Isolierter Analogeingang für Arduino: Spannung/Strom galvanisch trennen

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Projektbeschreibung

Felddaten werden durch Netzstörungen, Blitzeinschläge, EMI oder Potentialunterschiede verfälscht. Lösung: **Vollständige galvanische Trennung** des Sensors vom Arduino. Erfordert separate Versorgung für Feldseite und Isolationsschaltung.

Details im Blog: ardupiclab.blogspot.it

Messmethoden

Arduino kann Frequenz auf zwei Arten messen:

1. Periodenmessung mit pulseIn() (HIGH+LOW Zeit). Bei 5 kHz: Periode 200µs. Nachteil: Geringe Auflösung, empfindlich gegen 50/60Hz-Netzbrummen.
2. Frequenzmessung via Timer/Counter (Library FreqCounter von Martin Nawrath). Nutzt Timer1 (Pin D5) zum Zählen, Timer2 für Gate-Time (1ms Interrupts). Gate-Time 1000ms = 50/60 Netzperioden → excelente Störunterdrückung, 5× höhere Auflösung als Uno-Standard.

Arduino-Code (FreqCounter)

#include <FreqCounter.h>

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Optoisolierter Analogeingang");
}

long int frq;

void loop() {
  FreqCounter::f_comp = 0;
  FreqCounter::start(1000);          // Gate-Time 1000ms
  while (FreqCounter::f_ready == 0); // Warten
  frq = FreqCounter::f_freq;         // Ergebnis lesen
  Serial.println(frq);               // Ausgeben
  delay(100);
}

Library: FreqCounter_1_12.zip

Schaltplan & Funktionsweise

Eingang: 20mV–5V Spannung oder 4–20mA Strom (Jumper W1). R2||R3 ≈ 250Ω für 1–5V bei 4–20mA.

Anschluss an Arduino: 3 Drähte + Pull-Up 2,2kΩ an D5 (+5V Arduino). Optokoppler-Ausgang → D5.

Für 10V Eingang: LM7808 → LM7815, Trafo T1 entsprechend dimensionieren. Trimmer P1 auf ~1kHz/V einstellen.