Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 80C517 µC Projekt Temperatursensor Schaltung


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von David W. (idavei)


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Moin zusammen,

mein Komilitone und ich bearbeiten aktuell ein Projekt zur Messung von 
Vitalparameter in der Medizin, das uns im Zuge einer 
Pflichtveranstaltung zugelost wurde. Vorne weg möchte ich euch um 
Nachsicht bei meinen Fragen bitten, da wir ein, für unseren Studiengang 
untypisches Thema, erhalten haben und somit in Sachen 
Schaltungsentwicklung und µP-Programmierung totale Neulinge sind. 
(Medizintechnik mit Schwerpunkt K&E)


Aufgabe:
Mit vorgegebenen Sensoren sollen Vitalparameter (Körpertemperatur, 
Atemzurvolumen) ermittelt und mittels des Siemens 80C517 µC ausgelesen/ 
weiterverarbeitet werden.


Wir befinden uns aktuell in der Schaltungsentwicklung zur 
Temperaturmessung.

vorgegebener Sensor: Thermoelement Typ J (-75°C bis +260°C) mit 
folgender Kennlinie

http://www.lkmelectronic.de/deutsch/downloads/pdf/Typ-J.pdf

Unser aktueller, skizzierter Schaltungsaufbau befindet sich im Anhang.

Nun stellen wir uns folgende Fragen:
1) ist der OPV richtig Dimensioniert?
-> durch Recherchen und kleine Versuchsaufbauten ermittelt

2) ist der Spannungsteiler richtig Dimensioniert, auch mit Bezug zur 
Kennlinie?
-> Wir haben den für uns interessanten Bereich 0°C bis 60°C ausgewählt 
und die Wiederstandberechnung wie im .jpg durchgeführt.

3) kann der Spannungsteiler-Endwert UµC direkt mit dem µC weiter 
verarbeitet bzw. ausgelesen werden?
-> das der µC über einen A/D-Wandler verfügt ist uns bewusst, uns geht 
es mehr um die Verbindung zwischen Schaltung und µC (Port auswahl)?

4) lässt sich die Spannungsversorgung der Schaltung mit dem µC 
realisieren?
-> Vcc ausgang am µC ist mögliche Spannungsversorgung 0...5V?
->GND vorhanden.?

->Die Anleitung zum µC 80C517 wurde gelesen, jedoch fehlt uns in vielen 
Bereichen das genauere Grundwissen zum Thema. Deshlab erhoffen wir uns 
eure Hilfe, wobei mir nicht erwarten das uns die Antworten vorgekaut 
werden. Viel mehr sind wir  an der Unterstützung zur Erarbeitung der 
Lösung interessiert, da wir lernbereit und interessiert sind.

Vielen Dank im voraus und mögliche Fragen versuchen wir so gut es geht 
zu beantworten.

von georg (Gast)


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David W. schrieb:
> Unser aktueller, skizzierter Schaltungsaufbau befindet sich im Anhang.

Der misst vermutlich garnichts, weil der Eingangswiderstand der 
Messschaltung nur 100 Ohm beträgt. Zitat dazu:

"Die angeschlossenen Messgeräte müssen einen hohen Innenwiderstand 
haben, damit
das Thermoelement möglichst nicht belastet wird,"

aus:
http://www.uni-magdeburg.de/isut/LSS/Lehre/prak1.pdf
Empfehlenswert.

Georg

von karadur (Gast)


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Schaut euch mal den AD596 und verwandte ICs an.

von David W. (idavei)


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georg schrieb:
> David W. schrieb:
>> Unser aktueller, skizzierter Schaltungsaufbau befindet sich im Anhang.
>
> Der misst vermutlich garnichts, weil der Eingangswiderstand der
> Messschaltung nur 100 Ohm beträgt. Zitat dazu:
>
> "Die angeschlossenen Messgeräte müssen einen hohen Innenwiderstand
> haben, damit
> das Thermoelement möglichst nicht belastet wird,"
>
> aus:
> http://www.uni-magdeburg.de/isut/LSS/Lehre/prak1.pdf
> Empfehlenswert.
>
> Georg

Hallo Goerg,

vielen Dank für deine schnelle Antwort und den Link.
Wenn wir den Zusammenhang richtig erkennen, empfiehlst du uns eine 
Erhöhung des Eingangswiderstands, was auch zu einer Zunahme des ersten 
Verstärkungsfaktors führen würde. Lässt sich dieser ermitteln oder 
handelt es sich um Erfahrungswerte?

