Vout eines Drucksensors für Microcontroller ADC anpassen

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Autor
Vout eines Drucksensors für Microcontroller ADC anpassen

    







BID = 945339

Matthias1172

Gesprächig



Beiträge: 158
Wohnort: Offenburg
 

  


Hallo zusammen,
ich baue mir momentan eine Wetterstation und habe Schwierigkeiten beim Umwandeln der Ausgangsspannung eines Drucksensores (MPX4115A) für den ADC eines Attiny261A (AVCC = VCC).
Der Drucksensor hat einen viel zu großen Druckbereich den er abdeckt, ich brauche davon nur weniger als die obere Hälfte, also ab ca. 75kPa (ab Vout = 3V) um eine Gewisse Präzision über ein 8bit ADC zu erhalten. Die ersten 3V sind also für mich irrelevant und deshalb möchte ich diesen Bereich mit einem Rail-to-Rail OP entfernen. Ich habe bisher nur sehr wenig Erfahrung mit OP's und habe mich deshalb anhand von Internetrecherchen und ein bischen Rechnerei für einen MAX492 entschieden und mir den angehängten Schaltplan gezeichnet. Wahrscheinlich liege ich damit total daneben und möchte deshalb bei euch um Mithilfe bitten was ich anders machen sollte, bevor ich ans Löten gehe.
Ich bin für jede Hilfe sehr dankbar!
Anbei Schaltplan und relevanter Ausschnitt aus dem Datenblatt.
Die Leitung "Presure" ist das zu verarbeitende Vout des Sensors und der 470p Kondensator ist in dessen Datenblatt so vorgegeben.

Vieln Dank schonmal.





[ Diese Nachricht wurde geändert von: Matthias1172 am  2 Dez 2014  1:09 ]

BID = 945342

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

 

  


Zitat :
um eine Gewisse Präzision über ein 8bit ADC zu erhalten.
Dein Prozessor hat doch einen 10 Bit ADC an Bord, der über einen Differenzeingang und einen programmierbaren Vorverstärker verfügt. (Siehe 15.2 im Datenblatt).
Du wirst also den externen OpAmp gar nicht benötigen, sondern nur einen Spannungsteiler, der +3V auf den (-)Eingang gibt.


Zitat :
und der 470p Kondensator ist in dessen Datenblatt so vorgegeben.
Und warum finde ich den dann nicht dort?
Es wird ihn wohl jemand ohne allzuviel Verständnis als Tiefpass dazu gedichtet haben, denn generell sind kapazitive Lasten am Ausgang von OpAmps problematisch und können zu Schwingungen führen. *)

Wenn du den MPX4115A schon hast, kannst du ihn natürlich verwenden, aber mittlerweile gibt es die günstigeren BMP085 und BMP180, bei denen ein besserer ADC schon eingebaut ist:
http://www.ebay.de/itm/Neu-I2C-BMP0.....55034
http://www.ebay.de/itm/HOT-BMP180-D.....81038

Wenn du diese BMPs verwenden willst, empfehle ich dir das nicht mit losen Chips zu versuchen, sondern solche fertigen Platinchen zu verwenden, auf denen u.a. der 3,3V Spannungsregler schon drauf ist.


*) Weitere Forschungen haben ergeben, daß dieser Kondensator nicht im Datenblatt, sondern in der AN-1646 erwähnt ist.
Dort ist er aber, im Gegensatz zu deiner Schaltung, über einen Widerstand angeschlossen. Das kann man natürlich machen, und dann darf er auch ruhig noch viel größer sein, und auch den Widerstand wird man noch größer wählen.


