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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Sensor -> Messverstärker->Mikrocontroller


Autor: Mike (Gast)
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Guten Tag!

Ich habe eine Frage  zur Sesnorik. Also ich möchte einen Drucksensor 
über einen Messverstärker an einen Mikrocontroller anschließen.

folgendes weiß ich bisher:
Quelle: http://www.mts.ch/documents/Kraftmessbroschuere.pdf
Seite 12

>Die Ausgangsspannung Ua eines Sensors berechnet sich zu:

>Ua = c * Ub

>Hierbei ist Ub die Betriebsspannung und c ist der Kennwert des Sensors.
>Der Kennwert des Sensors c ist dem Prüfprotokoll zu entnehmen und liegt 
>typischerweise im Bereich c = 1...3 mV/V. In Verbindung mit
>Betriebsspannungen Ub = 5...10 V ergeben sich typische
>Ausgangsspannungen Ua = 5...30 mV.

Also bekomme ich bei einem Sensor mit 2 mV/V Nennkennwert und einer 
Versorgungsspannung von 10V eine Ausgangsspannung von 20mV zurück (Bei 
voller Nennlast von z.B. 100kg) bei diesem Sensor
http://www.soemer.de/waegezellen/waegezelle-614-616.html

So, nun muss ich doch diese maximalen 20mV Ausgangsspannung mit dem 
Messverstärker verstärken... aber wie funktioniert das jetzt genau? 
Besser gesagt was macht dieser Messverstärker mit meinem gewonnenen 
Ausgangssignal? Was bekomme ich dann als Eingang an meinem 
Mikrocontroller und wie kann ich das dann auswerten?
Muss ich den Spannungswert durch meine verfügbare Bitzahl dividieren und 
erhalte die Stufen daraus und kann daraus wiederum meinen Druck auf dem 
Sensor berechnen?
Ist es besser einen Messverstärker zu nehmen, der ein analoges Signal 
ausgibt oder gleich ein digitales? Sry für die vielen fragen aber ich 
bin momentan damit etwas überfordert... :(

Gruß Mike

Autor: Mike (Gast)
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Ahhh wartet mal. Seite 19 in dem PDF:

Heißt das, dass ich bei Volllast von (wieder beispielsweise 100kg) 
maximal 10 V Ausgangsspannung am Verstärker habe und  ohne Last dann 0V, 
richtig?
Liege ich dann richtig, dass ich mit einem 16 Bit Mikrocontroller somit 
in 1,5g Schritten messen könnte? (100000g/2^16)1,525g Schritten messen 
kann? Da habe ich mich doch jetzt ganz stark verrechnet oder? %)

Danke schonmal für die Hilfe!

beste Grüße!!!
Mike

Autor: Michael Leusink (hasimaus)
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Hallo Mike,

hab' das Datenblatt noch nicht gelesen, aber allgemein:

ein 16Bit Mikrokontroller sagt nichts über die Auflösung aus, mit der Du 
analoge Werte, also Spannungen messen kannst.
Vielmehr benötigst Du einen ADC, z.B. mit 10Bit Auflösung.
Also würden die 10V in 10Bit, sprich 1024 Schritt aufgeteilt.

Nun kannst Du aber mit den meisten Mikrokontrollern bzw deren ADC nicht 
direkt 10V, sondern maximal z.B. 5V. Du muß somit die Spannung des 
Sensors an den Spannungs bereich des ADCs anpassen.

Gruß

Autor: Gerd M. (gerd_m)
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Hi Mike,

Mike schrieb:
> Also bekomme ich bei einem Sensor mit 2 mV/V Nennkennwert und einer
> Versorgungsspannung von 10V eine Ausgangsspannung von 20mV zurück (Bei
> voller Nennlast von z.B. 100kg) bei diesem Sensor

Genau so ist es, da diese Spannung noch viel zu klein für einen 
AD-Wandler ist, muss man diese erstmal noch verstärken.
Hier ist es von Vorteil einen sehr rauscharmen Typ zu verwenden mit 
möglichst wenig Temperaturdrift.

