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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungs-Schwankungen ermitteln?


Autor: Martin Matysiak (kaktus621) Benutzerseite Flattr this
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Hallo!

Ich hab schon ein wenig danach gesucht, aber so ganz hat es noch nicht 
geholfen.
Also folgendes Szenario:

Ich habe hier 2 Solarzellen, die in Reihe geschaltet ca. 4 V (4,5 war 
das höchste was ich bis jetzt gemessen habe) bei ca. 250mA erzeugen 
können. So, aufgrund der Drehung der Erde verschwindet die Sonne 
gelegentlich mal aus dem Blickfeld der Solarzelle ;-)
Nun hatte ich vor, den auftretenden Spannungsabfall irgendwie zu 
erkennen (was bei Erkennung passiert ist erstmal egal).
Nun ist aber meine Frage, wie kann ich diese Spannungsschwankungen 
messen/frühzeitig erkennen?
Programmiert habe ich bis jetzt nur auf einem PIC ( 16F628A ), auf 
diesem wollte ich für dieses Projekt auch erstmal noch bleiben. Ich habe 
irgendwas von Spannungsteiler o.ä. gelesen, aber so ganz konnte ich da 
noch nicht durchblicken.

Der PIC an sich sollte mit der gegebenen Spannung und dem Strom doch 
locker zurechtkommen, oder?

Ich hoffe ihr könnt mir ein paar Ansätze geben, die ich dann 
weiterverfolgen kann :) Vielen Dank.

Autor: Fred S. (Gast)
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Hallo Martin M.,

die Stichworte, die Du im Datenblatt ( 
http://www.scribd.com/word/download_preview/65498?... 
) suchen musst, heißen "analog comparator" und "voltage reference". Du 
stellst dem einen Eingang des Komparators eine definierte Spannung (zum 
Beispiel aus der internen "voltage reference") zur Verfügung, an den 
anderen Eingang kommen die Solarzellen, evtl. über einen (ruhig sehr 
hochohmigen!) Spannungsteiler. Wenn die Spannung der Solarzellen 
(Spannungsteiler mit einrechnen!) unter dem Referenzwert liegt, löst Du 
etwas per Software aus (z.B. einen Interrupt -- ich benutze vorwiegend 
AVRs, aber das geht wohl bei PICs identisch; die interne 
Spannungsreferenz hat dort sogar 16 Stufen!).

Natürlich musst Du dafür sorgen, dass der PIC auch bei Dunkelheit 
adäquat versorgt ist, z.B. mit einem Puffer-Akku. Für eine ähnliche 
Anwendung lasse ich einen AVR im Dunkeln alle 8 s per Watchdog 
aufwachen, kontrollieren, welche Spannung die Solarzelle liefert, und 
sofort wieder einschlafen, wenn's noch dunkel ist. Das ist nur eine 
mehrerer denkbarer Lösungen.

Ohne einen externen Puffer-Akku ließe sich wahrscheinlich auch 
auskommen, wenn man in Kauf nehmen kann, dass sich der uC bei fallender 
Spannung aus- und dann über einen Power-ON-Reset wieder einschaltet -- 
nur eine Frage der Software (und Aufgabe des Prozessors).

Viele Grüße

Fred

Autor: Prasser & Jammerer (Gast)
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Der Ansatz nennt sich Maximum Powet Tracker, ein Switcher, der die Last 
mit dem maximal Moeglichen versorgt. Ein Regelkreis, der die Last von 
nieder zu hochohmig variiert, und die optimale Anpassung findet.

Autor: Martin Matysiak (kaktus621) Benutzerseite Flattr this
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Hallo!

Vielen Dank für euere Antworten. Das Comparator Modul klingt ja schon 
sehr vielversprechend, nur ergibt sich mir da eine neue Frage...

V(ref) wird ja aus Vdd erzeugt. Da der Mikrocontroller aber selber an 
der Solarzelle hängt (soll ein komplett Solarbetriebener Aufbau werden) 
wird sich doch, wenn die Spannung der Solarzelle abnimmt, auch 
gleichzeitig Vdd und somit Vref verändern, oder? In dem Fall würde die 
Bedinung (Vin < Vref) nie erreicht werden und der Interrupt auch nie 
auslösen.
Oder verstehe ich da was falsch?

