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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Automatischer LED Tester mit PWM und ADC


Autor: InFaIN (Gast)
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Hi,

wie üblich in der 10. Klasse der Realschule muss ich eine Fachinterne 
Überprüfung im Fach Technik ablegen/machen. Da mich einfache Dinge, wie 
eine Alarmanlage, automatische Gießanlage, usw nicht besonders reitzen, 
dachte ich an einen etwas anderen LED Tester.

Erstmal die Funktionsbeschreibung:

Über 6 Led's können per Taster verschiedene Stromstärken eingestellt 
werden. Die Einstellungen kann man per RS232 ändern. Nach dem einstellen 
der Stromstärke wählt man zwischen dem 2 pin LED Modus oder dem 3 pin 
LED Modus. Auswahl über Taster und Anzeige über LED. Im letzten Schritt 
betätigt man einen Taster zum starten des Tests. Die ausgewählte 
Stromstärke beginnt zu blinken. Nun werden nach und nach alle möglichen 
Pinkombinationen getestet. Ist eine Kombination erfolgreich(Messung der 
Stromstärke), so leuchtet eine Led falls in der Mitte die Cathode sitzt, 
ansonsten nicht. Nun kann man mit einem anderen Taster die nächste 
Kombination testen, z.B.: bei Duo-Leds usw...


Nun zu meinen Ideen der Umsetzung:


Per PWM wird ein Rechtecksignal erzeugt. Dieses wird mit dem Tiefpass 
geglätet. Laut Wiki 
(http://www.mikrocontroller.net/articles/Pulsweiten...) 
kann mit dem im Schaltplan eingezeichneten Filter ein Ripple von 20mV 
erreichen. Danach kommt ein Operatiosnverstärker als Spannungsfolger. 
Anstatt des im Schaltplan ersichtlichen LM358 würde ich ein TS912 
einsetzten.
Wenn ein Pin auf Masse liegt, wird per 10 Ohm Messwiderstand der 
Spannungsabfall gemessen, um die Stromstärke zu ermitteln. Bei einer 
maximalen Stromstärke von 40mA hat man einen Spannungsabfall von 0,4V 
diesen vesrärke ich wieder per TS912 um das 6 fache und komme somit auf 
2,4V was gut zu der internen Referenz von 2,56V passt. Veielicht muss 
ich auch eine 5 fache Verstärkung nehmen, da bei einer Duo-Led mit 
2*25mA ja 50mA enstehen.




Nun die spannende Frage:

Funktioniert das so? Und stimmt mein Schaltplan soweit?



Grüße

InFaIN

Autor: Falk Brunner (falk)
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@InFaIN (Gast)

>      tester.png
>      177,2 KB, 19 Downloads

Es ist ja sehr sozial von dir, wenn du auch an die sehbehinderten 
Mitleser des Forums denkst, aber bei der Auflösung kann es sogar ein 
Blinder sehen. Lies mal was über Bildformate.

>Über 6 Led's können per Taster verschiedene Stromstärken eingestellt

LEDs. Ausserdem wo kann man die STROMstärke bei dir einstellen? Ich sehe 
keine Konstantstromquellen.

>werden. Die Einstellungen kann man per RS232 ändern. Nach dem einstellen
>der Stromstärke wählt man zwischen dem 2 pin LED Modus oder dem 3 pin
>LED Modus. Auswahl über Taster und Anzeige über LED. Im letzten Schritt
>betätigt man einen Taster zum starten des Tests.

Ich glaub mit nem Multimeter und manuell durchklingeln ist man schneller 
;-)

Aber zu Lernzwecken ist das Projekt OK.

>Funktioniert das so?

Mehr oder Weniger.

> Und stimmt mein Schaltplan soweit?

Es fehlt die Stromversorgung vom MAX232, Stichwort INVOKE.
Das mit dem TS912 wird nur halb funktionieren, denn der kann bei hohen 
Strömen auch nicht mehr wirklich Rail to Rail arbeiten, wie alle OPVs.
Die Pull Ups für die Taster kannst du sparen, die sind im AVR schon 
drin, zuschaltbar.
Für ein paar popelige Status-LEDs braucht man keinen ULN2803, die kann 
man direkt an den AVR hängen.