Oder würdest du in Richtung der im Link aufführten (Mehr-) 
leiterschaltung tendieren?

lg Dave

von Helmut L. (helmi1)


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Vor allen Dingen:

Welcher OP verwendet ihr? Bei den uV die ein Thermoelement liefert 
bruacht man OPs die sehr kleine Offsetspannung haben. Freiwillig wuerde 
ich mir das bei den Temperaturen nicht antun wollen, besser man nimmt 
einen PT100.

Ihr wisst auch das der OP bei der invertierten Schaltung eine negative 
Betriebsspannung braucht?

Es gibt auch fertig Thermoelement IC bei den Herstellern.

MAX31850

https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX31850-MAX31851.pdf

Das ist alles drin was ihr braucht + besseren ADC als der 80C517 drin 
hat.

von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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georg schrieb:
> Der misst vermutlich garnichts, weil der Eingangswiderstand der
> Messschaltung nur 100 Ohm beträgt.

Aaaah, wieder etwas gelernt ... Die Sache ist logisch, aber so weit 
hatte ich noch nie nachgedacht ...

Zwischen + und - bilder sich ein virtueller Ground und da + auf GND 
liegt, liegt damit das Eingangssignal über 100Ohm an quasi-GND.

Danke für die Erleuchtung!

von David W. (idavei)


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karadur schrieb:
> Schaut euch mal den AD596 und verwandte ICs an.

Hallo karadur,

Danke für diesen Tipp.
Wir haben auf die Schnelle ein dazugehöriges Datenblatt überflogen.

http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD596_597.pdf

Gehen wir richtig der Annahme, dass unser bereits vorhandenes 
Thermoelement Typ J direkt mit dem AD596 verbunden werden kann und wir 
die erhaltenen Werte am µC auslesen können?

LG Dave

von karadur (Gast)


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Dafür sind die entwickelt worden.

von Peter D. (peda)


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David W. schrieb:
> vorgegebener Sensor: Thermoelement Typ J

Das ist blöd, ein Thermoelement kann nämlich keine Absolutwerte messen, 
sondern nur Differenzen.
D.h. Ihr braucht in jedem Fall noch einen 2. anderen Sensor für 
Absolutwerte und der muß thermisch direkt mit der Kaltstelle gekoppelt 
sein, d.h. dort wo die Ausgleichsleitung in die Schaltung hinein führt. 
Die beiden Temperaturen werden dann in der Software addiert.

In der Medizin braucht man aber nicht den hohen Meßbereich eines 
Thermoelements, dafür aber eine hohe Auflösung (0,1°C). Daher setzt man 
dort Widerstandssensoren oder Infrarotsensoren ein.

Als IC mit genügend hoher Auflösung ist z.B. der AD7793 geeignet. An den 
2. Eingang kommt dann der PT1000 zur Kaltstellenmessung siehe 
Datenblatt:
"Figure 20. Thermocouple Measurement Using the AD7792/AD7793"

von georg (Gast)


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David W. schrieb:
> empfiehlst du uns eine
> Erhöhung des Eingangswiderstands, was auch zu einer Zunahme des ersten
> Verstärkungsfaktors führen würde

Nein, ich würde einen nichtinvertierenden OpAmp vorsehen, der +Eingang 
ist hochohmig. In beiden Fällen ist die Verstärkung frei wählbar.

Und wie schon erwähnt, die Spannungen sind im µV-Bereich, daher werden 
höchst präzise Verstärker benötigt - ein Feld/Wald/Wiesen-OpAmp mit z.B. 
1 mV Offset zeigt gleich mal um 20 Grad falsch an.

Und eine Kaltstellenkompensation (googeln!) braucht man für 
Thermoelemente auch noch.

Georg

von David W. (idavei)


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Hallo und erst einmal vielen Dank an alle,

wir haben uns nun mal die 3 vorgeschlagenen "Bauteile" angeschaut und 
verglichen. Dabei sind wir zu dem Entchluss gekommen uns näher mit 
diesen zu befassen, da es eine besser und aufgrund unserer mangelnden 
Kenntnisse einfachere Lösung darstellt.

-http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD596_597.pdf

-http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD7792_7793.pdf

-https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX31850-MAX31851.pdf

Nun sind folgende Fragen entstanden:

1) der Hauptunterschied vom AD596/MAX31850 zum AD7792 liegt darin, dass 
beim AD596/MAX31850 die Kaltstellenkompensation bereits vorhanden ist, 
wohingegen beim AD7792 ein zweiter externen Sensor angeschlossen werden 
muss?
--> AD596 daher einfach umzusetzen und günstiger, jedoch größere 
Toleranz?
--> Wir sind uns bewusst das Thermoelemente TypJ von Haus aus +-1.5°C 
abweichung besitzen, da dieser jedoch vorgegeben war bleibt uns keine 
andere Wahl als uns an diesen anzupassen.

