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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannung/Strom glätten für RFID-Leser


Autor: Matthias (Gast)
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Hallo allerseits,

anliegend die Schaltung für eine kleine RFID-Leseeinheit mit Atmega162 
und LCD-Display. Die Stromversorgung geschieht über einen 
Western-Stecker, über den auch ein serielles Leitungspaar zur Steuerung 
läuft. Funktioniert auch im Prinzip wunderbar.

Problem ist allerdings: Je länger das Kabel mit der Stromversorgung ist, 
desto mehr flackert die Hintergrundbeleuchtung des LCD-Displays im 
Rhythmus mit den RFID-Abfragepulsen. Das RFID-Modul pollt das Kartenfeld 
mit 10Hz, wenn eine Karte vorhanden ist, sonst mit 4Hz.

Am anderen Ende des Kabels hängt zur Stromversorgung ein ordnungsgemäß 
beschalteter LM2596, der auch prima funktioniert. Von dessen 5,0V 
bleiben nach ca. 9m Versorgungskabel noch 4,65V übrig, die an der 
RFID-Leseeinheit ankommen. Wenn LEDs und LCD-Beleuchtung aus sind, zieht 
das ganze lt. Multimeter nur ca. 25mA.

Der RFID-Leser ist von ibTechnology, Datenblatt angehängt. Das 
LCD-Display ist ein einfaches 4x20 (LCD 204 DIP von Reichelt), 
Datenblatt ebenfalls angehängt. In der Schaltung sind für beide nur die 
Anschlussleisten dargestellt.

Offenbar sorgt das RFID-Modul dafür, dass beim Pollen des Kartenfeldes 
die Spannung (oder der Strom?) einbricht und das Display flackert.

Jetzt habe ich (mit meinen rudimentären Elektronikkenntnissen, komme 
sonst aus der Informatik bzw. Maschinenbau) experimentell folgendes 
versucht:
- Kondensatoren (100nF, 100µF, 470µF) an der Stromversorgung zwischen 
VCC und GND
- Kondensatoren direkt über die LCD-Beleuchtung (zw. Pin 17 und 18)
- Kondensatoren über VCC und GND direkt am RFID-Modul (zw. Pin 7 und 8)
- Induktivität 47µH in Reihe direkt an der Stromversorgung

Hat alles (fast) nichts geholfen. Das einzige, das hilft, ist ein kurzes 
Kabel an der Stromversorgung (damit flackert es immer noch ein bisschen, 
aber vertretbar) -- brauche aber leider für die Anwendung ein längeres. 
Jetzt bin ich ein wenig ratlos, wie ich die Strom- bzw. 
Spannungsversorgung so glätten/stabilisieren kann, dass das Display 
konstant und ohne Flackern leuchtet.

Irgendwelche Tips von den Experten? Am liebsten wäre mir natürlich eine 
Lösung innerhalb dieser Schaltung. Das Kabel muss leider etwas länger 
sein, und die Stromversorgung soll übers Kabel kommen.

Besten Dank im voraus,
Matthias

Autor: Stefan S. (novafly)
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Hallo Matthias,
dein Problem ist zunächst einmal die Dämpfung der Leitung, was sich im 
Spannungsverlust (korrekt gesprochen der "Leistungsverlust") bei 
Belastung (wie von dir beschrieben) niederschlägt. Um die Sache 
"Stromversorgung" stabiler zu bekommen, würde ich zwei Dinge in Betracht 
ziehen:

1) Ein Kabel, was neben den Datenleitungen auch höhere Querschnitte für 
die Stromversorgung mitliefert (siehe "power (e)SATA")

2) Deinen Spannungsregler für die 5V nicht am Anfang des Kabels 
platzieren, sondern auf deiner Zielplatine! Du müsstest dann nur noch 
statt den 5V am Kabelanfang z.b. 12V einspeisen, welche dann direkt auf 
der Zielplatine auf 5V geregelt wird (durch deinen LM2596). 
Voraussetzung ist aber auch hier, dass deine Spannungsquelle belastbar 
ist (also den benötigten Strom liefern kann) und der LM den Spitzenstrom 
abkann.

Du umgehst dadurch zwar nicht die Verluste auf der Leitung, aber es 
beeinträchtigt nicht (bei dieser geringen Stromaufnahme) die 5V 
Versorgungsspannung am Controller/LCD/RFID-Chip.

Für das Stützen der 5V sind die 470µF (Elko) nicht verkehrt, würde ich 
drinlassen. Größen im 100n-Bereich bei Kondensatoren dienen der 
Eleminierung von hochfrequenten Störungen auf der Versorgungsspannung 
und nicht der Pufferung/Untersützung gegen Spannungseinbruch. Daher 
findet man in fast allen Schaltungen auch beide Typen! Der 100nF 
Kondensator gehört so nah wie möglich an die Versorungspins deiner 
Chips.

Persönlich favorisiere ich klar Möglichkeit 2), da das eigentlich nur so 
sinnvoll ist. Eine geregelte Spannung weit weg vom Ziel einzuspeisen 
macht wenig Sinn (wie du ja an den Verlusten bis zu deiner Platine 
siehst). Es würde natürlich gehen, wenn deine Leitung einen elektr. 
Widerstand von "0" (= keien Dämpfung) hätte, aber leider wurde sowas 
noch nicht erfunden :)


Viele Grüße
Stefan

Autor: Matthias (Gast)
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Hallo Stefan,

herzlichen Dank für Deine ausführliche und logische Antwort!

