Schaltung ATmega8 (Servoansteuerung, Temperatur)

[Nicho F. (nichof)]

Hallo.

Ich bin neu hier und möchte mich ganz kurz vorstellen.
Meine Name ist Nicho, ich bin 20 Jahre alt und studiere zurzeit 
Maschinenbau.

Für ein privates PC-Modding Projekt habe ich mir eine kleine Schaltung 
mithilfe von Tutorials und Foreneinträgen überlegt, bei der es mich sehr 
freuen würde, wenn Ihr mal drüberschauen könntet, da ich auf dem Gebiet 
noch sehr unsicher bin.
Ich versuche mich auf diesem Gebiet möglichst schnell weiterzubilden und 
lese alles, was mir vor die Nase kommt.
Trotzdem bleiben Fragen aufgrund von Verständnisschwierigkeiten offen.

Die Schaltung soll folgende Funktion realisieren:
Über den LM75 wird eine Temperatur in regelmäßigen Abständen gemessen.
Sobald Temperatur A überschritten ist, fährt das Servo mit einer 
bestimmten Geschwindigkeit in eine programmierte Position.
Ebenso wird der Transistor geschaltet, sodass der Verbraucher 
eingeschaltet wird.
Wenn eine gewisse Temperatur B unterschritten wird, fährt das Servo 
wieder in seine Ausgangsposition und der Transistor schaltet den 
Verbraucher ab.

Über die ISP-Schnittstelle möchte ich den µC mit Bascom und einem 
"mySmart USB light" programmieren.

Später soll eventuell ein 2x16 Display für die Anzeige der aktuellen 
Temperatur hinzukommen.
Beim Transistor weiß ich allerdings nicht genau, wie ich den und die 
beiden Widerstände R3 und R4 dimensionieren muss.
Habe zwar schon die Funktionsweise des Transistors etc. gelesen, drehe 
mich jedoch im Kreis.
Wäre klasse, wenn Ihr mir da kurz einen Rechenweg sagen könntet.


Bitte entschuldigt den schlechten Schaltplan, habe mir Mühe gegeben, 
beherrsche aber leider kein richtiges Programm für diese Layouts.
Denke man kann trotzdem erkennen, was gemeint ist.

Lässt sich mein Vorhaben mit der Schaltung realisieren und funktioniert 
diese so?
Weiterhin habe ich auf der Beschaltung vom ATmega gesehen, dass 
PC6/RESET negiert ist, daher müsste man doch eigentlich noch Strom 
draufgeben, damit KEIN Reset stattfindet, oder täusche ich mich da? Und 
wie sähe die Schaltung dafür aus?

Übrigens besteht der Verbraucher aus 3 parallelen Lüftern (jeweils 12V, 
~260-270mAh), ich habe diese für die Zeichnung der Einfachheit halber zu 
einem 12V/800mAh-Verbraucher zusammengefasst.


Vielen Dank im Voraus.

Gruß
Nicho



EDIT: Könnte ein Mod bitte den 2. Anhang entfernen? Danke.

[Timmo H. (masterfx)]

Nicho F. schrieb:
> Weiterhin habe ich auf der Beschaltung vom ATmega gesehen, dass
> PC6/RESET negiert ist, daher müsste man doch eigentlich noch Strom
> draufgeben, damit KEIN Reset stattfindet, oder täusche ich mich da? Und
> wie sähe die Schaltung dafür aus?
Der Atmega hat intern einen Pullup am Reset, jedoch etwas hochohmiger. 
Wenn man auf Nummer sicher gehen will macht man an den Reset noch einen 
10-15k Pullup ran.

Zwischen VCC und GND würde ich noch nen 100nF Abblock machen sowie einen 
mittelgroßen Elko. So 100µF oder so-

[Nicho F. (nichof)]

Danke für die Antwort.
Ist der Elko wirklich notwendig?
Und noch was anderes: Kann ich Servo und µC evtl. doch über dieselbe 
Stromquelle laufen lassen?
Statt eingezeichneten PC-Netzteil 1 und 2 also beide auf eine 
5V-Leitung?

