Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Defekter Arduino durch fehlerhafte Schaltung - Fehlersuche


von Alexander W. (alex101193)


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Hallo,

ich bin elektrotechnisch leider nur mit gefährlichem Halbwissen 
ausgestattet, welches mein Arduino Nano nicht überlebte. Um weitere 
Unfälle zu vermeiden, bräuchte ich etwas Hilfe.

Ich möchte einen E-Motor über ein Relais in einem bestimmten Zeitabstand 
schalten. Ich habe mir dazu eine Schaltung aufgebaut, die auch zunächst 
funktionierte (bestimmt 10 Durchläufe)und ihren Zweck erfüllte. Doch 
dann ist im Augenblick, als der Motor ausgeschaltet wurde, mein Arduino 
und andere Bauteile kaputt gegangen. Ohne den E-Motor, also nur mit dem 
Relais, habe ich bestimmt 50 Schaltvorgänge problemlos überstanden.
Was wird das Problem gewesen sein?

Die Stromversorgung geschieht durch ein Netzteil(12V, 1A). Diese 
Versorgung liegt auch, unterbrochen durch das Relais, am Motor an. Auch 
am Arduino liegt diese Spannung, unterbrochen durch einen Wippschalter, 
am Pin Vin (7-12V) an. Das Relais hat eine stehende 5V Verbindung vom 5V 
Pin des Arduinos und wird durch einen Digitalpin geschaltet. Bilder der 
Schaltung sind angehängt.

Bauteile:
Netzteil: 12V, 1A (funktioniert noch)
Arduino: Nano, Atmel Mega 328P (Power LED leuchtet zwar, aber mehr auch 
nicht, also Bootloader futsch)
E-Motor: Scheibenwischermotor, 12V, Schrottplatz (funktioniert noch)
Relais: 1 Kanal Optokoppler Platine (mit Freilaufdiode, funktioniert 
noch)
--
Weitere Bauteile:
RTC: DS3231 (funktioniert noch, ohne Zeitverlust)
Display: LCD Modul 1602 I^2C (rechte Hälfte des Displays defekt)
Drehgeber: KY-040 (kann nurnoch gedrückt, nicht gedreht werden)
LED: 10mm Led, Rot/Grün (funktioniert noch)
Alle Teile wurden als günstige Ausführung erstanden!

Da es im Augenblick des Abschaltens passierte, würde ich auf ein Problem 
durch Spannungs-/Stromspitzen tippen (durch Induktion?) bin mir aber 
nicht sicher, daher wäre ich für gute Ratschläge dankbar.

Ich hoffe die Informationen sind nicht zu sehr reduziert. Bitte fragt 
nach wenn etwas unklar ist.

von Christian M. (Gast)


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Freilaufdiode!

Chregu

von Planlos (Gast)


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Christian M. schrieb:
> Freilaufdiode!
Zoom auf das Relais-Modul.
Da ist ein kleiner SMD-Transistor und eine Diode.
(+Widerstände und LEDs)

von Paul B. (paul_baumann)


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Planlos schrieb:
> Zoom auf das Relais-Modul.
> Da ist ein kleiner SMD-Transistor und eine Diode.

Er wird mit seinem hingerotztem "Freilaufdiode" wahrscheinlich meinen, 
daß an den vom TO benutztem Scheibenwischermotor eine Freilaufdiode dran 
soll.

Alexander W. schrieb:
> ich bin elektrotechnisch leider nur mit gefährlichem Halbwissen
> ausgestattet...

Eingedenk dieses Satzes hätte sich der Helfer auch zu mehr als nur 
einem Wort zur Erklärung herablassen können.

So -und jetzt drauf auf mich!

MfG Paul

von R. F. (rfr)


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Miss mal die 5 V hinter den Spannungsregler des Arduino.
Prüfe, ob der Quarz oszilliert.

Gruss

Robert

von Joachim B. (jar)


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dar arme Regler auf dem Arduino musste alles stemmen,

von 12V auf 5V für den Arduino, für die Relaisversorgung und dann gab 
ihm ein peek beim Abschalten wohl den Rest!

Die 5V hätte ich aus einem externen Schaltregler gemacht und noch 
einiges an Schutzschaltung um den Arduino, Ableitdioden an den Ports, 
Serien R.

Aber ohne nähere Daten von ALLEN Beteiligten könnte man kein Konzept 
machen.

Alexander W. schrieb:
> Da es im Augenblick des Abschaltens passierte, würde ich auf ein Problem
> durch Spannungs-/Stromspitzen tippen (durch Induktion?)

ich tippe auch

von Hp M. (nachtmix)


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Kann auch gut an einer ungünstigen Verlegung der GND-Leitung (und +5V) 
liegen, die du in deinem Schaltplan nicht angegeben hast.

