Hallo, ich suche Ideen bzw. Verbesserungsvorschläge für eine Schaltung die es mir ermöglicht das Spannungssignal eines Piezos der zur Vibrationsmessung eingesetzt wird mit einem Mikrocontroller zu messen. Der Piezo erzeugt in Resonanz bis zu +/- 30V, aber natürlich soll auch fernab der Resonanz noch die Frequenz gemessen werden d.h. der Eingangsspannungsbereich ist relativ groß. Der Mikrocontroller läuft bei einer Spannung von 1,8V. Meinen aktuellen Ansatz hab ich mal kurz in Eagle skizziert. Die Spannung am Piezo wird über die Diode gleichgerichtet und über den Spannungsteiler auf eine Spannung bis maximal 6V gebracht. Der Komparator erzeugt daraus ein Rechtecksignal mit 1,8V Amplitude welches ich am µC verarbeiten kann. Ggf. muss man am negativen Eingang noch eine Offsetspannung mit einem Spannungsteiler erzeugen. Die ganze Schaltung sollte eine möglichst geringe Leistungsaufnahme unter 20µW haben. Erste Frage ist natürlich würde das so funktionieren? Was für eine Diode würde sich denn am besten eignen? Könnte man das ganze vielleicht auch eleganter mit ein paar Mosfets lösen? Vielen Dank und viele Grüße Simon
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Kondensator hinter der Diode fehlt. C ungefähr 200pF OP-Verstärker total falsch beschaltet. Suche Beispielschaltungen.
Das soll kein OPV sein sondern ein Komparator von TI http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmc7215.pdf hab nur auf die schnelle bei Eagle kein Schaltbild gefunden, sorry! Kondensator parallel zum Spannungsteiler? Wozu dient der?
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Upps, falsches Datenblatt ich wollte den hier verwenden http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tlv3491.pdf der andere brauch ja mind. 2V Versorgungsspannung. Jetzt weiß ich auch was du mit dem Schaltplan gemeint hast...Eingangspins vertauscht :-/
Simon Heller schrieb: > eleganter mit ein paar Mosfets lösen? Ich würde auch MOSFETs nehmen, mindestens 3. Heute ist es offensichtlich den ersten schon zu heiss um noch denken zu können. Ein Komparator macht aus dem Analogsignal ein Digitalsignal und schmeisst damit jede Inforation über die Stärke der Vibration weg. Alle Signale über 0.6V werden als Erschütterung erkannt, was bei Erschütterungen in Resonanz heisst dass bereis viel schwächere erkannt werden aks bei Signalen ausserhalb der Resonanz. Ist das wirklich das was du willst? Und warum willst du unbedingt 4 Bauteile verbauen, sind die in deiner Bastelkiste übrig und müssen weg? MOSFETs wiegen mehr. Ein 1.8V uC, übrigens ein sehr seltenes Ding, die Typennummer würde interessieren aber das war dir NATÜRLICH zu viel Mühe sie hier hinzuschreiben, hat von sich aus eine digitale Schaltschwelle von ca. 0.9V und könnte den Piezo direkt erfassen, wenn man Angst vor zu hohen Strömen hat mit einem Vorwiderstand von 68k. Bloss ob das alles überhaupt eine Lösung ist, weiss man nicht, weil man das Problem nicht kennt. Sicher hochgeheimes NSA Zeugs das dir peinlich wäre wenn es rauskommt. Vielleicht sollte man erst mal die Resonanz durch Bedämpfung beheben.
Gegen die stark variable Amplitude könnte man ggf. per MOSFET einen Widerstand parallel zum Piezo schalten. Eine wirkliche Dämpfung der mechnischen Resonanz bekommt man damit zwar auch nicht, aber immerhin weniger Signal. Für die auslegung der Schaltung wäre auch gut zu wissen wie hoch die Frequenzen etwa sind. Was soll denn eigentlich gemessen werden - die Amplitude oder die Frequenz der Schwingungen ? Als Frequenz würde man ohnehin nur die mechanische Resonanzfrequenz (meist fest) oder die Frequenz einer starken externen Anregung messen.