Autor: Fred S. (Gast)
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Hallo MArtin,

im Kapitel 11 des Datenblatts steht, wie Du die Spannungsreferenz 
einstellen kannst. Der PIC arbeitet im Spannungsbereich von 2.0 bis 
5.5V. Also musst Du Dir überlegen, welche Referenzsspannung Du wählst 
und wie der Spannungsteiler vor dem Komparator aussehen soll. Klar ist 
mir noch nicht, wie Du ohne einen zusätzlichen Akku o.ä. auskommen 
willst. Was soll der uC denn tun, wenn die Spannung unterschritten wird? 
Daten sichern? Wie springt er wieder an? Mit einem Power-ON-Reset? Im 
ersten Posting hast Du geschrieben "was bei Erkennung passiert, ist 
erstmal egal" -- das kann ich so nicht schlucken. Du bekommst hier 
wahrscheinlich mehr Hilfe, wenn Du Dein Gesamtkonzept besser erläuterst.

Viele Grüße

Fred

Autor: Martin Matysiak (kaktus621) Benutzerseite Flattr this
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Okay,

das ganze soll eine sich selbst ausrichtende solarzelle sein. Sobald die 
Spannung unter einen gewissen Wert fällt, sollkurz ein Motor gestartet 
werden (Anlaufsspannung 0,5V ; Anlaufstrom 30 mA) der die Zelle wieder 
Richtung Sonne dreht. Liegt die Spannung über dem Schwellenwert, so 
befindet sich der PIC im SleepModus und der Strom der Solarzelle kann 
für irgendwas anderes verwendet werden.

So hab ich mir das zuindest in derTheore überlegt.
Nur da Vref laut Datenblatt von Vdd abhängigist, und Vdd ja praktisch 
die Spannung ist, die überwacht werden soll, stehe ich vor einem 
Problem...

Autor: Fred S. (Gast)
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Hallo Martin,

eine Alternative wäre eine externe Spannungsreferenz. Zweifel habe ich 
am Gesamtkonzept: Natürlich hängt es nur von der Gesamtfläche der Module 
ab, wieviel Strom die noch liefern können, wenn sie nicht mehr direkt 
beschienen werden -- aber 30mA für den Motor sind schon recht viel! 
Werden die Solarmodule denn nicht so eingesetzt, dass sie z.B. einen 
Akku laden, mit dem Du den PIC und den Motor versorgen könntest? Hier 
ist eine solche Lösung: 
http://www.cs.ttu.edu/~derek/Solar%20Tracker/Solar... .. und 
hier eine rein analoge: 
http://www.elecfree.com/electronic/analog-solar-tr... 
(beide auf der ersten Google-Seite: "solar tracker analog").

In meinem Aufbau (Solarmodul wird nicht nachgeführt!) lädt das Modul 
einen LiPo-Akku. Da das Solarmodul bei max. Beleuchtung mehr Spannung 
liefern kann als zum Laden zulässig, liegt parallel zum Akku ein 
Shunt-Regler, der bei 4,15V kurzschließt, so dass die zulässige 
Ladeendspannung nie überschritten werden kann. Das Solarmodul kann den 
max. zulässigen Ladestrom nicht überschreiten.

Viele Grüße

Fred

Autor: Fred S. (Gast)
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Besser formuliert:
> ... Da das Solarmodul bei max. Beleuchtung mehr Spannung
> liefern kann als zum Laden zulässig, liegt parallel zum Akku ein
> Shunt-Regler, der bei 4,15V
den gesamten Strom vom Solarmodul aufnimmt, so dass die zulässige
Ladeeschlussspannung nicht überschritten werden kann.

Autor: 3348 (Gast)
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>das ganze soll eine sich selbst ausrichtende solarzelle sein. Sobald die
>Spannung unter einen gewissen Wert fällt, sollkurz ein Motor gestartet
>werden (Anlaufsspannung 0,5V ;

sowas macht man anders. Ein Blech, oder pappe parallel in der ebene der 
Drehachse, hat am Fusspunkt links und rechts eine kleine Photodiode. Die 
muessen gleich hell sein, sonst hat eine Schatten. Wenn eine schatten 
hat dreht man.

