Circuito de entrada analógica aislada para Arduino

Componentes y suministros

• Arduino UNO × 1
• LM331 (Texas Instruments) - Conversor V/F × 1
• LM7808 - Regulador 8V × 1
• Optoacoplador 4N25 × 1
• Diodos 1N4001 × 4
• Resistencias de precisión ±1% (100kΩ×2, 12kΩ, 6.8kΩ, 10kΩ, 3.3kΩ, 330Ω, 270Ω, 220Ω, 47Ω)
• Potenciómetro multivuelta 5kΩ × 1
• Condensadores: 100nF×2, 10nF, 1µF, 4.7µF, 220µF (Mylar/electrolíticos)

Herramientas necesarias

• Soldador (genérico)

Aplicaciones y servicios

• Arduino IDE

Sobre el proyecto

Las señales de sensores industriales se ven afectadas por ruido (picos de tensión, rayos, EMI) y diferencias de potencial de tierra. La solución es aislamiento galvánico completo entre campo y Arduino, requiriendo fuente de alimentación separada para el lado de campo.

Detalles completos en blog del autor: https://ardupiclab.blogspot.it/

Principio de funcionamiento

1. Entrada: 20mV-5V (tensión) o 4-20mA (corriente, con jumper W1)
2. LM331 convierte tensión/ corriente en frecuencia (~1kHz/V)
3. Optoacoplador 4N25 aísla la señal de frecuencia
4. Arduino mide frecuencia en pin D5 (Timer/Counter1)

Circuito

• R2||R3 ≈ 250Ω para entrada 4-20mA → 1-5V
• Salida optoacoplador → D5 con pull-up 2.2kΩ a 5V Arduino
• 3 hilos + 1 resistencia para conexión a Arduino
• Para rango 10V: cambiar LM7808 por LM7815 y transformador T1 adecuado
• Potenciómetro P1 ajusta factor conversión ~1kHz/V

Código Arduino

Librería FreqCounter (Martin Nawrath)

Usa Timer1 para contar flancos subida en T1/PD5/D5 y Timer2 para gate-time 1ms interrupciones.

Gate time = 1000ms (múltiplo de 50/60Hz red eléctrica → inmunidad ruido). Resolución 5x superior a Arduino Uno.

#include <FreqCounter.h>

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Entrada analógica optoaislada");
}

long int frq;

void loop() {
  FreqCounter::f_comp = 0;
  FreqCounter::start(1000); // Gate 1000ms
  while (FreqCounter::f_ready == 0); // Espera fin conteo
  frq = FreqCounter::f_freq;
  Serial.println(frq);
  delay(100);
}

Alternativa: medición de periodo con pulseIn() (menos precisa, sensible a ruido 50/60Hz).

Esquemático

Circuito completo en imagen: entrada tensión/corriente → LM331 → 4N25 → Arduino D5. Incluye fuente aislada, regulador, acondicionamiento señal.