Ich würde das Ganze anders machen. Eine Konstantstromquelle per 
Analogschalter oder Reed-Relais auf die drei Pins schalten, gleichzeitig 
die zwei anderen Pins per Tristate-IOs auf Masse ziehen. Wenn man nun am 
Pin die Spannung misst, kann man rausfinden ob die LED richig gepolt ist 
und welche Flußsspannung sie hat.
Man braucht dazu keine extra OPVs. Und braucht keine negative 
Betriebsspannung.

Just my 2 Cent.

MFG
Falk

Autor: InFaIN (Gast)
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Zum Bildformat:

Ich finde dass es auf 150dpi manchmal ein wenig zu klein ist... aber 
wenn es mit 150dpi besser ist werde ich es mir merken...


Die Stromstärke regelt man sozusagen über die Kennlinie der Led, man 
fährt langsam den PWM hoch und misst nebenher den Strom per 
Messwiderstand.

Versorgunspannung vom Max232 ist hinzugefügt...

Wo brauche ich eine negative Betriebsspannung?



InFaIN

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  InFaIN (Gast)

>Wo brauche ich eine negative Betriebsspannung?

Für die OPVs, sonst kommen die nicht auf 0V runter und deine Stommessung 
ist im Eimer. -5V reichen, der ICL7660 ist dein Freund. Kann man aber 
auch mit einem Pin am AVR machen, das PWM kann. Stichwort 
Spannungsinverter mit zwei Dioden und zwei Kondendsatoren.

MFG
Falk

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Verzeih
Aber ich hab immer noch nicht verstanden, warum ich diesen LED Tester 
nehmen soll.
Was genau kann ich damit testen und warum will ich das überhaupt?

Nicht falsch verstehen. Aber diese Frage quält mich, vor allen Dingen 
wenn ich mir durchlese, wie du dir den Testablauf vorstellst.

Autor: InFaIN (Gast)
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@falk

Alles klar... die negative Betriebsspannung sollte nicht das Problem 
darstellen... Reicht da ein ICL7660 für alle OPs?



@karl

Mit dem Gerät soll man später Leds testen können. Einfache standard 
Leds, 2-Pin Duo-Leds und 3-Pin Duo-Leds... Man kann die Stromstärke frei 
einstellen was bei einem normalen Led Tester nicht möglich ist. Außerdem 
wäre es denkbar per RS232 nachher am PC eine Kennlinie der Led zu 
erzeugen... Ob man so ein Gerät braucht oder nicht ist eine andere 
Frage...






InFaIN

Autor: Falk Brunner (falk)
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@InFaIN (Gast)

>Alles klar... die negative Betriebsspannung sollte nicht das Problem
>darstellen... Reicht da ein ICL7660 für alle OPs?

Kommt drauf an wieviel Strom du durch die LED jagen willst. Den muss 
auch der ICL bringen, plus 5mA Reserve oder so.

MFG
Falk

Autor: InFaIN (Gast)
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@falk

Leider konnte ich im Datenblatt keine Angabe zur maximalen Stromstärke 
finden. Es dürften aber maximal 50mA anfallen.

InFain

Autor: Falk Brunner (falk)
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Die meisten OPVS schaffen keine 50mA, bestenfalls 20mA.

MfG
Falk

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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InFaIN schrieb:

> Mit dem Gerät soll man später Leds testen können.

Na ja. Ich papp da 330Ohm als Vorwiderstand drann und halte das bei 5V 
an + und -. Leuchtet die LED, dann ist sie gut. Leuchtet sie nicht, dreh 
ich die Polung um :-)
Ist eine Sache auf 10 Sekunden.


Aber lass dich nicht aufhalten. Ist eine spannende Sache.

Denk mal darüber nach, ob man von einer LED zerstörungsfrei den 
zulässigen Strom rauskriegen kann (Ev. mit einem Phototransistor die 
Helligkeit der LED messen?). Das wär doch was: Du steckst die LED rein 
und am Gerät steht (bei einer bestimmten Voltzahl) welchen Vorwiderstand 
man braucht.