Variante 1) ist sehr leicht machbar und kann schon mal nicht schaden -- 
werde ich einbauen.

Variante 2) ist natürlich logisch, wahrscheinlich hätten wir das von 
Anfang an so konzipieren sollen. An unserer Zentraleinheit (in der der 
LM2596 steckt), hängen mehrere "Peripheriegeräte", die alle (im jetzigen 
Konzept) ihr VCC zentral bekommen sollen. Wenn wir jetzt in jedes Gerät 
eine eigene Spannungsregelung einbauen, sehe ich daher den Nachteil, 
dass wir mehrere "redundante" Komponenten bekommen, was zum einen etwas 
teurer ist und zum anderen in den Peripheriegeräten etwas Platz 
wegnimmt. Werde ich prüfen.

Ein Stützelko ist auch leicht eingebaut, werde ich auch so vorsehen -- 
obwohl 470µF von der Bauform her schon ziemlich groß ist. Gibt's eine 
Faustregel, welche Kapazität so ein Stützelko haben sollte?

Und gibt es eine Möglichkeit (oder ein Bauteil), welches die 
Leistungsversorgung bei pulsartiger Belastung zusätzlich glättet, ohne 
auf höhere Versorgungsspannung am Eingang angewiesen zu sein wie ein 
Spannungsregler -- oder ist sowas dann schlicht ein Kondensator? :-)

Viele Grüße,
Matthias

Autor: Stefan S. (novafly)
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Hallo Matthias,
generell möchte man ja ein "redundantes" System haben, es soll also 
möglichst ausfallsicher sein. Wenn ihr jetzt auf jede Zielplatine einen 
eigenen Spannungsregler macht, ist das sicher mehr ein Vorteil als ein 
Nachteil.
Ich weiß jetzt natürlich nicht, was ihr an Platz auf den Zielplatinen 
habt, aber ein SOIC8-Gehäuse und ein paar SMD-Widerstände lassen sich 
eigentlich immer mal unterbringen.

Das Problem mit der 5V Versorgung in der Zentraleinheit ist, dass wenn 
die Zielplatinen auch mit 5V versorgt werden sollen, die Strecke 
zwischen den beiden Geräten nicht beliebig lang sein kann. Ein Kabel 
oder ein anderes Übertragungsmedium hat immer eine Dämpfung, d.h. du 
wirst nie den Spannungspegel von 5V aufrecht erhalten können.

Wenn ich jetzt allerdings mit 12V meine Devices versorge, ist mir auch 
ein Spannungsabfall von 3 oder 4V praktisch egal, weil der ankommende 
Pegel immer noch ausreicht, dass der Regler auf der Zielplatine sauber 
seine 5V herstellen kann.

Persönlich würde ich wirklich von der Idee weggehen, bereits in der 
Zentraleinheit meine Spannung für mein Zielsystem zu generieren.

Zu deiner Frage, ob man mit einem Kondensator die Spannung stützen kann:
ja, aber die ankommende Spannung ist ja bereits zu wenig für die 
Chipversorgung. Du sützt also hier eine unnütze Spannung :) Ein 
"Bauteil" gibt es schon zum hochsetzen der Spannung, nennt sich 
"Step-Up-Wandler". Das ist aber nochmals deutlich mehr Aufwand als ein 
Regler direkt auf der Zielplatine!


Viele Grüße
Stefan

Autor: Matthias (Gast)
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Hast mich überzeugt :-)

Ist jetzt zwar ein bisschen Aufwand, aber wir werden das Ding um einen 
LM2674-Spannungsregler erweitern und mit nominal 12V versorgen.

Redundanz ist nicht so das Thema -- denn wenn die Zentraleinheit 
ausfällt, kämen ja auch die RFID-Daten nirgendwo an... aber für die 
Leistungsstabilität ist's sicher das beste, und vielleicht gibt uns der 
RFID-Leser mit stabilerer Spannung ja auch 5mm mehr Reichweite :-)

Viele Grüße,
Matthias

Autor: Matthias (Gast)
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Nachtrag: Funktioniert jetzt hervorragend mit der eigenen 
Spannungsversorgung und 12V Supply. Nicht das geringste Flackern mehr. 
Die paar EUR Mehraufwand für LM2674 und Beschaltung lohnen sich.

Viele Grüße,
Matthias

Autor: Stefan S. (novafly)
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Hallo Matthias,
Hört sich doch super an. Manchmal ist ein Umbau eines bestehenden 
Systems zwar mühsam aber bringt den gewünschten Erfolg :) Wünsch dir 
diesen auch weiterhin!

Gruß
Stefan

Autor: Karel Marsalek (marsalek)
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Hallo Matthias,

eine weitere Möglichkeit wäre, einen dezidierten Spannungsregler LM2674 
in der Zentraleinheit zu haben, wobei der FB-Pin über einen Ader im 
Kabel mit der Leseeinheit verbunden wäre. Diese Feedback-Leitung regelt 
dann die richtige Spannung an der richtigen Stelle. Da über die 
Feedback-Leitung kein Strom fliesst, entstehen darauf auch keine 
Spannungsverluste.

Grüße
Karel

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