[Hubert G. (hubertg)]

Du musst mit Störungen durch das Servo auf der 5V Leitung rechnen. Das 
Servo braucht beim Anlauf mehr als 500mA.
Eine Schottky-Diode in Richtung µC und ein Elko danach könnten das 
beheben.
AVCC musst du mit VCC verbinden.

[Stefan (Gast)]

DU kannst Modellbau Servos auch mit 5V betreiben, aber sie sind dann 
etwas langsamer und schwächer. Außerdem riskierst Du zu große Störungen 
auf der Spannungsversorgung, vor allem dann, wenn der Servo mechanisch 
blockiert ist.

Deswegen ist es besser, den Servo an ungeregelten 5-7 Volt zu betreiben, 
oder an einem eigenen Spannunsgregler.


R4 ist unnötig, da der Mikrocontroller bei Low Pegel annähernd 0V 
ausgibt, der Transistor also sicher Sperrt.

Im Einschaltmoment, wenn der Ausgang des Mikrocontrollers noch nicht 
initialisiert ist, hat die Leitung kurzzeitig einen undefinierten pegel. 
Dann kann sie wie eine Antenne wirken und auf Funkwellen reagieren. Bei 
der erwarteten Last von 800mA spielt das aber keine Rolle. Man müsste 
das nur berücksichtigen, wenn die Last schon auf wenige Mikroampere 
reagieren würde oder wenn extreme Funkwellen erwartet werden.

Unter der Annahme, dass R4 nicht vorhanden ist, berechnest Du R3 
folgendermaßen:

Lies aus dem Datenblatt des Transistors den garantierten 
Verstärkungsfaktor (HFE min) ab. Dann teilst Du die 800mA Laststorm 
durch diesen Faktor. Du erhälst den erforderlichen Strom durch die Basis 
des Transistors. Wenn der Transistor 100-Fach verstärkt, brauchst Du an 
der Basis miondestens 8 Milliampere.

Durch Verdoppelung des Stromes senkst Du die Verlustspannung an der C-E 
Strecke und somit auch die Abwärme. Mehr als doppelt so viel Strom 
bringt keinen weiteren Vorteil. Also rechne mit 16mA.

Am Transistor fallen 0,7 Volt ab (B-E Strecke), am AVR fallen etwa 0,5 
Volt ab. Also rechnest Du: R=(5V-0,7V-0,5V)/16mA=237 Ohm

Der nächste passende Widerstand wäre 220 Ohm oder 270 Ohm.

Wohlgemerkt stimmen diese Zahlen nur, wenn der Transistor 100x 
verstärkt.

PS: Der Schaltplan sieht doch gut aus. Du darfst auch eine gescannte 
oder fotografierte Hand-Zeichnung vorzeigen - dafür muss man sich nicht 
schämen.

[Stefan (Gast)]

Ich sehe gerade, dass Du für den AVR und den Servo zwei separate 
Ausgänge eines PC Netzteils verwenden willst.

Ich fürchte, die Schaltung belastet das Netzteil zu wenig, so daß es 
keine sauberen 5V abgeben wird, eventuell sogar kaputt geht. Achte 
darauf, die erforderliche Mindest-Last auf das Netzteil zu geben. Falls 
sie unbekannt ist, würde ich es mit 10 Watt versuchen.

Das PC Netzteil ist sicher stark genug, die 5V nicht einbrechen zu 
lassen, auch wenn der Servo blockiert ist.

Zwei separate 5V Ausgänge zu belegen ist allerdings nicht besser, als 
nur einen Ausgang zu belegen, denn das Netzteil hat nur einen 5V 
Ausgang, an dem lediglich mehrere Kabel (parallel) angeschlossen sind.

[Nicho F. (nichof)]

AVCC mit VCC verbunden, 10k PullUp zwischen RESET/PC6 und VCC, Schottky 
und Elko am Servo, 100nF Abblock zwischen VCC und GND.

Richtig dimensioniert? Richtige Richtung?

Danke für Eure Hilfe bis hierhin und verzeiht mir bitte die dämlichen 
Fragen; das Löten und Programmieren bekomme ich hin, für 
Schaltungskomponenten/Anordnung habe ich kein Händchen.

Wie sieht's aus mit dem Transistor und den beiden Widerständen unten 
links für die Schaltvorgänge?


EDIT: Danke für die Antwort, Stefan, gar nicht daran gedacht.