P.S.:
Wenn das eine Wetterstation werden soll, solltest du unbedingt vorher im Gefrierschrank testen, ob die Platine mit dem Prozessor bei tiefen Temperaturen noch läuft.
Viele der keramischen Abblockkondensatoren verlieren nämlich dabei dramatisch an Kapazität, und auch Elkos werden hochohmiger.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am  2 Dez 2014  6:30 ]

BID = 945351

Matthias1172

Gesprächig



Beiträge: 158
Wohnort: Offenburg

Vielen Dank für die rasche Antwort. Du hast natürlich recht, es handelt sich um einen 10bit ADC, habe ich nicht vorher nachgeschaut war mir sicher es wären nur 8bit. Das heißt also ich kann den OP bei Seite legen und das Vout des Sensors direkt auf den ADC legen? Das klingt ja fast schon zu simpel Und was meinst du mit +3V auf den -Eingang legen? Wie stelle ich das an? der Vorverstärker ist doch intern, wie komme ich an dessen Eingang? Ist es okay VCC als Aref zu verwenden? Ich brauch nämlich alle I/O des µC und will deswegen Vref nicht verwenden müssen.
Ach und das mit dem 470p C steht in dem Datenblatt des MPX4115A auf Seite 3 oben rechts "Recommended power supply decoupling and output filtering"

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Matthias1172 am  2 Dez 2014  9:02 ]

BID = 945386

perl

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Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Und was meinst du mit +3V auf den -Eingang legen? Wie stelle ich das an?
Mit einem Spannungsteiler aus zwei Widerständen: 2k2 nach +5V und 3k3 nach GND.


Zitat :
der Vorverstärker ist doch intern, wie komme ich an dessen Eingang?
Datenblatt lesen!


Zitat :
Ist es okay VCC als Aref zu verwenden?
Ja, wenn du auch den Sensor und den Spannungsteiler damit speist.



Zitat :
Ich brauch nämlich alle I/O des µC
Das klingt nach schlechter Planung.
Wenn du den ADC mit Differenzeingang benutzen willst, brauchst du dafür natürlich zwei Pins.


Zitat :
Ach und das mit dem 470p C steht in dem Datenblatt des MPX4115A auf Seite 3 oben rechts "Recommended power supply decoupling and output filtering"

Was für ein Datenblatt hast du?
Ich habe dieses, welches das gültige sein sollte: http://www.freescale.com/files/sensors/doc/data_sheet/MPX4115.pdf
Dort erscheint dieses Thema auf Seite4 und zwar richtiger Weise ohne diesen Kondensator.





[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am  2 Dez 2014 16:08 ]

BID = 945391

Matthias1172

Gesprächig



Beiträge: 158
Wohnort: Offenburg

Okay, ich glaube ich muss mich in das Thema ADC nochmal genauer einlesen. Das Datenblatt das ich habe ist dieses http://midondesign.com/Documents/MPX4115A.PDF Dort auf Seite 3 ist er eigezeichnet.
Danke schonal soweit für die Hilfe, wenn ich nochmal was wissen muss melde ich mich wieder.

BID = 945421

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Das Datenblatt das ich habe ist dieses
Das ist 5 Jahre älter als das aktuelle, welches ich verlinkt habe. In der Zwischenzeit wird man wohl einige Fehler darin beseitigt haben.
Falls irgend möglich immer die aktuellen Datenblätter direkt von Hersteller beziehen!

Ganz besonders wichtig ist das bei Prozessoren und dort auch die Errata lesen, denn da steht öfter mal etwas über Fehler der Hardware drin und welche Chips betroffen sind.

BID = 946132

Matthias1172

Gesprächig



Beiträge: 158
Wohnort: Offenburg

So, nun habe ich mein Projekt Hardwaretechnisch vollendet. Und zwar ist es eine Wetterstation mit IN-14 und einer IN-19A Nixie-Röhre.
Wenn ich nun bei allen Nixie-Röhren ein Segment leuchten lasse, fließt etwa 1A Strom, was ich doch für außerordentlich viel halte, oder? Ich habe deswegen die 0,5A Schmelzsicherung vorerst überbrückt, ein Wunder das die noch nicht abgeraucht ist.
Außerdem wird der 7805 verdammt heiß womit ich nicht gerechnet habe, denn eigentlich dient er nur zur Versorgung des µC, der Sensoren und des russischen BCD-zu-Dezimal-Wandlers K115ID1 (ähnlich SN74141).
Ich habe mal den Schaltplan angehängt. Ich finde auch nach mehreren Messungen den Fehler nicht. Was habe ich übersehen oder falsch gemacht?
Danke schonmal für jeden Tipp.