In der Messtechnik sind dazu "Ladungsverstärker" gebräuchlich: http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungsverst%C3%A4rker
MaWin schrieb: > Ein Komparator macht aus dem Analogsignal ein Digitalsignal und > schmeisst damit jede Inforation über die Stärke der Vibration weg. > > Alle Signale über 0.6V werden als Erschütterung erkannt, was bei > Erschütterungen in Resonanz heisst dass bereis viel schwächere erkannt > werden aks bei Signalen ausserhalb der Resonanz. > > Ist das wirklich das was du willst? Ja, das ist genau was ich will ich! Ich möchte die Frequenz bestimmen und zwar unabhängig von der Anregungsamplitude. Und nachdem die Spannung des Piezos eben Frequenzabhängig ist sollte auch fernab der Resonanzfrequenz die Frequenz bestimmt werden können. > Ein 1.8V uC, übrigens ein sehr seltenes Ding, die Typennummer würde > interessieren aber das war dir NATÜRLICH zu viel Mühe sie hier > hinzuschreiben, hat von sich aus eine digitale Schaltschwelle von ca. > 0.9V und könnte den Piezo direkt erfassen, wenn man Angst vor zu hohen > Strömen hat mit einem Vorwiderstand von 68k. Finde ich ehrlich gesagt nicht selten...eig. lässt sich alles gängige von Atmel, Microchip und TI mit 1,8 V betreiben vlt. dann nur bei 1Mhz aber mehr will ich auch gar nicht. Und um deine Neugier zu befriedigen es handelt sich bei mir um einen MSP430FR5969 von TI. > Bloss ob das alles überhaupt eine Lösung ist, weiss man nicht, weil man > das Problem nicht kennt. Sicher hochgeheimes NSA Zeugs das dir peinlich > wäre wenn es rauskommt. Vielleicht sollte man erst mal die Resonanz > durch Bedämpfung beheben. Tatsächlich handelt es sich dabei um einen piezoelektrischen Energy Harvester der bei mir am Lehrstuhl entwickelt wurde. D.h. der Piezo erzeugt den Strom für die ganzen Schaltungen, µC und liefert darüber hinaus noch etwas Energie um einen Sensor auszulesen und dessen Daten zu versenden, Stichwort "Sensor Grid". Daher ist der Piezo ein Unikat und da ich noch am Einarbeiten bin habe ich mich auch noch nicht mit den exakten Kenndaten beschäftigt. Ich soll für das ganze System eine Regelung entwickeln wofür ich die Frequenz kennen muss. Genauere Details zum Projekt findest du übrigens in meinen letzten Posts hier. Also wenn du mich noch an deinen Gedanken zum Thematik MOSFET teilhaben lassen willst, ich würde mich freuen!
Frequenzen liegen im Bereich 50 - 100Hz. Beschleungigung 0.1 - 1g. Es soll ausschließlich die Frequenz bestimmt werden deswegen reicht mir ein Rechtecksignal mit einer Amplitude von 1,8V das wie auch immer erzeugt wird. Die Problematik besteht wie gesagt im geringen Stromverbrauch der Schaltung und dem großen Eingangsspannungsbereich!
Die Einagngspannung kann man einigermaßen in den richtgen Bereich bringen mit eine "Spannungsteiler", der gegen GND eine Diode (oder 2) hat. Das gibt dann eine Art nichtlineare Teiler. Ggf. kann man auch noch eine Hilfsspannung aus dem Rest der Schaltung mit nutzen. Der µC hat wie viele andere Typen auch schon einen Komparator intern, den externen Komparator braucht man also eher nicht. Je nach Umgebung braucht man ggf. eine Tiefpassfilterung, damit man nicht auch noch hochfrequente Störungen misst.
Dein MSP430FR5969 hat doch Comparator und Frequenzzähler, dann benutze sie doch, der Piezo kommt direkt oder über 68k Angstwiderstand an einen Comparator, der bei 30mV anschlägt und den input capture hochzählt, was bis 16MHz geht. Allerdings leuchtet mir nicht ein, was das soll, wenn man in Wirklichkeit den Piezo zum energy harvesting nutzen will. Da braucht man eine völlig andere Beschaltung.
Ulrich H. schrieb: > Die Einagngspannung kann man einigermaßen in den richtgen Bereich > bringen mit eine "Spannungsteiler", der gegen GND eine Diode (oder 2) > hat. Das gibt dann eine Art nichtlineare Teiler. Ggf. kann man auch noch > eine Hilfsspannung aus dem Rest der Schaltung mit nutzen. Der µC hat wie > viele andere Typen auch schon einen Komparator intern, den externen > Komparator braucht man also eher nicht. Je nach Umgebung braucht man > ggf. eine Tiefpassfilterung, damit man nicht auch noch hochfrequente > Störungen misst. Grundsätzlich hast du recht man könnte den internen Komparator nutzen aber dann kann man mit der Eingangsspannung nur bis max. 3,6V gehen. Dafür bräuchte man dann einen Spannungsteiler mit 1:10 Teilerverhältnis. Wenn die Amplitude dann unter 1V fällt hat wird es kritisch mit dem Pegel am µC. Meine letzten Erfahrungen mit dem internen Comparator des MSP waren auch eher durchwachsen. Hatte ziemlich viele Sprünge beim Übergang zwischen high und low, eine Vernünftige Frequenzmessung hab ich damit nicht hinbekommen. Mit dem externen Komparator halte ich mir auch die Option offen daraus vlt. noch n Schmitt-Trigger zu machen falls es gar nicht hinhaut.
