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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik MPX 4115A am Mega8?


Autor: Sebastian Knödler (Gast)
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Hallo,
ich wollte mir schon vor ner weile ne Druckmessung mit nem MPX4115 von
Motorola bastelln. Hab auch schon Programm und Hardware fertig, nur die
Messwerte sind nicht so der bringer!
Laut ADC (10Bit) von meinem Mega 8 gibt der MPX ca. 3,82V aus, bei
einer Betriebsspannung von 4,82V.
Nach meinen berechnungen (Formel steht im Datenblatt) entspricht das
einem Luftdruck von ca. 880hPa, was hinten und vorne nicht stimmen
kann!
Ich hab bis heute den Fehler nicht gefunden, fast schon aufgegeben, bis
ich gerade eben einen Thread hier gefunden habe, der auch die Messwert
verfälschung am ADC behandelt, weil nicht genügend Strom zur verfügung
steht!
Also hab ich im Datenblatt nachgeschaut und nachgerechnete...und
tatsächlich: Der MPX liefert max. 0,1mA, der Mega8 braucht bei
theoretisch 5V am ADC aber 0,5mA!
Kann das die ursache für meine falschen Messwerte sein?
Wie kann ich das Problem umgehen? Eine Art Verstärker bauen?

Ich wäre sehr Dankbar für ein paar Ideen und ggf. Lösungsvorschläge!

MfG
Basti

P.S.: Weiß jemand wie genau die internet 2,56V Referenz ist? Ich werd
aus den Diagrammen im Datenblatt nicht schlau!

Autor: Kalle (Gast)
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-->Kann das die ursache für meine falschen Messwerte sein?
JA

-->Wie kann ich das Problem umgehen? Eine Art Verstärker bauen?
SEHR GUT - genau dieses.

z.B. Emitterfolger (Kollektorschaltung) Spannungsverstärkung ca.1 dafür
aber hohe Stromverstärkung!

Gruß

Autor: dave (Gast)
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Wird der Luftdruck durch Spannung ausgegeben?
Haste mal mit Multimeter nachgemessen?

Die Interne Referenzspannung kannste dann wegschmeißen, wenn du eine
absolute Messung haben willst. Gab hier letzte oder vorletzte Woche nen
Thread drüber. Sie ist eigentlich sehr temperaturstabil, jedoch streut
die kräftig um 2,56 rum.

dave

Autor: Arno M. (Gast)
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@Sebastian
..nicht vergessen den absoluten (gemessenen)Luftdruck in den auf
Meereshöhe reduzierten umzurechnen,siehe unter
www.fischer-barometer.de
Grüsse Arno M.

Autor: Thomas (Gast)
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Vielleicht irre ich mich, aber ich denke das knappe 880hPa eigentlich
ganz okay sind!

Autor: Uwe Nagel (Gast)
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In meinem Datenblatt steht:
Vout=Vs*(0.009*P-0.095)  mit P in kPa
bei Vout=3.82 und Vs=4.82 Volt sagt mein taschenrechner
P=98.6 kPa oder 986hPa, was mir doch nicht so unvernünftig vorkommt.
Wenn du nicht gerade auf Merreshöhe wohnst kommen noch etwa 1hPa pro
10m Höhe dazu.
Ich betreibe eine ähnlichen Sensor auch ganz ohne Pufferverstärker an
einem tiny26 und die Genauigkeit ist gut. Den Puffrkondensator am
Ausgang des Sensors solltest du nicht vergessen.

Uwe

Autor: dicky (Gast)
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@ sebastian

auf welcher höhe über dem meeresspiegel bist du denn ? wie ist denn die
leerlaufspannung am sensorausgang ?

Autor: dicky (Gast)
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habe es glatt vergessen !

die 10 bit nutzen leider den sensor nicht aus ! denn realistisch sind
das sowieso nur höchstens 9 bit beim mega8. die genauigkeit hängt auch
beim mpx4115 leider leider deutlich von der versorgungsspannung ab,
sowie von der referenz beim mega8. die temperaturkompensation beim
mpx4115 ist leider auch nicht das gelbe vom ei.

du wirst wohl nur auf etwa 1 hPa kommen, bzw bestenfalls 5 m auflösung
als höhenmesser.

unter optimalen bedingen lassen sich für einen bestimmten zeitraum mit
dem mpx4155 höhengenauigkeiten im bereich von wenigen cm erzielen, bei
stabiler hochdrucklage z.b. Der langzeitdrift und hystereprobleme
erlauben solche messungen aber nur für kurze zeit.

ein gewisser offset ist ansonsten ja kein problem, der lässt sich
wegtrimmen durch addition oder subtraktion eines eichwertes. den
brauchst du sowieso zur höhenanpassung wenn du unter 800m höhe bist,
weil dort üblicherweise der QNH - wert, also der auf meereshöhe
reduzierte wert genommen wird (bei barometeranwendungen).

Autor: dicky (Gast)
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schon wieder was vergessen: mitteln musst du natürlich ganz ordentlich.
denn der sensor rauscht leider. und bei mobilen anwendungen kommen noch
druckschwankungen hinzu die meist nicht von interesse sind und durch
mitteln weggerechnet werden können.