Schalte das Zeug nicht alles als Kette hintereinander, sondern möglichst 
sternförmig zum +5V Regler, den du ebenfalls nicht eingezeichnet hast.
An der Buchse der +12V Speisung, bzw. hinter den Hauptschalter, solltest 
du noch einen Elko  (100µF) anschliessen. Das verhindert, dass dir bei 
Ziehen dieses Steckers Spannungsspitzen aus dem Motor den 5V-Regler 
zerstören.

: Bearbeitet durch User
von Alexander W. (alex101193)


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R. F. schrieb:
> Miss mal die 5 V hinter den Spannungsregler des Arduino.
> Prüfe, ob der Quarz oszilliert.
Da ich leider nicht mit einem Oszilloskop ausgestattet bin, kann ich die 
Prüfung der Schwingung nicht durchführen. Ich habe aber die Spannungen 
am Arduino gemessen, dabei sind 2 Sachen aufgefallen:
1. Der 5V pin des Arduinos liefert nun 6V
2. Das Netzteil liefert 12,5V (voher 11,8V)
Also scheint das Netzteil auch etwas abbekommen zu haben. Daher sollte 
ich auch davon ein neues kaufen, oder nicht?
Außerdem muss ich meine Angaben zum Netzteil korrigieren, es werden 3A 
anstatt 1A zur Verfügung gestellt.

Joachim B. schrieb:
> Die 5V hätte ich aus einem externen Schaltregler gemacht
Dann werde ich in meiner Spannung noch einen Step-Down-Wandler 
integrieren. Sollte dieser die Differenz alleine stemmen oder sollte 
eine Kaskade gebaut werden, in der die beiden Spannungswandler sich die 
Arbeit teilen?

Hp M. schrieb:
> Kann auch gut an einer ungünstigen Verlegung der GND-Leitung (und +5V)
> liegen, die du in deinem Schaltplan nicht angegeben hast.
> Schalte das Zeug nicht alles als Kette hintereinander, sondern möglichst
> sternförmig zum +5V Regler, den du ebenfalls nicht eingezeichnet hast.
Die GND-Leitung ist in der Leitung schwarz, positiv ist rot. Ein Kollege 
hat mich heute schon darauf hingewiesen, dass normalerweise die positive 
Leitung unterbrochen wird. Ist dies hier auch notwendig? Der 5V Regler 
ist der, der im Arduino verbaut ist, es gibt keinen externen.

Joachim B. schrieb:
> Aber ohne nähere Daten von ALLEN Beteiligten könnte man kein Konzept
> machen.
Die verwendeten Bauteile habe ich im ersten Post aufgeführt, darüber 
hinaus habe ich keine weiteren Bauteile verwendet. Eine Ausnahme stellt 
dabei die Verkabelung des Drehgebers und die der LED dar: Hier habe ich 
zum entprellen 2 0,47 mikroFarad Kondensatoren und einen Widerstand 
verwendet, sowie 2 Widerstände für die LED. Oder welche Angaben wären 
für soetwas relevant?

Der Tipp von Hp M. klingt für mich schlüssig. Es wurden dann 3 
Vorschläge für Modifikationen an der Stromversorgung des Arduinos 
gemacht: Einen Step-Down-Wandler, einen Kondensator und eine Schutzdiode 
zu integrieren.
Wenn aber ein Step-Down-Wandler und ein Kondensator verbaut werden, 
bietet die Schutzdiode zusätzlichen Schutz?

Wenn jemand einen guten Internetartikel kennt, der sich mit 
Schutzmechanismen beschäftigt, wäre ich für einen Link sehr dankbar.
Ebenso bedanke ich mich für die bisherigen Antworten!

Liebe Grüße, Alex

von Hp M. (nachtmix)


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Alexander W. schrieb:
> Die GND-Leitung ist in der Leitung schwarz, positiv ist rot. Ein Kollege
> hat mich heute schon darauf hingewiesen, dass normalerweise die positive
> Leitung unterbrochen wird. Ist dies hier auch notwendig?

Recht hat er.
Ich hatte das gar nicht gesehen, weil ich nicht damit gerechnet hatte.
GND zu unterbrechen ist sehr problematisch, und man sollte es nur 
machen, wenn man genauestens weiß, warum man das macht und welches die 
möglichen Konsequenzen sind.
Zwar sehe ich momentan nicht, wie das deinen µC getötet haben könnte, 
aber viel fehlt da bestimmt nicht.
Vielleicht war noch das Programmiergerät angeschlossen, oder etwas in 
dieser Art.