MaWin schrieb: > Dein MSP430FR5969 hat doch Comparator und Frequenzzähler, dann benutze > sie doch, der Piezo kommt direkt oder über 68k Angstwiderstand an einen > Comparator, der bei 30mV anschlägt und den input capture hochzählt, was > bis 16MHz geht. > Allerdings leuchtet mir nicht ein, was das soll, wenn man in > Wirklichkeit den Piezo zum energy harvesting nutzen will. > Da braucht man eine völlig andere Beschaltung. Was leuchtet dir nicht ein? Was es da zu regeln gibt? Wie sieht deiner Meinung nach denn so eine Beschaltung aus?
Simon Heller schrieb: > dann kann man mit der Eingangsspannung nur bis max. 3,6V gehen. Leute, die Angst haben, dass ihr lütter Piezo da was anrichten könnte, bauen eben 68k Widerstand davor, das schreibe ich jetzt zum dritten Mal, ist das denn so schwer, was machen denn eure Professoren nur mit euch,?
Es kann schon sein, das es einfach mit dem internen Komparator nicht getan ist - besser als nur ein komparator wäre eine Schmidttriggerschaltung. Ob man das mit dem µC internen Komparator hin bekommt ist eine andere Frage. Jedenfalls kann man die Schaltung zur Frequenzmessung nur schwer auslegen, wenn man nicht weiss, was da sonst noch am Piezo hängt um die Energie zu gewinnen. Es kann da leicht zu Rückwirkungen kommen, so das man ggf. die Frequenz der Harvesterschaltung misst.
Ulrich H. schrieb: > Es kann schon sein, das es einfach mit dem internen Komparator nicht > getan ist - besser als nur ein komparator wäre eine > Schmidttriggerschaltung. Ob man das mit dem µC internen Komparator hin > bekommt ist eine andere Frage. > > Jedenfalls kann man die Schaltung zur Frequenzmessung nur schwer > auslegen, wenn man nicht weiss, was da sonst noch am Piezo hängt um die > Energie zu gewinnen. Es kann da leicht zu Rückwirkungen kommen, so das > man ggf. die Frequenz der Harvesterschaltung misst. Energie wird nach jetzigem Stand mit dem LTC3588-1 http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/35881fa.pdf gewonnen! Sonst hängt nichts am Piezo!
Über das IC hat hat der Piezo schon einmal über Dioden eine Verbindung zur Schaltung - damit sind die Vorschläge oben hinfällig, weil die Dioden schon vorgegeben sind. So wirklich schlecht ist der Gleichrichter-teil aus dem IC für die Auswertung nicht. Man hat halt eine einem der Piezokontakte eine Spannung zwischen etwa -0,4 V und z.B. + 2-21 V (bei ca.20 V sollte die Begrenzung im IC ansprechen). Mit einem Widerstand als Strombegrenzung und einer Diode zum Begrenzen auf etwa +0,5 V hat man dann ein Signal von etwa +-0,4 V - was ggf. schon zu einem Komparator gegen 0 V bis vielleicht +200 mV passen sollte. Wenn möglich sollte man da eine Hysterese haben (z.B. Schmidttrigger mit externem Komparator).
Simon Heller schrieb: > Energie wird nach jetzigem Stand mit dem LTC3588-1 gewonnen! > Sonst hängt nichts am Piezo! Oh, und deswegen meinst du, irgendwas an deinen Piezo noch problemlos selber anschliessen zu können. Der IC gibt eine Menge vor, beispielsweise eine Spannung von maximal 20.7V und nimimal -0.7V, und eine Mindestwechselspannung damit es funktioniert von 4V. Man müsste bloss das Datenblatt lesen. Da kann man problemlos erfassen, auf welcher Frequenz der Piezo angeregt wird, mit einem einfachen Vorwiderstand zum digitalen uC Eingangspin. Man braucht nicht mal einen Komparator und sich keine Gedanken über die Masseverbindung zu machen, die ist schon da. Allerdings dämpft jeder Widerstand auch die Leistung, je hochohmiger, je besser, der MSP scheint da bei 20nA und 3pF sehr hochohmige zu erlauben, genauer Wert left as as excercise to the reader.
Ulrich H. schrieb: > So wirklich schlecht ist der Gleichrichter-teil aus dem IC für die > Auswertung nicht. Man hat halt eine einem der Piezokontakte eine > Spannung zwischen etwa -0,4 V und z.B. + 2-21 V (bei ca.20 V sollte die > Begrenzung im IC ansprechen). Habe mir das Signal am Oszi schon mal angeschaut...ist brauchbar solang du keinen Kondensator zwischen Vin und GND hängst. Dieser ist aber für die Beschaltung später erforderlich und glättet das Signal sodass du je nach Amlitude eine schöne DC-Spannung mit Restwelligkeit am Oszi siehst. MaWin schrieb: > Der IC gibt eine Menge vor, beispielsweise eine Spannung von maximal > 20.7V und nimimal -0.7V, und eine Mindestwechselspannung damit es > funktioniert von 4V. Man müsste bloss das Datenblatt lesen. Ich würde nicht sagen, dass das vorgegeben ist! Die Resonanfrequenz des Piezos ist einstellbar wenn ich also keine Energie aus dem System bekomme heißt das entweder ich habe eine zu gerine Anregungsamplitude oder bin weit weg von der Resonanzfrequenz und muss meinen Piezo neu einstellen. Hab ich das richtig verstanden, dass du einfach einen Widerstand mit 68k zwischen Piezo und Pin hängen willst? Fließt da nicht einiges an Strom ab? Ginge auch ein größerer Widerstand? Was passiert mit den negativen Spannungen? Der MSP verträgt glaub nur Spannungen bis 0,6V unter GND.