Müsste dann ein 2,5Ohm / 10W Widerstand sein (wenn ich mich nicht 
verrechnet habe), richtig ?
Und den zwischen Netzteil und Schaltung auf VCC.


EDIT2: Habe Deinen langen Beitrag jetzt erst gesehen, VIELEN DANK!

Gruß

[Timmo H. (masterfx)]

Dein Servo wird so nicht funktionieren.

[Hubert G. (hubertg)]

Das mit Schottky und Elko hast du falsch verstanden.
5V vom Netzteil zum Servo, Schottky von 5V mit Kathode zum µC (VCC), 
Elko von Kathode nach GND.
Der Transistor sollte ein BD135 oder ähnliches sein, R3 680 Ohm. R4 
kannst du weg lassen.
Wenn du die 800mA ausreizt, solltest du über einen FET nachdenken. Ein 
IRLZ34 wäre da eine gute Wahl.

[Nicho F. (nichof)]

So besser?
Richtung vom Elko richtig?

Was müsste ich ändern, wenn ich einen IRLZ34 nehme?


Danke nochmal an alle für die Unterstützung.


EDIT: Stefan, danke für den Hinweis mit den Servoströmen.
Wird aber nur ein Micro-Servo was nur eine leichte Alu-Klappe bewegen 
muss.
Werde das Servo nicht im herkömmlichen Sinn beanspruchen und keine 
Standardgröße nehmen (mache selbst seit Jahren RC-Modellbau).

[Hubert G. (hubertg)]

Passt so, der Elko gehört mit der Minus-Seite auf GND.
Für den FET nur den Widerstand auf 47 Ohm ändern, vom Gate 100k nach 
GND.

[Nicho F. (nichof)]

Habe nur noch 2 letzte Fragen:

1."vom Gate 100k nach GND" - Könntest Du das für mich Laien präzisieren?

2. Zum Thema, was Stefan vorhin angesprochen hat, mir könnte das 
Netzteil kaputtgehen wegen "Unterforderung": Sollte ein Widerstand 
zwischen NT und Schaltung? 2,5 Ohm?

[Timmo H. (masterfx)]

Nicho F. schrieb:
> Habe nur noch 2 letzte Fragen:
>
> 1."vom Gate 100k nach GND" - Könntest Du das für mich Laien präzisieren?
Vom Gate des Mosfets nach GND, damit du einen definierten Ruhepegel 
hast. Kannst auch 10k nehmen.

[Nicho F. (nichof)]

Stimmt's so?

[Hubert G. (hubertg)]

Der Widerstand zum Gate mit 680 Ohm ist zu groß. Verringere mal auf 22 - 
68 Ohm.
Ein Kondensator, 100n, an AVCC würde auch nicht schaden.

[Timmo H. (masterfx)]

Solange er nicht hochfrequentes pwm machen will sind auch 680 ohm OK ob 
der mosfet nun 2us oder 20 US braucht ist in diesem Fall doch egal

[Nicho F. (nichof)]

Habe mal den Quarz auf 8MHz geändert und den Widerstand unten zur 
Sicherheit auf 68 Ohm.
Ist der 100kOhm Widerstand unten am Gate so richtig?

"Ein Kondensator, 100n, an AVCC würde auch nicht schaden."

Zwischen AVCC und was?

[Hannes L. (hannes)]

Nicho F. schrieb:
> Zwischen AVCC und was?

GND natürlich, was denn sonst? Dabei kommt es nicht nur darauf an, dass 
man die Kondensatoren einsetzt, es schadet auch nicht, wenn man 
versteht, warum man das macht.

Das wurde übrigens alles schon bis zur Erschöpfung durchgekaut...

z.B. hier:

Beitrag "Re: Wie kommt man auf die 100nF"
Beitrag "Re: µC (AVR) an Autobatterie (ohne Auto) ?? Hilfe benötigt"

Aber auch noch an vielen anderen Stellen in diesem Forum.

...

[Dietrich L. (dietrichl)]

Nicho F. schrieb:
> Ist der 100kOhm Widerstand unten am Gate so richtig?

Ja.