Schau dir auch mal die Hohlbuchse an.
Einige haben einen eingebauten Schalter, der beim Einführen des Steckers 
einen Pol abschaltet. Gedacht ist das für Batterie betriebene Geräte, um 
die verbotene Aufladung von Primärzellen beim Anschluß eines Netzgeräts 
zu verhindern.
Da ich sehe, dass dort zwei schwarze Drähte weggehen, riecht auch das 
nach Unrat.

von Alexander W. (alex101193)


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Hp M. schrieb:
> Schau dir auch mal die Hohlbuchse an.
> Einige haben einen eingebauten Schalter, der beim Einführen des Steckers
> einen Pol abschaltet. Gedacht ist das für Batterie betriebene Geräte, um
> die verbotene Aufladung von Primärzellen beim Anschluß eines Netzgeräts
> zu verhindern.
> Da ich sehe, dass dort zwei schwarze Drähte weggehen, riecht auch das
> nach Unrat.
Dieser Tatsache bin ich mir bewusst. Beide schwarzen Drähte sind nur an 
einem Pin angelötet, der Pin für den uneingesteckten Zustand ist 
unbelegt.

Ich habe nun vor, folgende Änderungen durchzuführen:
1. Nurnoch positive Leitung unterbrechen
2. Einen Step-Down-Wandler integrieren, der den Strom vor dem Arduino 
auf 8V wandelt
3. Einen ElKo (100µF) vor dem Step-Down-Wandler integrieren
4. Eine Freilaufdiode (z.B. MBR1045?) parallel zum E-Motor schalten

Die Änderungen habe ich auch in meiner behelfsmäßigen Visualierung des 
Schaltplans integriert.

Wenn Zweifel am Erfolg dieser Maßnahmen bestehen meldet Euch bitte.
Vielen Dank für die bisherigen Ratschläge, Mfg Alex

von Joachim B. (jar)


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Alexander W. schrieb:
> 2. Einen Step-Down-Wandler integrieren, der den Strom vor dem Arduino
> auf 8V wandelt

nee warum?

geh gleich auf 5V und speise an +5V ein!

von Alexander W. (alex101193)


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Okay dann werde ich es so machen. Mein Gedankengang war nur, dass wenn 
ich sowieso 2 Wandler habe (extern und der interne des Arduinos) sie 
sich auch die Belastung teilen können.

von Joachim B. (jar)


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Alexander W. schrieb:
> Mein Gedankengang war nur, dass wenn
> ich sowieso 2 Wandler habe (extern und der interne des Arduinos) sie
> sich auch die Belastung teilen können.

dann kennst du den Unterschied zwischen DC/DC stepdown und linear Regler 
nicht.

DC/DC stepdown Wirkungsgrad 85-95%
linear Regler Wirkungsgrad 30-60% (hier geschätzt da Stromdaten fehlen)

Es hat i.d.R. keinen Sinn linear Regler zu nutzen.

: Bearbeitet durch User
von Zeno (Gast)


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Was möchte denn der TO am Ende mit der Konstruktion erreichen?

Eine richtige Schaltung wie in der E-Technik üblich wäre auch nicht 
schlecht.

von Alexander W. (alex101193)


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Zeno schrieb:
> Was möchte denn der TO am Ende mit der Konstruktion erreichen?
Es soll eine automatische Fütterungsanlage für Koi gebaut werden. Der 
Arduino dient als programmierbare Zeitschaltuhr und schaltet einen Motor 
der eine Förderschnecke antreibt. In erster Linie betreibe ich den 
Aufwand des Selbstbaus aber nur zu Lern- und Spaßzwecken!


Zeno schrieb:
> Eine richtige Schaltung wie in der E-Technik üblich wäre auch nicht
> schlecht.
Ich habe mir ein Programm (TinyCAD) heruntergeladen, jedoch tat ich mir 
schwer mich auf die schnelle einzuarbeiten, entschuldigt bitte.
Ich werde es nun vorerst, wenn niemand noch weiteren groben Unfug in 
meiner verbesserten Schaltung findet, mit dieser Schaltung versuchen, 
bzw. auf Nachfragen versuchen ein komplettes Schaltbild zu entwerfen 
(Ich will aber auch eigentlich nicht jeden mit zu viel Informationen 
erschlagen!).

von Zeno (Gast)


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Ohne Deinen Elan dämpfen zu wollen, kommst Du wahrscheinlich mit einer 
Zeitschaltuhr aus dem Baumarkt (die gibt es auch programmierbar) 
schneller und stressfreier ans Ziel.

von Hp M. (nachtmix)


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Joachim B. schrieb:
> geh gleich auf 5V und speise an +5V ein!

Wenn er dann einen Fehler beim Anschluss oder der Programmierung des 
Schaltwandlers macht, ist sein Arduino Geschichte.
Die Verwendung des auf dem Arduino vorhandenen 5V-Reglers ist also das 
Schlechteste nicht.

Was ist eigentlich das dreipolige Bauteil, welches unten in der 
Gehäusewand des Aufbaus zu sehen ist?
Ich hielt es für einen Fototransistor oder so etwas, aber offenbar ist 
das ja nicht der Fall.

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