Simon Heller schrieb: > > Energie wird nach jetzigem Stand mit dem LTC3588-1 > http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/35881fa.pdf gewonnen! Sonst > hängt nichts am Piezo! Und so was funktioniert? Wenn ich das richtig gelesen habe, 100mA Ausgangsleistung?
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Grossartig ,bombastisch … habe noch nie so etwas gelesen .
Simon Heller schrieb: > Ich würde nicht sagen, dass das vorgegeben ist! Die angegebenen Werte sind durch den Chip vorgegeben, lies doch einfach mal zum Spass sein Datenblatt. > Hab ich das richtig verstanden, dass du einfach einen Widerstand mit 68k > zwischen Piezo und Pin hängen willst? Fließt da nicht einiges an Strom > ab? Ginge auch ein größerer Widerstand? Was passiert mit den negativen > Spannungen? Was mag mit dem Satz "Allerdings dämpft jeder Widerstand auch die Leistung, je hochohmiger, je besser, der MSP scheint da bei 20nA und 3pF sehr hochohmige zu erlauben, genauer Wert" wohl gemeint gewesen sein? > Der MSP verträgt glaub nur Spannungen bis 0,6V unter GND. Ei ei. Immerhin hast du ins Datenblatt geguckt. Zusammenhänge hast du immer noch nicht verstanden. Beispielsweise die durch den LTC3588-1 vorgegebenen Rahmenbedingungen.
Mich würde vielmehr interessieren, und diese Frage geht eher an dich, MaWin, weil ich deinem Urteil sehr vertraue, ob damit sinnvolle Anwendungen möglich wären? Ich sage mal einfach ein Beispiel. Sowas an einer Brücke positioniert und das Gerät würde dann von mir aus die Temperatur messen. Ist so was möglich, ohne zusätzliche Energiequelle?
F. Fo schrieb: > Sowas an einer Brücke positioniert und das Gerät würde dann von mir aus > die Temperatur messen. > Ist so was möglich, ohne zusätzliche Energiequelle? Das wird wohl eher nicht funktionieren bzw. ein übermitteln der Daten wird nur sehr selten möglich sein. Brücken schwingen soweit ich das weiß im Bereich bis 10 Hz. Anwendungen für den Breich 50-100Hz sind beispielsweise Motoren, Industrieanlagen, Flügel von Windrädern, etc. Generell Orte die schwer zugänglich sind wo aber trotzdem mit Sensoren gemessen werden muss. Durch Energy Harvesting erübrigt sich in der Regel der Austausch von Batterien bzw. das Verlegen einer Stromversorgung. Auf der Seite von enocean http://www.enocean.com/de/home/ gibts ein paar tolle Beispiele was heutzutage mit Engergy Harvesting möglich is und was man sogar schon kaufen kann! Den enocean switch finde ich z.B. sehr gelungen!
Simon, vielen Dank für deine Ausführungen und den passenden Link. Ich bin noch nicht so lange dabei und hatte jetzt auch erst wieder eine größere Pause, aber das Thema finde ich sehr interessant. Es sollte sowieso jede mögliche Form der Energiegewinnung aus natürlichen und unbegrenzten Ressourcen genutzt werden.
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Im Prinzip könnte es auch mit den Schwingungen einer Brücke Funktionieren. Allerdings braucht man wegen der niedrigen Frequenz halt einen relativ großen Piezo, oder ähnlichen Wandler und einen größeren Pufferkondensator. Für den Stromverbrauch zum Senden wird man relativ lange Energie ansammeln müssen, aber die Temperatur ändert sich ja auch nicht so schnell, dass man alle 5 minuten Senden muss. Das Signal vom Piezo wird man nicht hinter dem Gleichrichter abgreifen können - das Bügelt der Kondensator weg. Der Abgriff wäre an einem der Piezo Anschlüsse - der andere Anschluss geht weiter nur an das IC, gff. noch mit einem Widerstand im MOhm Bereich nach GND. Der Schutz für den Eingang gegen zu hohe oder negative Spannungen geht wie MaWin schon geschrieben hat über einen Widerstand und die Dioden (ggf. intern im IC). Der Widerstand darf dabei auch größer als 68 K sein - nur viel kleiner sollte er nicht so ohne weiteres sein. Was mich etwas wundert ist, wie man die Resonanzfrequenz des Piezo Systems verändern kann. Auch mit der bei guten Piezos recht hohen Kopplungskonstant kann die Elektrische Beschaltung da nicht so viel an der Frequenz ändern. Das wird mehr sein als die 500 ppm beim Schwingquarz, aber wohl nicht so dramatisch.