> "Ein Kondensator, 100n, an AVCC würde auch nicht schaden."
>
> Zwischen AVCC und was?

was = GND. Wichtig ist, dass er im Layout nahe am µC angeordnet ist, 
ebenso wie die 100nF an Vcc.

"PC Netzteil Masse 1" und "PC Netzteil Masse 2" müssen verbunden sein. 
Dabei beim Layout darauf achten, dass der Verbraucherstrom nicht über 
Signal-GND fließt. D.h. am besten den "Servo GND", "PC Netzteil Masse 
1", "PC Netzteil Masse 2" sternförmig an einem Punkt verbinden. Und die 
GNDs so dick wie möglich machen.

Beim IRLZ34 hast Du Drain und Source vertauscht!

Gruß Dietrich

[Nicho F. (nichof)]

"Dabei kommt es nicht nur darauf an, dass
man die Kondensatoren einsetzt, es schadet auch nicht, wenn man
versteht, warum man das macht."

Da stimme ich Dir auch vollkommen zu, werde ich mir durchlesen, danke.
Habe jetzt den 100nF dazwischen.
Wäre die Schaltung jetzt so in Ordnung?
Und soll ich noch einen Widerstand vor die ganze Schaltung machen, um 
das Netzteil entsprechend zu belasten?

[Nicho F. (nichof)]

EDIT an Dietrich: Drain und Source getauscht, auf Anordnung werde ich 
beim Löten achten, danke.

Wie sieht's mit dem Vorwiderstand aus?

[Hubert G. (hubertg)]

Die Last für das Netzteil ist etwas vom Typ abhängig. Es wird bei einem 
PC-Netzteil nur der 5V-Zweig geregelt. Ich hänge immer eine 12V-10W 
Lampe an die 5V, die sorgt für eine Grundlast und ist gleichzeitig eine 
Betriebsanzeige.
Du kannst aber auch einen 20 Ohm/2W Widerstand nehmen. Das ist nicht so 
genau, du kannst ohne weiteres auf 5 Ohm herunter gehen, dann aber auf 
die notwendige Leistung achten.

[Nicho F. (nichof)]

Vielleicht eine blöde Frage, aber wird die Eingangsspannung nicht 
verringert, wenn ich den Widerstand zwischen Netzteil und VCC (wie im 
angehängten Bild) löte?
Weil die 5V sollen ja bleiben, lediglich das Netzteil soll mehr belastet 
werden.

[Stefan (Gast)]

So war das auch nicht gemeint. Der Widerstand soll nicht in Reihe zu 
Schaltung, sondern parallel geschaltet werden, damit er das Netzteil 
zusätzlich belastet.

[dgps (Gast)]

Der Widerstand muss parallel zu deiner Schaltung!
Ansonsten werden sehr seltsame Sachen auftreten :)

Also einfach den Widerstand von VCC zu GND.
(und auf die ausreichende Watt-Anzahl achten, sonst rauchts!)

[Stefan (Gast)]

@Hubert:
Wozu dient der 68 Ohm Widerstand vor dem Gate des MOSFET?
Mangels genaueren Wissens vermute ich, dass er zur Strombegrenzung 
dient, aber der AVR begrenzt den Strom doch sowieso schon auf irgendwas 
zwischen 20-50 Milliampere, oder nicht?

[Nicho F. (nichof)]

Noch eine kurze Zwischenfrage:
Passt das so mit dem 20 Ohm Widerstand und reichen da 2W?
Oder läuft der Servostrom auch noch über den armen Kerl?

[Hannes L. (hannes)]

Stefan schrieb:
> Wozu dient der 68 Ohm Widerstand vor dem Gate des MOSFET?

Zum Schutz des AVRs vor den Stromspitzen beim Umladen der Gatekapazität 
des FETs.

> Mangels genaueren Wissens vermute ich, dass er zur Strombegrenzung
> dient, aber der AVR begrenzt den Strom doch sowieso schon auf irgendwas
> zwischen 20-50 Milliampere, oder nicht?

Nein, der geht kaputt, wenn er zu stark oder zu oft überlastet wird.

Nicho F. schrieb:
> Passt das so mit dem 20 Ohm Widerstand und reichen da 2W?