Autor: InFaIN (Gast)
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@karl:

Ich zitiere mal aus meinem ersten Beitrag:

>wie üblich in der 10. Klasse der Realschule muss ich eine Fachinterne
>Überprüfung im Fach Technik ablegen/machen. Da mich einfache Dinge, wie
>eine Alarmanlage, automatische Gießanlage, usw nicht besonders reitzen,
>dachte ich an einen etwas anderen LED Tester.

Die Idee des Testers kann man noch weit treiben... z.B.: Farbsensor, 
Helligkeit, usw... doch sprengt sowas einfach den Rahmen...



Falk Brunner schrieb:
> Die meisten OPVS schaffen keine 50mA, bestenfalls 20mA.


Wie kann ich dann die Strombelastbarkeit erhöhen?






InFaIN

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  InFaIN (Gast)

>> Die meisten OPVS schaffen keine 50mA, bestenfalls 20mA.

>Wie kann ich dann die Strombelastbarkeit erhöhen?

Z.B. über einen komplementären Emitterfolger am Ausgang, sprich ein NPN 
und PNP Transistor "zusammengeschaltet".

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0205141.htm

D1, D2, R1 und R2 weglassen, die Basen verbinden und an den OPV Ausgang. 
Den neue Ausgang sind die verbundenen Emitter. Der AUsgangs-C entfällt. 
Die Rückkopplung vom OPV wird am neuen Ausgang abgegeriffen, NICHT 
direkt am OPV-Ausgang.

MfG
Falk

Autor: InFaIN (Gast)
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Habe ich das so richtig umgesetzt?
Wenn ich jetzt noch die negative Spannung hinbekomme müsste es dann doch 
gehen, oder?


InFaIN

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>>> Die meisten OPVS schaffen keine 50mA, bestenfalls 20mA.
>>Wie kann ich dann die Strombelastbarkeit erhöhen?

Es gibt auch Leistungs-OVs. Z.B. L165 oder alternativ auch TDA2030.

MfG Spess

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  InFaIN (Gast)

>Habe ich das so richtig umgesetzt?

Nein.

- Die Verbindung zwischen Kolletor und Basis der NPNs ist falsch, muss 
raus.
- Die Rückkopplung an Pin2 vom OPV muss an die Emitter gehen, nicht die 
Basen.

MFG
Falk

Autor: InFaIN (Gast)
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spess53 schrieb:
> Es gibt auch Leistungs-OVs. Z.B. L165 oder alternativ auch TDA2030.

Die sind beide nicht rail-to-rail fähig... ich denke da ist so eine 
Transistorschaltung einfacher...



@falk:

Stimmt es so jetzt? und vorallem funktioniert es so jetzt?





InFaIN

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  InFaIN (Gast)

>Stimmt es so jetzt? und vorallem funktioniert es so jetzt?

Nööö ;-)

Lies mal meine Postings in RUHE und versuch sie umzusetzen.

MFG
Falk

Autor: InFaIN (Gast)
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Jetzt fängt das große raten an...

Ich tippe jetzt einfach mal auf die negative Stromversorgung der OPs, 
oder?
Du hast ja den ICL7660 vorgeschlagen.... nur finde ich einfach nicht die 
Belastungsgrenze... und vorallem wie viel wird der ICL belastet mit der 
neuen Schaltung? muss ich da dann immernoch die 50mA nehmen oder nurnoch 
den "normalen" Stromverbrauch der OPs? Ich denke mal nicht dass 25mA 
reichen, sonst könnte man doch auch vom MAX232 abzapfen, oder? Mit mehr 
belastbarkeit habe ich bis jetzt nur den MAX774 gefunden... Laut 
Datenblatt kann man den mit passender Beschaltung mit bis zu 1A belasten 
bei -5V...
Ich hoffe mal das ich richtig getippt habe und nicht noch was anderes 
überlesen habe...