Ulrich H. schrieb: > Was mich etwas wundert ist, wie man die Resonanzfrequenz des Piezo > Systems verändern kann. Auch mit der bei guten Piezos recht hohen > Kopplungskonstant kann die Elektrische Beschaltung da nicht so viel an > der Frequenz ändern. Das wird mehr sein als die 500 ppm beim > Schwingquarz, aber wohl nicht so dramatisch. Wenn du Zugriff auf IOPScience hast gibt es da ein sehr schönes Paper zu dem Thema http://iopscience.iop.org/0960-1317/19/9/094006 Letztlich änderst du mit einem Aktor die Steifigkeit des Piezobalkens in der Regel mit einem anderen Piezo der als Aktor betrieben wird. Wenn du das geschickt löst musst du nur selten etwas Ladung auf den Piezo bringen und er behält dabei seine Länge bei. Natürlich muss unterm Strich noch Energie für den µC + Sensor + Funkmodul rausspringen. Dafür kannst du über ein sehr weiten Bereich Energie "ernten". Ulrich H. schrieb: > Der Schutz für den Eingang gegen zu hohe oder negative Spannungen geht > wie MaWin schon geschrieben hat über einen Widerstand und die Dioden > (ggf. intern im IC). Der Widerstand darf dabei auch größer als 68 K sein > - nur viel kleiner sollte er nicht so ohne weiteres sein. Ich fasse das noch mal in meinen Worten zusammen weil ich irgendwie nicht versteh was du/ihr mit "die Dioden" meint. Ich beschalte den LTC3588 wie im Datenblatt beschrieben und hänge dann einen Widerstand zwischen PZT1 oder PZT2-Pin und dem I/O-Pin des µCs ggf. noch eine z-Diode vom I/O-Pin gegen GND? Wie komm ich denn mit den Daten von MaWin (20nA nd 3pF) auf die Größe des Widerstands?
Eine Zenerdiode braucht man nicht, da reicht eine normale Diode (mit Kathode nach GND). Wenn man auch an kleinen Amplituden interessiert ist, kann noch ein Widerstand vom 2. PZT Anschluss nach GND hilfreich sein. Den Widerstand vor dem Komparator und der Diode kann man anhand der Kapazitäten berechnen. Vom Komparator, der Diode und den Leiterbahnen kommen von der Größenordnung her etwa 10 pF zusammen. Um damit noch ein Grenzfrequenz von merklich über 100 Hz zu bekommen darf der Widerstand bis 100 MOhm groß sein. Wegen der Leckströme (20 nA + x) wird man aber eher nicht über 10 M gehen wollen. So ein großer Widerstand gibt aber ggf. auch mehr Störempfindlichkeit - wo der passende Kompromiss (wenig Störungen gegen wenig Stromverbrauch) hängt vom Aufbau ab. Wirklich kritisch ist der Widerstand aber nicht.
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Ulrich H. schrieb: > Den Widerstand vor dem Komparator und der Diode kann man anhand der > Kapazitäten berechnen. Vom Komparator, der Diode und den Leiterbahnen > kommen von der Größenordnung her etwa 10 pF zusammen. Um damit noch ein > Grenzfrequenz von merklich über 100 Hz zu bekommen darf der Widerstand > bis 100 MOhm groß sein. Wegen der Leckströme (20 nA + x) wird man aber > eher nicht über 10 M gehen wollen. So ein großer Widerstand gibt aber > ggf. auch mehr Störempfindlichkeit - wo der passende Kompromiss (wenig > Störungen gegen wenig Stromverbrauch) hängt vom Aufbau ab. Wirklich > kritisch ist der Widerstand aber nicht. Danke für deine Erklärungen aber ich bin jetzt irgendwie noch mehr verwirrt als vorher was die Schaltung angeht...ich dachte es gibt gar kein Komparator mehr sondern es geht vom Piezo über den Widerstand direkt an den Pin des µCs. Ich hab jetzt nochmal kurz zusammengeklickt was ich verstanden habe wobei das mir in keinster Weise logisch erscheint! Wir reden wohl etwas aneinander vorbei ;-)
Wenn man direkt an den IO Pin des µC gehen will, muss die extra Diode weg. Allerdings hat man da ggf. einen recht hohen Stromverbrauch, weil die Eingangsspannung zeitweise im Übergangsbereich ist. Auch ist die Schaltschwelle recht hoch, das reagiert wohl nur für Amplituden ab etwa 1,8 Vss. Ich war eher davon ausgegangen da an einen Komparator zu gehen - das kann auch der µC interne sein, also ein spezieller Pin des µC. Einfach nur ein Komparator ohne Hysterese gibt ggf. ein unnötig häufiges Umschalten durch Rauschen und damit unnötig viel Stromverbrauch (für den Komparator und den µC um das Signal zu filtern). Ich kenne die MSP430 nicht so gut - ggf. kann man da eine Hysterese einstellen/ realisieren. Sonst wäre ggf. ein externer Komparator besser.