Gruß Gerd

Autor: Mike (Gast)
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Danke für eure Antworten! =)

Nur nochmal zum Verständnis eine kurze Abfolge, wie ich das jetzt 
verstanden habe.
Also ich habe folgendes:
Drucksensor:
Nennkennwert: 2mv/V
Messbereich: 0 bis 100kg
Referenzspeisespannung: 5VDC
Messverstärker:
Gleichspannungsversorgung: +15V / - 15V
Von Verstärkung steht da bei besten Willen nichts im Datenblat!?
Mikrocontroller:
ADC Eingangsspannung: 3,3V
ADC Auflösung: 10bit

So nun zum wesentlichen:
Ich lege an den Sensor über den Messverstärker eine Spannung von 5V 
(Referenzspannung) an. Somit bekomme ich bei maximaler Belastung 
(Nennlast) 2mV/V * 5V = 10mV als Ausgangsspannung 
(Ausgangsspannungbereich = 0mV bis 10mV) am Sensor. Diese 0mV bis 10mV 
lese ich wiederum am Messverstärker ein und Verstärke das Signal auf 
einen Bereich von 0 bis 3,3V, wie sie am Mikrocontroller ADC gefordert 
wird. Die 3,3V entsprechen also wieder meiner vollen Belastung, sprich 
der 10mV (neuer verstärkter Bereich = 0 bis 3,3V.
Nun habe ich am Mikrocontroller ADC 10bit Auflösung, d.h. 2^10 = 1024 
Stufen. Somit teile ich meinen Bereich 0V bis 3,3V und erhalte für eine 
Stufe rund 3,22mV.

Nun ein Beispiel:
Wenn ich zum Beispiel den Sensor mit 30 kg belaste, habe ich vom Sensor 
über den Messverstärker ein verstärktes Ausgangssignal von 2mV/V * 5V / 
100kg * 30kg = 3mV. Diese 3mV liegen nun an meinem ADC Port an, woraus 
mir mein Mikrocontroller einen digitalen Wert liefert:
Da liegt jetzt mein Problem, er müsste mir sozusagen eine 1 liefern, da 
es die erste Stufe wäre... Da habe ich mich doch eindeutig irgendwo 
vermacht oder?

Danke nochmal für die Hilfe!


Gruß Mike

Autor: micha (Gast)
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Mike schrieb:
> Da habe ich mich doch eindeutig irgendwo
> vermacht oder?

Ja, Du hast IMHO den Messverstärker vergessen. Der soll die 3 mV auf den 
vollen Bereich des AD-Wandlers verstärken/spreitzen :

0.003 V * 3.3V / 0.01 = 0.99 V

bei einer 10bit Auflösung sollte dann ein AD-Wert von ca. 310 dabei 
heraus kommen.

(alles Angaben ohne Gewähr, hab noch nicht genug Kaffee heute morgen)

Autor: Mike (Gast)
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Super!
Danke! =)

Ich rede die ganze Zeit von Verstärkung und vergesse sie dann! ^^


Gruß Mike!

Autor: Mike (Gast)
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Ähm... was ich noch fragen wollte... wo bekomme ich denn günstige 
Drucksensoren? Die die ich gefunden habe kosten alle Minimum 90 €. 
Allerdings bekommt man doch eine Waage schon für 10 oder 20€ und da sind 
mehr als ein Sensor drin! Könnt ihr mir da vllt einen guten Tipp geben?

besten Dank!
Euer Mike

Autor: didadu (Gast)
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Wenn es billig sein soll, geht vielleicht auch leitender Schaumstoff, 
ich meine dieses schwarze Zeug, in dem einem manchmal ICs geschickt 
werden.

Autor: Mike (Gast)
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Naja darauf soll schon auch mal so mindestens 100kg last einwirken... 
Schaumstoff is da doch viel zu weich. Außerdem kann ich mir auch gar 
nicht vorstellen wie das funktionieren soll...

Dennoch danke!

