Science fair: hur exakt är AC line frekvensen? (1 / 4 steg)
Steg 1: Experimental apparaten
För våra experiment, kommer vi att använda en Arduino UNO som huvudsakliga datainsamlaren. Du behöver även en skärbräda, en AdaFruit yttersta GPS modul breakout styrelse, en LM358 Op förstärkare, en 1N4001 diod, tre 20 k motstånd och en 9 VAC "väggen vårta" strömförsörjning.
VARNING
Försök inte detta experiment utan att använda en kommersiellt tillverkade låg spänning AC power supply! AC nätspänningen är mycket farligt, och det är bara genom att använda en transformator minska den till säkra nivåer kan man tänka sig utför detta experiment.
Kretsen har två grundläggande delar. Först helt enkelt feeds GPS PPS signalen till digital stift 2 av Uno, och gäller + 5 volt makt och marken till Vin och GND stift respektive av GPS-modulen.
Andra är mer komplex. Vi behöver vända 9 volt AC signalen från växelström till en 60 Hz fyrkantsvåg kompatibel med Uno.
Det gör ankare vi ena sidan av transformatorn till marken. Den andra kommer att svänga mellan positiva och negativa 14 volt eller så (kom ihåg, 9 VAC är en RMS-värdet. Den faktiska topp-till-topp spänningen är högre än). Det är ok - operationsförstärkare vi använder har en maximal inspänning på 32 volt. Vi bor väl därunder.
Men vi kan inte mata den negativa hälften av AC cycle i våra amp. Vi måste använda en 1N4001 diod för att "kasta bort" den negativa delen. Eftersom våra op-amp har hög impedans ingångar, men får vi inte helt enkelt låta input att flyta när dioden är avstängd. En 20 k nedrullningsbara motstånd till marken kommer att ta hand om som. Produktionen av dioden blir 14 volt "pucklar" åtskilda av perioder av noll volt. För att göra det till en logik fyrkantsvåg, använder vi våra LM358 wired som en komparator. Vi använder två 20 k motstånd att göra en spänningsavdelare och mata 2.5 volt i den inverterade pin av ena sidan av förstärkaren. Diod utdata från transformatorn kommer att vara icke-invertering indata. Som en komparator matas op förstärkaren en hög spänning när den icke-invertering ingången är högre än den inverterade indata. Så när nätspänningen är högre än 2,5 volt, kommer op förstärkaren produktionen hög. Alla andra gånger, kommer det ut låg.
Detta är nog för våra ändamål. Vi kommer att räkna stigande kanter. De uppstår när växelspänning klättrar över 2,5 volt, som kommer att hända en gång varje cykel.