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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Mehrer Kapazitäten messen


Autor: Ladde (Gast)
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Hallo!

Als Teil Teil eines längerfristigen Projekts (Bewässerung meiner 
Zimmerpflanzen automatisieren) mache ich mir grade Gedanken zur 
Kapazitätsmessung (kapazitive Feuchtesensoren, Eigenbau).

Aus den diversen Forumsbeiträgen und was sonst noch so zu finden war 
habe ich mir folgende Schaltung überlegt, um mehrere veränderliche 
Kondensatoren zu messen:

------------------------------.
--------------------.         |
----------.         |         |
          |         |         |
         .-.       .-.       .-.
         | |       | |       | |
         | |       | |       | |
         '-'       '-'       '-'
          |         |         |
          |         |         |
  .-------)---------)----|<---o
  |       |         |         |
  o-------)----|<---o         |
  |       |         |         |
--o--|<---o         |         |
          |         |         |
          |         |         |
         ---       ---       ---
         ---       ---       ---
          |         |         |
          |         |         |
         ===       ===       ===

Oben sind jeweils uC-Pins zum Laden und Entladen der einzelnen 
Kondensatoren angeschlossen und unten der Komparator-Eingang.
Habe ich etwas wichtiges vergessen / übersehen, oder sollten sich so die 
einzelnen Kapazitäten messen lassen?

Danke und Gruß
Ladde

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Wieso mißt Du die Erdfeuchtigkeit nicht resistiv? Zwei Elektroden in die 
Erde und fertig. Auswählen tust Du die jeweilige Meßstelle mit einem 
Analogmultiplexer.

Autor: Ladde (Gast)
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Habe an verschiedenen Stellen gelesen, dass die resistive Messung den 
Pflanzen schadet / schaden kann (Ionenbildung in der Erde). Außerdem 
bilden sich anscheinend auch bei vorsichtigem Einsatz Ablagerungen an 
den Elektroden, die die Messwerte verfälschen.
Habe mich deshalb für die kapazitive Messung entschieden, die Sensoren 
werden wahrscheinlich (nach erster rechnerischer Abschätzung, da noch in 
der "Entwicklung") eine Kapazität von ca. 50pF - 500pF haben; die 
Widerstände müssten also entsprechend groß sein, um eine handhabbare 
Auflösung zu bekommen. Kann mir jemand sagen, wie groß die 
Eingangsimpedanz des Komperators ist? Konnte dazu keine explizite Info 
im Datenblatt finden, könnte mir aber vorstellen, dass er im Bereich der 
Eingangsimpedanz des ADC liegt (55-100 MOhm).

Danke und Gruß
Ladde

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Wenn Du sagst, welchen Controller Du verwendest, könnte man genauere 
Angaben machen ;-)

Autor: Ladde (Gast)
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Upps, ganz vergessen. Wird wohl ein kleiner Atmel. Die genannte 
ADC-Impedanz ist vom ATmega8.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Bei Widerständen um und größer 10 MOhm hast du gleichzeitig noch einen 
hübschen Luftfeuchtemesser, wenn du beim Layout nicht gut aufpasst.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Also laut Datenblatt kann der Komparator sowohl maximal 50nA sourcen als 
auch sinken, was eine genaue Kapazitätsmessung in dem Bereich sehr 
exemplarabhängig macht. Vielleicht benutzt Du lieber einen ADC-Eingang 
und integrierst eine pulsierende Spannung mit dem Meß-C.

Autor: Ladde (Gast)
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Danke für die Antworten!
Dass die Bestimmung der Kapazität mit dieser einfachen Schaltung keine 
hochpräzisen Ergebnisse liefert, ist akzeptabel und war auch von Anfang 
an klar. Hauptsache ist ja, dass reproduzierbar die Schwelle Erde zu 
trocken / feucht genug erkannt wird.
Habe mal den Widerstand überschlägig bestimmt und müsste mit einigen 
kOhm hinkommen.

@Lothar Miller: In welcher Weise wirkt sich denn die Luftfeuchtigkeit 
bei höheren Widerständen aus? Kann da gerade keine größeren Probleme 
sehen. Worauf sollte ich beim Layout in dieser Hinsicht achten?

@Travel Rec: Danke, da hatte ich wohl an der falschen Stelle gesucht. 
Das entspricht dann ja einer (schwankenden?) Eingangsimpedanz im 
mehrstelligen MOhm-Bereich, der Fehler sollte dann ja zu verkraften 
sein, wenn meine Widerstände um Größenordnungen kleiner sind.
Werde mir wohl trotzdem eine kleine Schaltung aufbauen, um die einzelnen 
Komibationen aus Sensor, uC und Pflanze zu kalibrieren; dann kann die 
jeweilige Einstellung intern gespeichert werden und ich spare mir Potis 
o.ä..

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Ja - probieren geht über studieren, der ADC ist aber in jedem Fall 
flexibler als der AC und Du hast ja Zeit zum Messen. Die Kalibrierung 
eines 8- oder 10-Bit Wertes ist allemal einfacher als die eines 1-Bit 
Wertes ;-).

Autor: Ladde (Gast)
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Hast Recht mit dem probieren, wird schon klappen. ;)
Habe über den AC zusammen mit nem Timer ja im Prinzip einen 16-bittigen 
Sensor (wenn es so klappt, wie ich mir das vorstelle):
-Portpin high
-definierte Zeit warten (> 5 tau)
-AC-Interrupt fallende Flanke aktivieren (Vergleichsspannung ~0,0? x 
Vcc)
-Timer starten
-Portpin low

-Im AC-Interrupt Timer auslesen

Gruß
Ladde

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Ja, so kann man es auch machen.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> In welcher Weise wirkt sich denn die Luftfeuchtigkeit
> bei höheren Widerständen aus?
10 MOhm hast du z.B. ohne weiters zwischen zwei "normalen" Anschlüssen 
mit 5 mm Abstand auf der Platine, wenn diese nicht von 
Lötmittelrückständen gereinigt wurde.

Das Hauptproblem bei solch hohen Impedanzen wäre aber eher die 
Einkopplung von Störungen (Netzbrumm) auf den Komparator-Eingang. Der 
schaltet dann quasi zufällig.

> Habe mal den Widerstand überschlägig bestimmt und müsste mit einigen
> kOhm hinkommen.
Das hört sich doch schon viel besser an.

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