Theoretisch reichen die 2 Watt, trotzdem empfehle ich Dir den Einsatz 
einer 12V-Kraftfahrzeug-Birne von 10 bis 25 W, sie glimmt an den 5 V 
sachte vor sich hin, zeigt Dir, dass alles in Ordnung ist und hat im 
Fehlerfall Reserven.

> Oder läuft der Servostrom auch noch über den armen Kerl?

Nein, läuft er nicht.

Wenn ich AVR-Experimentierschaltungen aus 4 NiMH-Akkus oder den 5 V 
eines PC-Netzteiles versorge, dann spendiere ich der Schaltung noch eine 
Kaltleitersicherung in Form einer kleinen Glühlampe, z.B. 6V/100mA. Dies 
sorgt dafür, dass im Falle eines versehentlichen Kurzschlusses beim 
Hantieren das PC-Netzteil (oder der Akku) sich nicht als Schweißtrafo 
versucht. Beim Experimentieren hat sich auch ein Schieneschalter mit 3 
Stellungen in der Plusleitung bewährt, Aus - Ein über Glühlämpchen - Ein 
direkt.

...

[Nicho F. (nichof)]

Klasse Tipps, vielen Dank.
Das Lämpchen mit Schalter als Sicherung werde ich machen, das klingt 
gut.

[Nicho F. (nichof)]

Einziger Punkt der mir noch einfällt:
Wenn das Servo dann mal etwas Strom zieht, ist doch so ein kleines 
Lämpchen gleich durch.
Wäre es nicht sinnvoller, gleich die besagte KFZ-Birne als Sicherung 
dazwischen zu hängen?
Kann auch sein, dass ich auf dem Holzweg bin.

[Hannes L. (hannes)]

Nicho F. schrieb:
> Wenn das Servo dann mal etwas Strom zieht, ist doch so ein kleines
> Lämpchen gleich durch.

Nö, das würde den Strom auf seinen Nennstrom begrenzen. Aber Du sollst 
ja nicht das servo über das Lämpchen absichern, sondern den AVR.

> Wäre es nicht sinnvoller, gleich die besagte KFZ-Birne als Sicherung
> dazwischen zu hängen?

Warum wehrst Du Dich wie die Zicke am Strick dagegen, dem PC-Netzteil 
eine Grundlast zu gönnen, die dafür sorgt, dass es in einen stabilen 
Arbeitsbereich kommt???

Ohne diese Grundlast können die meisten PC-Netzteile nicht vernünftig 
regeln, da musst Du mit Abschaltungen und mit Hochlaufen der Spannung 
rechnen. Ein PC-Netzteil ist zur Stromversorgung eines PCs konstruiert, 
es ist kein Labornetzteil, in dem es den Betriebsfall "Leerlauf" gibt. 
Ein PC-Netzteil ist für Laborzwecke das Ungeeignetste was es gibt. 
Benutzt man es trotzdem, dann sind Dinge zu beachten, die man nicht 
einfach nachmachen kann, sondern verstanden haben muss. Deine Fragen 
zeigen aber, dass das bei Dir noch nicht der Fall ist.

Natürlich kannst (und solltest) Du den Servostromkreis mit einer 
größeren Birne absichern, z.B. Halogen-Stiftsockellampe 10 bis 35 W, je 
nach Anzahl der Servos. Aber Servos und AVR gehören nicht zusammen an 
eine Stromversorgung, die verschiedenen Zweige müssen entkoppelt werden. 
Auch das ist Dir schon mehrfach geschrieben werden, Du solltest diese 
Hinweise ernst nehmen, das schreibt man Dir nicht um Dich zu ärgern. 
Servos ziehen so "ruckweise" Strom, dass die Versorgungsspannung 
unsauber werden kann, was zum Absturz (Spannungseinbrüche) des 
Controllers führen kann.

...

[Nicho F. (nichof)]

Hannes Lux schrieb:
> Nö, das würde den Strom auf seinen Nennstrom begrenzen. Aber Du sollst
> ja nicht das servo über das Lämpchen absichern, sondern den AVR.

Okay.

> Warum wehrst Du Dich wie die Zicke am Strick dagegen, dem PC-Netzteil
> eine Grundlast zu gönnen, die dafür sorgt, dass es in einen stabilen
> Arbeitsbereich kommt???