Autor: Martin Matysiak (kaktus621) Benutzerseite Flattr this
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Stimmt, die Idee mit den Fotodioden ist natürlich sehr gut. Nur könnte 
es ein wenig Probleme mit der Genauigkeit der beiden Dioden geben, 
undzwar weil sie zu genau sind, dadurch würde ein "gleich hell" relativ 
schwer zu erreichen sein, oder?
Wie könnte man den von den Dioden durchgelassenen Strom "abrunden", 
(praktisch die Nachkommastellen abschneiden) sodass ein "gleich hell" 
zwar nicht "exakt gleich hell" ist, aber dadurch einfacher zu erreichen 
ist?
Läuft der Vergleich dann auch mit den Komparatoren ab?

Jaja, viele Fragen, ich hoffe ihr könnt mir verzeihen :-) Jetzt begeb 
ich mich aber erstmal auf die Suche nach Fotodioden.. hoffentlich hab 
ich noch irgendwo welche liegen.

Autor: 3348 (Gast)
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Man laesst die eine Diode als poitiven Strom, die andere als negativen 
Strom an den Summationspunkt eines integrators. Das Ausgangssignal geht 
an den Motor. Dh der Integrator laeuft weg bis sich der Motor dreht.

Autor: Martin Matysiak (kaktus621) Benutzerseite Flattr this
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Sooo... Also ich denke ich werde wohl aufjedenfall Akku's verwenden. Als 
Laderegler für diese habe ich mir mal den Maxim MAX712 angeschaut. Soll 
wohl relativ gut funktionieren, nur ist er etwas teuer. Allerdings habe 
ich festgestellt, dass man ein Sample von dem bestellen kann, nur gibt 
es dort viele verschiedene Modelle von dem (712CPE, 712CSE .....), 
woring liegen die Unterschiede in denen?

Das mit dem Integrator habe ich noch nicht ganz verstanden.. Sagen wir 
mal, beide Fotodioden haben genug licht, dann würde sich doch (weil die 
Ausgangsspannung beider ca. gleich ist) sich auch die Ausgangsspannung 
des Integrators nicht verändern und der Motor sich einfach im Kreis 
drehen (bis dann einer wieder zu wenig licht hat? Aber stehen bleiben 
würde er doch nicht, oder?
Oder aber ich hab den Wikipedia Artikel über Integratoren falsch 
verstanden :D

Jetzt frage ich mich, kann man nicht einfach zwei Fotowiderstände 
nehmen, je mehr Licht draufscheint desto geringer ist ihr Widerstand ==> 
durchgelassene Spannnung ist größer. Könnte man diese nicht einfach mit 
nem Mikrocontroller(Komparator) vergleichen und wenn beide über einer 
gewissen schwelle sind (== genug Licht auf beiden) soll der Motor stehen 
bleiben?

Ich persönlich find das jetzt irgendwie einfacher zu realisieren :P bzw. 
da weiß ich wenigstens wie das genau funktioniert.

Oder spricht etwas gegen diese Lösung?

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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'Nabend,

du hast schon ZWEI Solarzellen, nimm die doch als Fotodioden...

Autor: Martin Matysiak (kaktus621) Benutzerseite Flattr this
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Das Problem ist, dass die in Reihe verschaltet sind, dann kann ich doch 
schlecht die Spannung einer einzelnen messen/vergleichen?

Also ich hab mal für den Laderegler den Typical Operating Circuit 
genommen und ihn ein wenig erweitert.. (Meine Eagle Fähigkeiten sind 
extremst begrenzt, irgendwie komm ich mit der Software nicht so ganz 
klar).

Würde das denn so in etwa funktionieren?? Das da rechts unten sollen die 
Fotowiderstände sein, sie sind am Comparator Eingang 1 und Zwei 
angeschlossen. Wobei auf der anderen Seite müssten sie mit Vdd anstatt 
Vss verbunden sein, oder?

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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>Das Problem ist, dass die in Reihe verschaltet sind, dann kann ich doch
>schlecht die Spannung einer einzelnen messen/vergleichen?

NUR DANN, wenn sie in Reihe sind, kannst Du die Spannungen einzeln 
messen. Bei einer Parallelschaltung sehe das echt schlecht aus.