InFaIN

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  InFaIN (Gast)

>Ich tippe jetzt einfach mal auf die negative Stromversorgung der OPs,
>oder?

Die fehlt extra noch. Aber das eigentliche Problem ist die Rückkopplung 
der OPVs. Vom Minus-Eingang nach Masse? Eher nicht. Besser zum Emitter 
der beiden Transistoren. Schrieb ich schon mehrfach.

>Du hast ja den ICL7660 vorgeschlagen.... nur finde ich einfach nicht die
>Belastungsgrenze...

"They deliver 10mA with a 0.5V output drop."

Wird eng mit 50mA. Also brauchst du eintweder ein Netzteil, welches -5 
ausspuckt oder einen DC-DC Wandler, welcher aus +5V -5V macht. Oder du 
änderst dein Konzept nochmal. Ich würde dir letzteres empfehlen.

>neuen Schaltung? muss ich da dann immernoch die 50mA nehmen oder nurnoch

Ja, die -5V müssen den vollen Strom vom 50mA + OPVs bringen.

>belastbarkeit habe ich bis jetzt nur den MAX774 gefunden... Laut
>Datenblatt kann man den mit passender Beschaltung mit bis zu 1A belasten
>bei -5V...

Kann schon sein. Ist aber IMO der falsche Ansatz. Nimm drei 
Konstantstromquellen (1mA, 10mA, 50mA) und drei Reed-Relais, fertig 
ist die Laube.

MfG
Falk

Autor: InFaIN (Gast)
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Hi,

jetzt habe ich lange nachdenken müssen um zu verstehen was falsch ist, 
obwohl wir in den letzten Technikstunden hatten, dass der Emitter beim 
Schaltbild des pnp oben ist.... Ich habe dass jetzt korrigiert...



Mir ist gestern Abend eingefallen, dass ich noch zwei Netzteile mit +12V 
+5V und -12V habe. Die -12V sind mir 0.3A belastbar. Ich denke 300mA 
dürften reichen. Und der TS912 kann 18V vertragen..... -12V bis 5V = 17V



Als ich das Datenblatt des TS912 nochmals gelesen habe sind mir diese 
Werte aufgefallen:

>Iin Current on Inputs ±50 mA
>Io Current on Outputs ±130 mA

heißt das nicht, dass ich den mit bis zu 130mA belasten kann?




InFaIN

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  InFaIN (Gast)

>      tester.png

OK, passt jetzt. Es fahlt aber immer noch die Stromversorgung für den 
OPV, auch hier mit INVOKE.

>+5V und -12V habe. Die -12V sind mir 0.3A belastbar. Ich denke 300mA
>dürften reichen.

Ja.

> Und der TS912 kann 18V vertragen..... -12V bis 5V = 17V

Den brauchst du nicht, ein einfacher LM358 reicht dicke.

>>Iin Current on Inputs ±50 mA
>>Io Current on Outputs ±130 mA

>heißt das nicht, dass ich den mit bis zu 130mA belasten kann?

Nein, das heisst nur, wenn du den IC mit diesen Strömen abartig quält, 
dann hält er das aus. Ist aber weit weg von normalen 
Betriebsbedingungen.

MFG
Falk

Autor: InFaIN (Gast)
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@falk

Vielen Dank für deine Hilfe....
Jetzt habe ich einiges dazugelernt...

Wenn der LM358 genauso gut funktioniert, nehme ich diesen.
Da der LM358 ja 32V kann, verorge ich ihn jetzt mit -12V und +12V.


Jetzt die spannende Abschlussfrage:

Wird das so funktionieren?



InFaIN

Autor: Falk Brunner (falk)
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Sollte jetzt passen. Vielleicht noch einenn 100nF + 10µF Kondensator für 
die Stromversorgung der OPVs spendieren.

MfG
Falk

Autor: InFaIN (Gast)
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Ich habe jetzt noch zwischen -12V und +12V einen 100nF Kondensator 
gepackt und zwichen GND und 5V ebenso.



Ich will mich nochmals herzlich für deine Hilfe bedanken.






InFaIN

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