2) Falls der obere Punkt zutrifft:
Worin liegen die genauen Unterschiede zwischen dem AD596 und dem 
MAX31580?
->der AD596 ist bereits auf 60°C  ausgelegt?
->und welcher eignet sich besser mit unserem Thermoelement TypJ und im 
Betrieb mit einem 80C517 µC? Dies konnten wir den Datenblättern leider 
nicht entnehmen.?

LG und vielen DANK bisher
Dave

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von karadur (Gast)


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MAX31850  ist neuer und enthält einen AD-Wandler mit 1Wire-Bus.

Mit dem MAX31850 wird die Schaltung kleiner und flexibler.  Aufwand 
steckt in der Software für den Bus und die Konfiguration des ICs.

von David W. (idavei)


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karadur schrieb:
> MAX31850  ist neuer und enthält einen AD-Wandler mit 1Wire-Bus.
>
> Mit dem MAX31850 wird die Schaltung kleiner und flexibler.  Aufwand
> steckt in der Software für den Bus und die Konfiguration des ICs.

Hallo karadur,

vielen Dank für deine Hilfe.
Kommt der µC 80C517 denn mit 1Wire-Bus klar? Besteht dort bereits die 
Möglichkeit zur Spannungsversorgung und Datenübertragung über nur einen 
Anschluss? (GND wird extra angeschlossen das weiß ich bereits)

Laut unserem Professor sollte der Aufwand zur Programmierung möglichst 
gering ausfallen.
Daher hört sich das ganze bisher eher nach dem AD596 an, oder gibt es 
gravierende Gründe diesen nicht zu wählen?

LG Dave

: Bearbeitet durch User
von karadur (Gast)


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Ad596 geht. Software ist dann die AD-Wandlung und Anzeige. Dafür sollte 
es genug Programmbeispiele geben.

1wire ist nicht sehr schwierig, muss man sich aber einarbeiten.

Nötig ist nur ein Pullup zur Versorgung und ein Opendrain Ausgang.

von David W. (idavei)


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Hallo zusammen,

Klasse, vielen Dank bis hier her, ihr wart uns eine große Hilfe!
Am Freitag werde wir den Vorschlag unserem Professor vorstellen. Wenn es 
nicht an den Kosten scheitert, werden wir es so versuchen.
Ansonsten würde ich gegebenenfalls nochmal auf den Aufbau mittels OPV 
zurück kommen.

LG Dave

von Helmut L. (helmi1)


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karadur schrieb:
> Nötig ist nur ein Pullup zur Versorgung und ein Opendrain Ausgang.
>
>Der kann auch über einen speraten Pin versorgt werden.

von Holm T. (Gast)


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Ich würde mal den Prof fragen ob solche Sachen wie die 
Kaltstellenkompensation gefordert werden oder ob nur eine prinzipielle 
Funktion vorhanden sein muß....
Brauchen wird Eure Entwicklung ja wohl Keiner mehr, der 80C517 wird 
schon länger nicht mehr gebaut..

Gruß,
Holm

von Peter D. (peda)


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Holm T. schrieb:
> Brauchen wird Eure Entwicklung ja wohl Keiner mehr, der 80C517 wird
> schon länger nicht mehr gebaut..

80C51 werden immer noch von vielen Herstellern produziert, z.B.:
Microchip: AT89LP51RD2
Nuvoton: N76E885
Infineon: SAF-XC888
Silabs: EFM8
usw. usw.

: Bearbeitet durch User
von Achim S. (Gast)


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David W. schrieb:
> Am Freitag werde wir den Vorschlag unserem Professor vorstellen.

Dann fragt ihn bitte auch mal, wieso für die Messung von Vitalparametern 
ausgerechnet ein Thermoelement als Temperatursensor vorgeschrieben wird. 
Der Riesenvorteil von Thermoelementen ist der extrem große Messbereich, 
der Riesennachteil ist die extrem geringe Empfindlichkeit.

Bei der Messung von Körpertemperaturen braucht man dagegen nur einen 
extrem kleinen Messbereich, aber eine hohe Empfindlichkeit wäre Günstig. 
Dafür ein Thermoelement zu nutzen ist ausgesprochen ungeschickt. Da wäre 
es wahrscheinlich günstiger, das Thermoelement wegzulassen und nur die 
Kaltstellenkompensation des AD596 zu nutzen (d.h. dessen Eingang 
thermospannungsfrei kurzuzuschließen und den AD596 selbst als 
Temperatursensor zu verwenden).

Vielleicht ist es ja ein Test, ob euch das auffällt.

von MaWin (Gast)


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David W. schrieb:
> vorgegebener Sensor: Thermoelement Typ J (-75°C bis +260°C)

Supi

David W. schrieb:
> den für uns interessanten Bereich 0°C bis 60°C ausgewählt

Wow !