Ulrich H. schrieb: > Ich war eher davon ausgegangen da an einen Komparator zu gehen > - das kann auch der µC interne sein, also ein spezieller Pin des µC. Also quasi so wie ich es am Anfang vorgeschlagen habe? Über Diode in einen Spannungsteiler. Vom Spannungsteiler in den Komparator und dann einfach die Flanke am I/O-Pin auslesen? Die Schaltung sollte ja den geringsten Strom vom Piezo abziehen, oder?
Simon Heller schrieb: > Piezo1.png Selbst wenn die Diode richtig wäre, nach VCC, dann ist sie unsinnig und überflüssig denn so eine ist im uC schon eingebaut. Lediglich die Eingangskapazität steigt damit unnötigerweise, was einen nur halb so grossen Widerstand erforderlich macht. Ob nun ein Digitaleingang oder ein Komparatoreingang, liegt an der Notwendigkeit der Anwednung, über die immer noch zu wenig bekannt ist, weil Simon zu wenig selbsr misst und weiss.
MaWin schrieb: > Ob nun ein Digitaleingang oder ein Komparatoreingang, liegt an der > Notwendigkeit der Anwednung, über die immer noch zu wenig bekannt ist, > weil Simon zu wenig selbsr misst und weiss. Wäre einfach super wenn du konkrete Fragen stellst! Die Anwendung ist Frequenzmessung und am liebsten würde ich das übern Interrupt auf steigende Flanke realisieren. Es fällt mir immer etwas schwer deinen Ausführungen zu folgen! Messen kann ich erst nächste Woche! Ich will hier keine fertig dimensionierte Schaltung mir ging es eher um Schaltungskonzepte bzw. Ideen wie man die Sache angehen kann.
Frage: liegt die Frequenzinformation in der jeweiligen Piezo_Amplitude ?
Den MSP430 kenne ich nicht, aber so wie es aussieht hat der die Möglichkeit eine Hysterese einzustellen und auch eine relativ niedrige Schwelle zu wählen. Damit ist der µC interne Komparator schon eine bessere Wahl als ein normaler digitaler Eingang, auch weil der digitale Eingang bei zwischenwerten einen relativ hohen Stromverbrauch haben kann. Ein exerner Komparator könnt ggf. noch sparsamer sein.
Simon Heller schrieb: > Wäre einfach super wenn du konkrete Fragen stellst! Dein Anfangspost hat eine Piezo-Spannung von mindestens 0.6V vorausgesetzt, bevor gezählt werden kann. Allerdings ist der Piezo natürlich nicht so mit Pin 1 an GND einsetzbar, wenn er schon am LTC3588-1 hängt. Wovon wir alle nichts wussten weil du es uns vorenthalten hast weil es dir zu viel Mühe war, die Gegebenheiten aufzuschreiben. Nun hängt er am LTC3588-1 und erzeugt erst Spannung wenn der Piezo zumindest 4Vss liefert. Man könnte meinen, es lohnt sich erst bei diesen Pegel zu messen, denn darunter hat ja die Schaltung keinen Strom, kann also gar nicht messen. Nun wissen wir wieder etwas nicht, denn scheinbar willst du trotzdem Amplituden unter 4V messen ohne sie auswerten zu können denn du hast je keinen Strom. Hat dein uC noch eine Batteriestromversorgung ? Hängt er noch an 230V ? Woher soll denn der Strom zur Auswertung kommen, wenn nicht vom Piezo, denn sonst braucht man ekine Möglichkeit zur Erfassung von Piezo-Spannungen unter 4V. Und wenn der Strom von woandersher kommt und eben nicht vom Piezo, wozu dann der Piezo ?