Autor: didadu (Gast)
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Zusammendrücken => Widerstand wird kleiner.
Oben und unten eine Metallplatte zur Stromübertragung.
Wenn die Last zu groß ist, einfach die Matte entsprechend größer machen.

Autor: Mike (Gast)
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Hm... ist irgendwie nicht so wirklich die Lösung die ich wollte, sry! 
Dachte da vllt daran die Sensoren aus einer fertigen Waage auszubauen 
aber nützt mich das was? Die muss es doch aber auch irgendwo zu kaufen 
geben oder etwa nicht?

Autor: didadu (Gast)
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Ich mein ja nur, wenn's billig sein soll.

Nimm doch gleich die fertige Waage für 10 €. Dann ist die ganze 
Auswertung auch schon dabei. Wozu kompliziert, wenn es auch einfach 
geht?

Ansonsten müsste Du vielleicht mal sagen, was Du überhaupt messen 
willst, wie genau es überhaupt sein soll, welcher Messbereich, usw.

Ich hab mir mal eine Paketwaage (bis 180 kg, ca. 70 €) als Personenwaage 
gekauft, mit RS232-Digitalausgang und direkt an einen PC angeschlossen.
Mein Script wertet die Daten aus (d.h. merkt, wann da ein Wert ist und 
dieser auch stabil ist), und trägt den Wert mit Timestamp in eine 
Datenbank ein, dann kann man die Werte noch kommentieren, bestimmten 
Personen zuordnen usw.
So kann man dann seine erfolgreichen Abnehmbemühungen mit Fakten 
untermauern ... bzw. zu geringe diesbezügliche Anstrengungen neu 
motivieren.

Aber Deine Anwendung ist vielleicht eine völlig andere. Nur kann man 
schwer einen Rat geben, wenn man darüber nichts weiß.

Autor: didadu (Gast)
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Z.B. könnte es sein, dass Du einen Hau-den-Lukas für einen 
Kindergeburtstag bauen willst. Da wären die Anforderungen ganz anderes, 
und dafür würde ICH auch lieber die Schaumstoffmatte nehmen. :-D

Autor: Mike (Gast)
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Ganz ehrlich!?
Das was du mit der Packetwaage gemacht hast, ist letztenendes das, was 
ich auch machen will. allerdings nicht über PC sondern mit nem 
Mikrocontroller ^^

Autor: Dirk (Gast)
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Die meisten Waagen arbeiten mit DehnungsMessStreifen (DMS) und nicht mit 
Drucksensoren.

Autor: Gerd M. (gerd_m)
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Mike schrieb:
> Allerdings bekommt man doch eine Waage schon für 10 oder 20€ und da sind
> mehr als ein Sensor drin! Könnt ihr mir da vllt einen guten Tipp geben

Hi Mike,

die DMS-Streifen selbst, also diese Plättchen sind relativ günstig.
Auf den biegbaren Körper aufgeklebt (=Wägezelle), wird die Sache schon 
einges teurer, und genau hier darf man von Personenwaagen nicht zu viel 
erwarten.
Die Reproduzierbarkeit ist oft schlecht, hier wird nicht selten 
"getrickst".
Draufstellen und wiegen, danach runter und mit ner Tafel Schokolade 
nochmal draufstellen =>  man wundert sich, dass die Stelle hinter dem 
Komma unverändert ist.

Vielleicht ist hier was für dich dabei?  (100KG=30€)
http://www.waagenladen.com/index.htm?/WZ.htm

Ich würde allerdings für deinen Fall hier eine 200kg-Wägezelle 
verwenden.
Einmal im Überlastbereich (ca. 150% vom Nennwert) und du kannst die 
Zelle wegwerfen, da reicht manchmal schon ein kleiner Sprung auf die 
Waage.

Sind dann zwar mit 10bit aufgelöst nur etwa 0,2kg.
Es spricht hier aber überhaupt nichts mit einem separaten AD-Wandler bis 
über 16bit aufzulösen, entscheidend sind hier hauptsächlich eine sehr 
stabile Versorgung und eine sehr rauscharme Verstärkung.

Gruß Gerd

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