Ich wehre mich überhaupt nicht, und dass das Netzteil ein Grundlast 
braucht, ist mir ja auch bewusst, jedoch wüsste ich gerne, ob man nicht 
zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen kann.
Wenn ich z.B. die KFZ-Lampe zwischen Servo und Stromversorgung (als 
Sicherung und Grundlast für das Netzteil) hänge und für die AVR nehme 
ich eine 0,5A Feinsicherung, dann brauche ich nicht mehrere Lampen.
Wie wäre es damit?
Hannes, ich freue mich wirklich sehr über jeden einzelnen Rat, aber 
vergiss bitte nicht, dass ich eine kompakte µC-Schaltung bauen möchte 
und keine Lichterkette.

> Deine Fragen zeigen aber, dass das bei Dir noch nicht der Fall ist.

Da hast Du vollkommen recht, das habe ich auch mehrfach geschrieben.
Ich lese schon wie ein Bekloppter, nur habe ich nebenbei auch andere 
Dinge zu tun.
Dieses Wissen eignet man sich nunmal nicht in 1-2 Tagen an.
Aus diesem Grund bin ich hier und auf Eure Hilfe angewiesen.

> Aber Servos und AVR gehören nicht zusammen an
> eine Stromversorgung, die verschiedenen Zweige müssen entkoppelt werden.

Also kann ich die Schaltung nicht wie in meiner Skizze betreiben?
Ich dachte zur Entkoppelung reichen Elko und Schottky.

> Auch das ist Dir schon mehrfach geschrieben werden, Du solltest diese
> Hinweise ernst nehmen, das schreibt man Dir nicht um Dich zu ärgern.

Ist Dir schonmal in den Sinn gekommen, dass es nicht an meinem Willen 
liegt, sondern dass mich eher mein mangelnder Wissensstand davon abhält, 
Eure Vorschläge entsprechend umzusetzen?
Ich nehme Euren Rat durchaus ernst.

[Hubert G. (hubertg)]

Nicho F. schrieb:
> Also kann ich die Schaltung nicht wie in meiner Skizze betreiben?
> Ich dachte zur Entkoppelung reichen Elko und Schottky.

Doch du kannst die Schaltung von 18.02.2013 14:38 verwenden. Sollte 
einwandfrei funktionieren wenn du alles so machst.
Die Vorschläge mit den Lampen waren optional, aber nicht gedacht etwas 
anderes weg zulassen.

Es muss dir schon klar sein das, wenn du ein Netzteil hast das 5V 20A 
kann, dieses Netzteil, im Kurzschlussfall, diese 20A auch liefert. Ob du 
das willst oder nicht ist da nicht die Frage. Du kannst das nur mit 
optionalen Sicherungseinrichtungen, wie eine Lampe oder Sicherung, 
versuchen zu verhindern.

[Nicho F. (nichof)]

Hallo Hubert, danke für Deine Antwort.
Hältst Du diese Sicherungen für sinnvoll platziert?
Eine 2A für die gesamte 5V-Schaltung und eine 0,5A innerhalb der 
Schaltung für den µC.

[Hubert G. (hubertg)]

Ja, sollte so passen.
Ob die Werte für die Sicherungen richtig sind muss man etwas abschätzen 
wenn man die Ströme nicht realistisch messen kann.
Ein Servo benötigt beim Anlauf gerne mal 500 - 700mA, die µC-Schaltung 
wird mit 50mA in der derzeitigen Form leicht auskommen.

[Nicho F. (nichof)]

Sollte ich dann bei der Sicherung für den µC auf 0,2A runtergehen, um 
diesen besser zu schützen?

Im Anhang übrigens die grobe Konstruktion, für welche die Schaltung 
gedacht ist - falls es jemanden interessiert.
Wird der Gehäusedeckel eines PC's.
Sicherlich ist die Kühlung nicht sehr effizient, es geht jedoch auch 
mehr um die Optik.

[Hubert G. (hubertg)]

Bei den Sicherungen geht es nicht so sehr darum den µC oder das Servo zu 
schützen, wenn darin ein Kurzschluss entsteht, ist das Teil meist 
ohnehin defekt. Es geht darum den Schaden zu begrenzen und nicht die 
gesamte Schaltung und das rundherum abzufackeln.
200mA sind sicher ausreichend.