Arsenico schrieb: > Frage: liegt die Frequenzinformation in der jeweiligen Piezo_Amplitude ? In der Amplitude liegt die Information nicht bzw. vielleicht schon je nachdem wie man's nimmt ;-) Der Piezo wird mechanisch verformt wodruch Ladungsträger auf der Oberfläche entstehen wodurch eine E-Feld bzw. eine el. Spannung entsteht. Je stärker die Verformung desto größer theoretisch die Spannung. Für die Bestimmung der Frequenz sollte es reichen einfach die Nulldurchgänge zu detektieren. Ulrich H. schrieb: > Den MSP430 kenne ich nicht, aber so wie es aussieht hat der die > Möglichkeit eine Hysterese einzustellen und auch eine relativ niedrige > Schwelle zu wählen. Damit ist der µC interne Komparator schon eine > bessere Wahl als ein normaler digitaler Eingang, auch weil der digitale > Eingang bei zwischenwerten einen relativ hohen Stromverbrauch haben > kann. Ein exerner Komparator könnt ggf. noch sparsamer sein. So wie ich das vestehe kannst du keine Hysterese setzen sondern 2 verschiedene Schwellen bzw. wenn der Ausgang 1 ist ist Schwelle 1 aktiv, wenn der Ausgang 0 ist ist Schwelle 2 aktiv. Kleinste Referenz scheint dabei Vcc/32 zu sein also knapp 60mV. Das finde ich jetzt schon fast etwas hoch. Wenn ich den internen Komparator verwende kann ich auch nur Spannungen bis Vcc + 0,3V also bis 2,1V messen. Reicht es dann wenn ich 30V Amplitude habe einfach zwischen Piezo in Komparatoreingang eine Diode mit nem 10MOhm Widerstand in Serie zu schalten oder muss ich einen Spannungsteiler verwenden um nicht über die 2V zu kommen?
Ohne vernünftige Sensor / Generatordaten wird das hier NIGX !
Das begrenzen der Spannung ist kein Problem mit Widerstand und Diode nach GND. Damit wird die Spannung auf etwa 0,7 V begrenzt, wenn man will auch mehr (mit 2 Dioden). Wenn man auch sehr kleine Signale messen will, muss man aber zusätzlich auch noch an der anderen Seite des Piezos einen Widerstand (oder ggf. Ersatzweise Kondensator) nach GND haben, sonst wird es unter etwa 0,5 V schwer.
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Arsenico schrieb: > Ohne vernünftige Sensor / Generatordaten wird das hier NIGX ! Leider ist der Herr der den Harvester entwickelt hat bis kommende Woche im Urlaub aber vlt. kann ich dir aber auch weiterhelfen. Was wüsstest du denn gerne? Um vielleicht mal etwas Struktur hier rein zu bekommen, fasse ich mal die verschiedenen Varianten zusammen die ich hier so rausgehört habe. Vielleicht ist das mal ne gute Diskussionsgrundlage. Variante 1: Spannungsteiler mit vorgeschalteter Diode + externem Komparator Vin maximal 6V. (Stromverbrauch mit 12MOhm Spannungsteiler bei 30V Amplitude 1,3µA Spannungsteiler + 0,7µA TLV 3491 Komparator) + Schmitt-Trigger Aufbau möglich - externer Komparator → vermutlich höherer Stromverbrauch Variante 2: Wie Variante 1 nur mit Komparator des MSP430 und höherem Spannungsteilerverhältnis (1:10) Vin max 3,6V + vermutlich geringerer Stromverbrauch + weniger Komponenten - höheres Spannungsteilerverhältnis → Frequenzmessung bei geringer Amplitude kritisch Variante 3: hochohmiger Widerstand zwischen Piezo und µC. Hier versteh ich leider nicht warum der µC dabei nicht draufgeht. Spannung am Pin liegt doch weit außerhalb des zulässigen Spannungsbereiches.
Simon Heller schrieb: > Leider ist der Herr der den Harvester entwickelt hat bis kommende Woche > im Urlaub Der hat sicher nicht den Harvester entwickelt, sondern den entwickelten LT3588 genommen und eingelötet. Simon Heller schrieb: > Hier versteh ich leider nicht warum der µC dabei nicht draufgeht. Weil der Vorwiderstand den Strom auf ungefährliche Werte begrenzt.
MaWin schrieb: > Simon Heller schrieb: >> Leider ist der Herr der den Harvester entwickelt hat bis kommende Woche >> im Urlaub > > Der hat sicher nicht den Harvester entwickelt, sondern den entwickelten > LT3588 genommen und eingelötet. > Der Herr ist Doktorand und der Bau des piezoelektrischen Harvesters sprich Piezokeramik + Balken + Aufhängung ist Inhalt seiner Doktorarbeit! > Simon Heller schrieb: >> Hier versteh ich leider nicht warum der µC dabei nicht draufgeht. > > Weil der Vorwiderstand den Strom auf ungefährliche Werte begrenzt. Wieso steht dann im Datenblatt was von max. Eingangsspannung an den Pins -0,3V bis Vcc + 0,3V bzw. 4,1V?
Simon Heller schrieb: > Wieso steht dann im Datenblatt was von max. Eingangsspannung an den Pins > -0,3V bis Vcc + 0,3V bzw. 4,1V? In jedem CMOS Datenblatt steht so was. Spannung ist Spannung aus einer Spannungsquelle die beliebig viel Strom liefert. Die muss also so niedrig sein damit nicht zu viel Strom durch den IC fliesst. Ist der Strom begrenzt (durch den Widerstand) geht aber nichts kaputt. Entscheidend ist also die Maximalstromangabe eines I/O Pins. Das sind aber absolute Grundlagen der CMOS ICs die man kennen sollte.