Masse geht an Masse, klar.

am rechten Panel misst du die Spannung vom rechten Panel und am linken 
Panel die Summe beider Spannungen. Wie man jetzt auf die Spannung des 
linken Panels kommt weiss ich jetzt auch nicht...
Vergleichen muss man ja auch noch...und auswerten.
Stimmt - ziemlich kompliziert.
Na, vielleicht hat ja noch jemand 'ne Idee, wie man das machen könnte 
;-)

Autor: Latissimo (Gast)
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Mal ne andere Idee:

Wenn du die Solarzelle immer in der Sonne stehen haben willst, dann 
könntest du auch einfach zeitabhängig die Zelle per Motor wandern 
lassen.
Sonnenhöchststand am Mittag ist dann die mittlere Stellung des 
Schwenkbereichs.

Probleme bei der andern Lösung: Wenn du eine sehr niedrige Spannung der 
Zelle misst, dann muss das nicht heißen, dass die Sonne gewandert ist. 
Sonder dafür gibt es auch andere Ursachen, zb. Aufkommen von schlechtem 
Wetter. Wenn es z.B. bis Mittags sonnig ist, funzt dein Teil. Wenn aber 
dann schwarze Wolken hier in EUR aufkommen, dann ist die Sonne vllt. für 
den Rest des Tages weg. Dann versucht dein Motor, die Zelle zu bewegen, 
aber es kommt nix mehr an.

IMHO: Besser die Ausrichtung der Solarzelle an der Tageszeit bemessen.
Den Schwenkbereich durch Ausprobieren herausfinden.

Autor: Latissimo (Gast)
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noch was zur Ausrichtung von den LDRs:

Wenn du Das Licht "kanalisierst", dann ist die Methode mit den Fällen

LDR1 und LDR2   dann Ausgerichtet
nur LDR1        dann in best. Rtg. schwenken
nur LDR2        dann in andere Rtg. schwenken

sicherer zu detektieren.



siehe Anhang

Autor: Martin Matysiak (kaktus621) Benutzerseite Flattr this
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Hallo!

Mal eine Frage zum MAX712

Dort gibt es ja in dem Typical Operating Circuit einmal den Widerstand 
R1 und den Widerstand Rsense.

Ich hab im Datenblatt nachgeschlagen wie man die Werte berechnet, und 
meine Ergebnisse sind doch was komisch:

Zu R1 :

Im Datenblatt steht: "R1 = (minimum wall-cube voltage - 5V) / 5mA" meine 
Minimum Voltage liegt aber unter 5 Volt.. dann hätte ich ja praktisch 
einen negativen Widerstand, soll ich einfach keinen einsetzen?

Zu Rsense :

Die Formel lautet : RSENSE = 0.25V / (IFAST), wobei
IFAST = (capacity of battery in mAh) / (charge time in hours)

Was ist genau mit der Charge Time gemaint? Die die auf den Akkus steht? 
Ich hab NiMH Akkus der Firma GP, auf diesen steht: "typical 2250 mAh 
Standard Charge 16Hrs at 220mA"

Wenn ich das einsetze, habe ich:

Rsense = 0.25V / (2250mAh / 16h) ~= 0.001 V/mA

V/mA ist dann "milli-Ohm" ? Insgesamt ist der Wert etwas sehr klein, 
oder habe ich mich da irgendwo vertan?

Autor: Oszi40 (Gast)
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Nebenbei:
Mit CdS-Fotowiderständen habe ich im Langzeittest leider keine so guten 
Erfahrungen gemacht. Sie wurden hochohmiger. Wenn ich die Wahl hätte, 
würde ich entweder Fototransistoren oder gleich 2 billige Solarzellen 
benutzen. Wenn die Fläche größer ist, hat das auch den Vorteil, das kein 
einzelner Regentropfen/ Vogeldreck zu Fehlfunktionen der Steuerung 
führt.

Weierhin sollte man nicht nur mit dem vom Hersteller angegebenen 
"Schönwetterwert" der Solarzellen rechnen. Es gibt auch Winter- + 
Regentage, an denen die Ausbeute im mA-Bereich liegen wird.