PDF anzeigen


BID = 946134

attersee

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Beiträge: 443
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Auf die Schnelle und ohne mit den ATmegas vertraut zu sein, fällt mir auf, dass T3, T5, …. keine Basiswiderstände haben. Sind denn die Ausgänge dauer-kurzschlussfest? Das wird aber nicht das eine Ampere ausmachen.

Grüße, attersee

BID = 946146

perl

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Beiträge: 11110,1
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Zitat :
Wenn ich nun bei allen Nixie-Röhren ein Segment leuchten lasse, fließt etwa 1A Strom, was ich doch für außerordentlich viel halte, oder?
Dann wird der Spannungswandler völlig falsch dimensioniert sein.

Nixies werden mit üblicher Weise mit 2mA und 170V pro Ziffer betrieben.
Bei zweien wären das also 700mW und selbst bei einem lausigen Wirkungsgrad von 50% dürfte der Wandler nicht mehr als 300mA ziehen.

Vermutlich liegt der Fehler an der Drossel oder der verwendeten Hochspannungsdiode.

P.S.:
Zitat :
Außerdem wird der 7805 verdammt heiß
Sicher, dass da nicht auch noch der Wandler dran hängt?
Sonst solltest du mal schauen was noch heiß wird, denn irgendwo muß die Leistung ja bleiben.
Ein verkehrt eingelöter Elko evtl.


P.P.S.:
Was soll das denn mit T13?
Das wird nicht funktionieren, ist aber auch nicht der Grund für die hohe Stromaufnahme.


[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 10 Dez 2014  9:11 ]

BID = 946171

Matthias1172

Gesprächig



Beiträge: 158
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Also hinter dem 7805 hängt wirklich nur der beschriebene Kleinkram, nichts was mehr als ein paar mA braucht. Was mich wundert ist, wenn ich die Spannung am Eingang des Reglers messe ist diese extrem glatt, wie es sein soll. Aber wenn ich die Ausgangsspannung messe hat diese für mich unerklärliche Spannungsschwankungen (siehe Bild). Hat da evtl. die Kombination von Drossel und Hochspannungsdiode einen negativen Einfliuss auf den Regler? Die Elkos sind alle richtig herum eingelötet. Ich bin momentan dabei um den Fehler einzugrenzen, einzelne Teile der Schaltung vom Rest zu trennen, was nicht einfach ist, weil ich alles sehr kompakt gehalten habe. Bisher ohne Erfolg.



BID = 946178

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17417

Ich würde dem 7805 noch einen Elko von 10µF am Ausgang spendieren!
Die Versorgung des 7805 sollte noch vor der D1 abgegriffen werden.

_________________
Tippfehler sind vom Umtausch ausgeschlossen.
Arbeiten an Verteilern gehören in fachkundige Hände!
Sei Dir immer bewusst, dass von Deiner Arbeit das Leben und die Gesundheit anderer abhängen!

BID = 946280

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat : attersee hat am 10 Dez 2014 00:59 geschrieben :

ohne mit den ATmegas vertraut zu sein, fällt mir auf, dass T3, T5, …. keine Basiswiderstände haben. Sind denn die Ausgänge dauer-kurzschlussfest? Das wird aber nicht das eine Ampere ausmachen.

Nicht 1A, aber 80mA und zusammen mit den 20mA, die die Schaltung vielleicht sonst noch braucht, können die dem 7805 schon ordentlich einheizen, denn er muß ja 7V vernichten.
Der µC hält auch nicht allzulange aus.

BID = 946293

Matthias1172

Gesprächig



Beiträge: 158
Wohnort: Offenburg

ALso das Strom-Problem habe ich in den Griff bekommen, ich muss ja die ANzeigen soweiso Multiplexen, jetzt habe ich bei Multiplexbetrieb ca. 120mA und an dem 7805 ist auch kaum Wärme festzustellen.
Ich habe ihn jetzt vor die Diode gelötet.
Allerdings machen mir die Spannungsschwankungen noch zu schaffen, denn dadurch bekomme ich natürlich undefinierte Messwerte am ADC (Aref = Avcc).
Dem 7805 habe ich bereits einen 10µF Elko verpasst aber ohne merkliche Besserung! Irgendwer noch eine rettende Idee woher die Schwankungen kommen könnten? Wie gesagt sie treten erst nach dem Wandler auf.


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