David W. schrieb:
> Vitalparameter (Körpertemperatur, Atemzurvolumen)

Welche Vitalität soll der Körper bei 60 GradC noch haben ? In der Pfanne 
bruzzeln ? Auch bei 0 ist er nur noch 0 vital.

Mir scheint, es fehlt euch massiv am medizinischen Grundlagen. Mehr als 
25-45 wird niemand brauchen, und man nimmt natürlich NTC (billig) oder 
(auswechselbar) Pt100.

von David W. (idavei)


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MaWin schrieb:
> David W. schrieb:
>> vorgegebener Sensor: Thermoelement Typ J (-75°C bis +260°C)
>
> Supi
>
> David W. schrieb:
>> den für uns interessanten Bereich 0°C bis 60°C ausgewählt
>
> Wow !
>
> David W. schrieb:
>> Vitalparameter (Körpertemperatur, Atemzurvolumen)
>
> Welche Vitalität soll der Körper bei 60 GradC noch haben ? In der Pfanne
> bruzzeln ? Auch bei 0 ist er nur noch 0 vital.
>
> Mir scheint, es fehlt euch massiv am medizinischen Grundlagen. Mehr als
> 25-45 wird niemand brauchen, und man nimmt natürlich NTC (billig) oder
> (auswechselbar) Pt100.

Hallo,

uns mangelt es nicht am Medizinischen Grundwissen.
Diese Dinge wurden uns vorgeschrieben, ebenso wie das erwähnte 
Thermoelement. Wir würden es auch gerne ändern, weshalb wir auch das 
Gespräch mit dem Professor suchen.

von noreply@noreply.com (Gast)


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Vielleicht will euer Prof ja die Vitalparameter seiner Heizung messen. 
;-)

von Arduino Fanboy D. (ufuf)


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Nunja...
Medizinische Sensoren/Elektronik muss schon einiges aushalten können.

z.B. Sterilisieren, vielleicht sogar Gamma sterilisieren

von Holm T. (Gast)


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Peter D. schrieb:
> Holm T. schrieb:
>> Brauchen wird Eure Entwicklung ja wohl Keiner mehr, der 80C517 wird
>> schon länger nicht mehr gebaut..
>
> 80C51 werden immer noch von vielen Herstellern produziert, z.B.:
> Microchip: AT89LP51RD2
> Nuvoton: N76E885
> Infineon: SAF-XC888
> Silabs: EFM8
> usw. usw.

Ja Peter, Du weißt das ich das weiß..warum postest Du das also?
Keiner von den Dingern entspricht einem 80C517/537.

Gruß,

Holm

von Lothar (Gast)


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Holm T. schrieb:
> Keiner von den Dingern entspricht einem 80C517/537

In wiefern? Der EFM8BB1 ist praktisch 1:1 ein LPC900 und somit fast 
gleich den SAB. Ausser bei Spezialitäten wie dem internen ADC muss da im 
Code nichts angepasst werden.

von Holm T. (Gast)


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Lothar schrieb:
> Holm T. schrieb:
>> Keiner von den Dingern entspricht einem 80C517/537
>
> In wiefern? Der EFM8BB1 ist praktisch 1:1 ein LPC900 und somit fast
> gleich den SAB. Ausser bei Spezialitäten wie dem internen ADC muss da im
> Code nichts angepasst werden.

Fast...entspricht er nun oder entspricht er nicht?
Frage mich was die Diskussion soll..

Fakt ist doch das der Prof irgendwelche Experimentierboards herumliegen 
haben wird und das das selbe Gerät schon von ca. 320 anderen Studikern 
gebastelt worden ist weil der Kram halt mal angeschafft wurde und der 
Prof. den Prozessor kennt.
Wenn man eine ernsthafte Anwednung entwicklen wollen würde stände da 
nicht 80C517.

Gruß,

Holm

von karadur (Gast)


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@ David

was mir noch eingefallen ist. Thermoelement ist nicht isoliert!

Bei vielen Geräten im medizinischen Bereich werden die Sensoren mit 
Personenkontakt über DC/DC-Wandler mit hoher Isolation versorgt.
Die Daten werden oft auf der Sensorseite digitalisiert und dann mit 
Optokopplern oder Glas(Kunststoff)faser übertragen. Da wäre der MAX31850 
besser geeignet.

von Hugo (Gast)


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Ich bau euch das für 500€ gern zusammen, zumal hier ja schon alle Fragen 
beantwortet wurden.

Normalerweise ist die 1 Antwort bei solchen Fragen
„ macht Eure Hausaufgaben gefälligst selbst fertig“!

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