MaWin schrieb: > Ist der Strom begrenzt (durch den Widerstand) geht aber nichts kaputt. > Entscheidend ist also die Maximalstromangabe eines I/O Pins. > > Das sind aber absolute Grundlagen der CMOS ICs die man kennen sollte. Wenn ich das bei meinen Recherchen richtig verstanden habe, dann hat das nichts mit der Eigenschaft von CMOS-Schaltungen sondern eher mit deren Schutzschaltung zu tun. Bei höheren Spannungen schalten die Schutzdioden durch und die haben ein Stromgrenze ab deren Überschreitung dann der ganze µC draufgehen kann. In den meisten Beiträgen zu der Thematik wurde ausdrücklich davon abgeraten diese Schutzdioden für hohe Eingangsspannungen zu "missbrauchen". Ich hätte es jetzt mal mit dieser Diode http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MMSZ4678T1-D.PDF als "externe" Schutzdiode versucht! Oder ist anzunehmen, dass die integrierten Schutzdioden geringe Leckströme haben? Kennt sonst noch jemand z-Dioden mit einer Durchbruchspannung von 1,8V oder andere Dioden die sich für diesen Zweck eignen würden?
Die internen Dioden haben schon einen geringen Leckstrom. Das Problem mit den internen Dioden ist 2 stufig: Schon bei einem kleinen Strom können benachbarte Chip Funktionen gestört werden, weil der Strom halt nicht unbedingt direkt nach GND/VCC abfließt, sondern auch benachbarte Schaltungsteile beeinflussen kann. Dafür reichen ggf. auch schon einige 100 mV jenseits der Versorgung aus. Aus dem Grund wird von der Nutzung der internen Diode abgeraten. Der Chip selber wird nicht beschädingt, aber die Funktion gestört. Das 2. Problem ist, das ab einem gewissen Strom ein Latchup und damit eine mögliche Zerstörung des Chips getriggert werden kann. Dazu braucht es dann bei modernen Chips schon etwa mehr Strom - das Limit unter abolute maximum limits ist so das ein Latchup sicher vermieden wird. Dieses Limit muss man sicher vermeiden, falls das nicht geht, zur Not die Versorgung des Chips so auslegen, dass ein Latchup überlebt wird und nicht den Chip sprengt. Um Sicher zu sein das die Spannung nicht zu hoch / niedrig wird um zu stören bräuchte man schon Schottkydioden, die aber eher große Leckströme haben. Zenerdioden für so kleine Spannung haben in der Regel zu größe Leckströme bzw. sind auch nur ausgesuchte Dioden in Vorwärtsrichtung.
Danke für die Ausführungen! D.h. in meinem Fall sollte man das mangels brauchbarer Dioden mit den internen Schutzdioden mal testen? Sollte mich denn eig. der hohe Leckstrom stören? Wenn ich 30V Amplitude habe und einen 10MOhm Widerstand verwende habe ich einen max. Strom von 3µA. Das sollte ja dann auch der Strom sein den die Diode sieht, oder? Könnte man anstatt der Z-Diode nicht auch einfach 3 Standard 1N4148 Dioden in Reihe schalten? Oder eine Diode zwischen Pin und Vcc?
Ich würde nicht 10MOhm nehmen, sondern hatte 68k vorgeschlagen, mit der Tendenz eher mehr wenn es geht, d.h. den bei grösserem Widerstand entstehenden Fehler beobachten/messen/ausrechnen mit mehr Angaben und überlegen wann er relevant wird.
Hmm...das ist mir bewusst aber bei 68k komm ich in meiner Simulation auf einen Strom von knapp 260µA. Das ist leider viel zu viel! Mit dem 10MOhm Widerstand komm ich auf knapp 2µA. Die Frequenzmessung läuft ja kontinuierlich.
Simon Heller schrieb: > in meiner Simulation auf > einen Strom von knapp 260µA. Simulation hin oder her, bau doch mal etwas auf und probiere das. Das ist doch der eigentliche Spaß an der Sache.
So... habe am Montag mal versucht die Simulationsergebnisse zu verifizieren. Leider liegt wie so oft ein riesieger Unterschied zwischen Theorie und Praxis! Bei geringen Strömen (1-3µA) wirken die Dioden nur als Widerstand aber klemmen die Spannung nicht wirklich (Sieht man ja eig. auch an der IV-Kennline). Es läuft wohl immer mehr auf einen sehr hochohmigen Spannungsteiler oder auf die internen Schutzdioden raus. Dazu noch eine kurze Frage: Wenn ich den internen Comparator verwende wird der "port pin buffer" deaktiviert damit keine parasitären Ströme fließen (Im angehängten Datenblatt unter 19.2.7 beschrieben). Ergeben sich daraus irgendwelche Probleme hinsichtlich der hohen Eingangsspannungen wenn der Buffer ausgeschaltet ist? Greifen die Schutzdiode immer noch?
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