Autor: Uwe Nagel (Gast)
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Was am Sensor wie Rauschen erscheint sind Reste des internen Takts.
Deshalb hängt im Datenblatt auch ein 470nF Kondensator am Ausgang.
Die Abhängigkeit von der Versorgung bekommt man weg, wenn man eben
nicht die interne Referenzquelle verwendet, sondern die
Versorgungsspannung als Referenz. Trotzdem sollte man im angegebenen
Versorgungsspannungsbereich bleiben.
Mehr als 1hPa Auflösung geht ohne zusätzlichen Verstärker natürlich
nicht.
Ich verwende einen MPXA4100 am tiny26, der kann Differenzmessungen mit
20-facher Verstärkung. Ich teile das Ausgangssignal durch 2, bleibt
also insgesamt 10-fache Verstärkung übrig und habe ein Trimmpoti am
zweiten Differenzeingang. So kann ich den Bereich von etwa 950-1050hPa
auf 10bit auflösen, was für meine Wetterstation reicht.

Uwe

Autor: Sebastian Knödler (Gast)
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So, erstmal danke für die vielen Antworten!
Zuerstmal zu der beschaltung: Ich an der Versorgungsspannung zum Sensor
(ist auf nem kleinen Stück Lochraster) 10µF und 100nF. Am Vout hab ich
nur nen 100nF Kerko (hatte nix anderes).

Die 3,82V an Vout stimmen eigentlich...hab da wohl nen kleinen
Rechenfehler gemacht...@ Uwe: Kannst du mir vielleicht deine
umgestellte Formel mal aufschreiben, und ggf. noch was über den
Verstärker sagen den du benutzt?
Kann ich die Auflösung dann ggf. mit ner stabilen Versorgungsspannung
und nem bessern ADC (10/12Bit extern?) erhöhen? Wo könnte ich mich über
solche Bauteile informieren? Weiß da jemand was?

Ich wollte mit dem Drucksensor quasi den zweiten Schritt in meinem
Projekt "Wetterstation" tun...als nächstes hab ich nen Regensensor
und ein Anemometer (Windgeschw. und ggf. Windrichtung) geplant! Hab
allerdings noch keine Vorstellung :-)

Autor: Uwe Nagel (Gast)
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Im Datenblatt steht:
Vout=Vs*(0.009*P-0.095)  mit P in kPa
Das stelle ich um und erhalte:
P=(Vout/Vs+0.095)/0.009
Da setze ich deine Werte ein: Vout=3,82 und Vs=4,82
P=(3,82/4,82+0.095)/0.009 = 98,61 kPa oder 986,1 hPa

Mein Verstärker ist im Prozessor eingebaut. Der tiny26 kann die
Differenz zweier Eingänge 20-fach verstärken und dann in einen
10-Bit Wert wandeln. Damit reduziere ich natürlich den zulässigen
Eingangsbereich auch um Faktor 20, kann also nur noch in einem Bereich
von etwa 50hPa messen. Das ist zu wenig fürs Wetter, deshalb teile ich
die Spannung aus dem Sensor um Faktor 2 um etwa 100hPa Messbereich zu
erreichen. Die mit 10 Bit aufgelöst gibt eine Auflösung von etwa
0,1hPa. Ein höher auflösender Wandler ist auch eine Lösung. In Elektor
war mal ein Höhenmesser/Barometer, der benutzte einen 16-Bit Wandler.
12 Bit bringt nicht viel, 10 Bit macht der Atmel selbst, bei
ordentlichem Aufbau bleibt auch das letzte Bit ruhig, notfalls hilft
filtern. Linearität und absolute Genauigkeit sind ein anderer Punkt,
aber hier brauchst du hauptsächlich die Auflösung, damit die Werte
nicht so große Sprünge machen.

Uwe

Autor: dicky (Gast)
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hallo sebastian und uwe !
also die gleichzeitige benutzung von stabiler versorgung des mpx und
dessen ableitung zur referenzbildung habe ich nartürlich schon
vorsorglich unterstellt gehabt...

auf meereshöhe reichen in deutschland 950-1060 hPa für eine
wetterstation, da diese werte in richtung historischer minima und
maxima gehen.

in anderen gebieten (nordmeer, antarktis..) kann der druck auch mal bis
etwa 910 oder so runtergehen, das kennt man aus dem seegebiet nördlich
schottland wo 2005 (vor kurzem) bei einer boje werte in dem bereich
gemessen wurden. (bin da nachts mehrere stunden wachgeblieben um das zu
verfolgen).

zur auflösung: 10 bit sind leider unverstärkt zuwenig und 16 bit bringt
nur teures rauschen in den unteren bits. denke dass etwa 12-14 bits
optimal wären.
die 0,1 hPa sind an und für sich notwendig da in der wettervorhersage
druckänderungen pro std bzw pro 3 std in zehntel hPa angegeben werden.
ein "hunderter-fall" sind da z.b. -10 hPa in 3 std, also -100x0,1
hPa.

der mpx 4115 gibt aber unter optimalen bedingungen bei andauernder
zimmertemperatur 0,1 hPa genauigkeit kaum her. das datenblatt ist da
sowieso skeptisch. der langzeitdrift meldet sich nach wochen, eine
hysterese nach einem kräftigen tief das durchgezogen ist meldet sich
auch zu wort. das spielt jedoch für die druckschwankungen im
stundenbereich nur eine kleine rolle (zum glück).

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