit C5 wird es dann glatt wie nen Babypoppes und hier ist dann auch schon der Komparatorausgang zu sehen:

Leider war der Jitter zu hoch trotz Tiefpass und Komparator, also wurde eine andere Schaltung versucht. Aber warum eigentlich so kompliziert? Gleichrichter, Widerstand und Optokoppler reicht doch? Ja schon, aber das soll stromsparend werden für den Dauerbetrieb und über 3W verheizen am Vowiderstand fällt da flach. Mir wurde diese Schaltung hier vorgeschlagen und mit 2x 1 MegaOhm an 230V frisst das auch nicht viel Strom. Link

Diese Schaltung noch etwas umgebaut, da ich nur pro Vollwelle einen Impuls benötige. Laut Simulation zieht diese Schaltung 30mW RMS.

Pro Vollwelle gibt es nun einen kurzen Impuls aus dem 100nF Kerko auf die Optokoppler LED. Das Signal nach dem Optokoppler geht dann noch durch einen Komparator mit einem TLC272.

Der Jitter liegt nun bei 20µs statt über 100µs, wenn jemand eine Idee hat wie das besser geht, dann immer her damit! 20µs Jitter bei einer Periodendauer von 20ms sind immerhin 0,1% des Messwertes. Daher wird der Zähler 16 Perioden Messen, dann fällt der Jitter nicht mehr so ins Gewicht.

Jetzt muss dieses Rechteck noch auf den Systemtakt des TTL Zählers synchronisiert werden und die Flanke muss erkannt werden. Die Synchronisation erfolgt durch 2 D-FF hintereinander und die Flankenerkennung erfolgt durch eine weitere D-FF Verzögerungsstufe. Somit ist das Signal des AND genau einen Systemtakt HIGH und wird vom 74HC161 gezählt. Nach 16 gezählten Netzperioden ist der Count_Out Ausgang des Zählers für einen Systemtakt HIGH. Daraus wird das Signal "ubernahme" generiert, dieses ist genau einen Systemtakt low, zum Zähler anhalten und Zählerwert übernahme in die Ausgangsregister. Das Count_Out Signal wird noch um einen Takt verzögert und wird zum "count_res" Signal welches wieder die Zähler nullt.

Das übernahme Signal sieht dann so aus (hier invertiert, da noch ein NAND verbaut war). Gut zu sehen wie langsam doch der Ausgang des TLC272 im vergleich zu einem CMOS Gatter ist:

Der restliche Teil des Schaltplans, also der Zähler, ist eher langweilig:

Das Ganze auf Lochraster gestrickt und mit dem 4x16 LED Display verbunden zum Anzeigen.

Funktioniert also! Jetzt noch eine Platine draus machen und in den Heimserver hängen sowie die Webseite dazu hochziehen. Im RSS Feed steht dann wenn es so weit ist.

Datenblatt 74HC161
Datenblatt 74HC165
Datenblatt 74HC175

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