Lutz

Autor: jo (Gast)
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es gibt einen bausatz, der den motor zwischen zwei hilfs-solarzellen 
klemmt, die rechtwinklig zur haupt-solarzelle stehen.

Autor: Martin Matysiak (kaktus621) Benutzerseite Flattr this
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Hallo jo,

wo finde ich denn diesen Bausatz? Würde ihn mir gerne mal Anschauen.


Insgesamt soll das Projekt (die Solarzelle) nicht unbedingt im 
Dauerbetrieb laufen, es ist eher eine Art Schulprojekt, das vielleicht 
ein paar mal durchgeführt wird (und ich denke mal auch nur unter guten 
Bedingungen). Von Daher sollte die zunehmende Hochohmigkeit der LDRs 
nicht das große Problem darstellen.


Stimmen meine Berechnungen für die Widerstände des MAX712 denn? Und wie 
lange dauert es ungefähr, bis so ein bestelltes Sample ankommt? Wird ja 
aus den USA verschickt.. Eine Woche? Zwei?

Autor: Martin Matysiak (kaktus621) Benutzerseite Flattr this
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Ähm.. ich wäre sehr über eine Antwort erfreut ;-) Ich wollte nämlich 
heute endlich schonmal den Aufbau löten (Die Lade-ICs sind zwar noch 
nicht da, aber ich kann ja schonmal den Rest aufbauen) und dazu würde 
ich gerne wissen, ob die Werte für die Widerstände denn nun in Ordnung 
sind :-)

Vielen Dank schon einmal.

Autor: jo (Gast)
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ähm, hier mal ein tipp:

http://www.google.de/search?q=solar+nachführung+sonne+modell

ist auf der ersten ergebnisseite

ansonsten:

Fischertechnik Baukasten 'Profi Öko-Power'

Autor: Martin Matysiak (kaktus621) Benutzerseite Flattr this
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Juhuu die ICs sind heute angekommen :-) Nur irgendwie möchte niemand auf 
meine Frage Antworten.. ich brauch doch nur eine zweite Meinung, ob 
meine Rechnung so stimmt, ich möchte ja noch nichtmal dass ihr für mich 
rechnet.

Hier nocheinmal meine Berechnungen (Der Typical Operating Circuit im 
Anhang, Datenblatt unter dem Zitat):
Zu R1 :

Im Datenblatt steht: "R1 = (minimum wall-cube voltage - 5V) / 5mA" meine
Minimum Voltage liegt aber unter 5 Volt.. dann hätte ich ja praktisch
einen negativen Widerstand, soll ich einfach keinen einsetzen?

Zu Rsense :

Die Formel lautet : RSENSE = 0.25V / (IFAST), wobei
IFAST = (capacity of battery in mAh) / (charge time in hours)

Was ist genau mit der Charge Time gemaint? Die die auf den Akkus steht?
Ich hab NiMH Akkus der Firma GP, auf diesen steht: "typical 2250 mAh
Standard Charge 16Hrs at 220mA"

Wenn ich das einsetze, habe ich:

Rsense = 0.25V / (2250mAh / 16h) ~= 0.001 V/mA

V/mA ist dann "milli-Ohm" ? Insgesamt ist der Wert etwas sehr klein,
oder habe ich mich da irgendwo vertan?

Datenblatt zum MAX712 : http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/1666.pdf

Autor: Fred S. (Gast)
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Hallo Martin,
> ........................................................... meine
> Minimum Voltage liegt aber unter 5 Volt.. dann hätte ich ja praktisch
> einen negativen Widerstand, soll ich einfach keinen einsetzen?
Unter "Electrical Characteristics" steht auch "V+ voltage MIN 4.5 V". 
Wenn Du dem IC also nicht mindestens 4.5 V anbietest, arbeitest Du 
außerhalb des vorgesehenen Betriebsspannungsbereichs; die Schaltung wird 
dann wahrscheinlich nicht funktionieren!

Zitat (S.6 des Datenblatts): "Choose an external DC power source (e.g., 
wall cube). Its minimum output voltage (including ripple) must be 
greater than 6V and at least 1.5V higher (2V for switch mode) than the 
maximum battery voltage while charging."

Gruß

Fred

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