Mechanisches Poti 1:1 durch digitales Ersetzen (MCP42010)?

[Lukas E. (lukas_e147)]

Moin!

Ich hätte mal eine potentiell blöde Frage. Einige von euch werden dafür 
wahrscheinlich die Hand vor die Stirn schlagen ... :P

Es geht darum, ein mechanisches Poti zu ersetzen, damit man es via Pi 
steuern kann. Konkret gehts um die Fernbedienung einer Nebelmaschiene, 
ich häng einen Schaltplan dran. Die zwei umkreisten Potis sollen ersetzt 
werden.

Als Digitales Poti hab ich mir den MCP42010 ausgesucht. Wäre klasse, 
wenn mir jemand sagen könnte, ob das überhaupt so geht, und wie ich das 
Poti da reinfriemeln muss. Ich bin auf dem Gebiet eher Neuling ...

Ich danke :)

LG

Lukas

[Rufus Τ. F. (rufus)]

Lukas E. schrieb:
> Als Digitales Poti hab ich mir den MCP42010 ausgesucht.

Das wird nicht ohne größere Anpassungen in Deine Schaltung passen. Die 
nämlich wird mit 15V versorgt; der MCP42010 aber mag maximal 5.5V. Die 
Spannung im Analogteil darf nicht größer sein als die 
Versorgungsspannung des Bausteins.

[Wolfgang (Gast)]

Lukas E. schrieb:
> Es geht darum, ein mechanisches Poti zu ersetzen, damit man es via Pi
> steuern kann.

Das Poti ist in der Schaltung nur ein Hilfsmittel, um von Hand eine 
Steuerspannung/Schaltschwelle einstellen zu können.

Warum gibst du nicht direkt die Spannung vor?

[H.Joachim S. (crazyhorse)]

Geht nicht. Spannung darf nicht höher als Vdd sein. Direkter Ersatz 
sollte z.B. mit dem MCP41HVX1 gehen.
Oder die Ausgangsspannung mittels OPV erhöhern.

[Wolfgang (Gast)]

Wenn man unbedingt mit Potis arbeiten möchte, kann man die bestehenden 
auch in der Schaltung lassen und mit einem Stellmotor die Position 
festlegen ;-)

[Lukas E. (lukas_e147)]

Wolfgang schrieb:
> Warum gibst du nicht direkt die Spannung vor?

Wie würde ich das in dem Fall tun? Nehmen wir als Beispiel mal P3, würde 
ich dann einfach an dem Pin, der am LM358 auf + geht meine 0-15V 
Spannung anlegen?

H.Joachim S. schrieb:
> Geht nicht. Spannung darf nicht höher als Vdd sein. Direkter
> Ersatz
> sollte z.B. mit dem MCP41HVX1 gehen.
> Oder die Ausgangsspannung mittels OPV erhöhern.

Den Chip gibts nicht bei Reichelt, ich würde dort gern alles bestellen. 
Wie würde das mit einem Operationsverstärker aussehen?

Wolfgang schrieb:
> Wenn man unbedingt mit Potis arbeiten möchte, kann man die bestehenden
> auch in der Schaltung lassen und mit einem Stellmotor die Position
> festlegen ;-)

:D

Ich danke, wie gesagt, ich bin nicht sehr Erfahren auf dem Gebiet ^^

[Wolfgang (Gast)]

Lukas E. schrieb:
> Nehmen wir als Beispiel mal P3, würde ich dann einfach an dem Pin,
> der am LM358 auf + geht meine 0-15V Spannung anlegen?

Fast. Der Einstellbereich beim Poti P3 ist durch die Zenerdiode und 
evlt. R7? (2k2) auf einen kleineren Bereich eingeschränkt.

Bei P4 verbiegt die Belastung durch R60 und die BE-Spannung von Q8 die 
Kennlinie.

[Lukas E. (lukas_e147)]

Ich würde dann einfach die Fernbedienung aufschrauben und die Spannung 
messen, die am + Eingang anliegt, wenn das Poti in Stellungen steht. 
Dann kann ich doch theoretisch einfach diesen Spannungsbereich nehmen 
und mit einem DAC ansteuern oder mache ich einen großen Denkfehler?

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

Also erst mal die Funktion der Schaltung: der linke LM358 ist als 
Sägezahnoszillator beschaltet, kein sehr linearer, aber die 
Standardschaltung. Ein Schmitt-Trigger rückgekoppelt über ein RC-Glied, 
der  Widerstand ist mit einer Diode für die beiden Flanken 
unterschiedlich groß, sonst hätten wir ungefähr eine Dreieckschwinging.

Das Poti P4 erfüllt zwei Funktionen. Wenn es fast auf Masse steht, 
sperrt der Transistor, die LED erlischt und die Triggerschwelle des 
Schmitt-Triggers wird ganz nach oben auf +15V gelegt. Damit hört die 
Sägezahnschwingung auf. Oberhalb etwa 0,6V an P4 leuchtet die LED und 
der Oszillator schwingt mit einstellbarer Frequenz. Der Ausgang des 
LM358 liefert eine Rechteckschwingung mit einem Tastverhältnist von etwa 
R57/R58, also 1:5.

Hier kann das Poti durch ein ausreichend spannungsfestes digitales Poti 
ersetzt werden, es muss die 15V aushalten.

[Lukas E. (lukas_e147)]

Würde es dort auch funktionieren, wenn ich an Pin 2 des P4 Potis einfach 
eine Spannung von 0-15V anlege?
Ich würde dann gerne einen DAC wie den MCP4812 verwenden. Wenn ich das 
hier richtig verstehe (https://www.microchip.com/wwwproducts/en/MCP4812) 
dann kann der aber nur einen Spannungsbereich bishin zur doppelten 
Versorgungsspannung. Also wenn ich den nur mit 5V Versorge, kann ich 
Maximal 10V ausgeben. Ich brauche aber 15. Also müsste ich das ganze 
doch praktisch irgendwie mit dem Faktor 1.5 multiplizieren, also noch 
einen OpAmp dahinter schnallen, der das ganze multipliziert oder?
Bräuchte ich dieses Zusatzkonstruikt auch bei P3? Der wird ja durch die 
Zener Diode und den Widerstand schon irgendwie begrenzt ...

[Wolfgang (Gast)]

Christoph db1uq K. schrieb:
> Hier kann das Poti durch ein ausreichend spannungsfestes digitales Poti
> ersetzt werden, es muss die 15V aushalten.

Und was spricht aus deiner Sicht an der Stelle gegen eine vom DAC oder 
einem TP-gefilteren PWM erzeugte Steuerspannung?

Lukas E. schrieb:
> Wenn ich das hier richtig verstehe ... dann kann der aber nur
> einen Spannungsbereich bishin zur doppelten Versorgungsspannung.

Verstehst du nicht richtig. Laut Datenblatt kann der wahlweise am 
Ausgang bis 2,048 oder bis 4.096V erzeugen.
DS Seite 1 "Description" im zweiten Absatz:
"The user can configure the full-scale range of the device to be 2.048V 
or 4.096V by setting the Gain Selection Option bit (gain of 1 of 2)."

[Lukas E. (lukas_e147)]

Okay. Dann hab ich einen Ausgang von sagen wir maximal 4 Volt. Also 
müsste ich das mit einem OpAmp um Faktor 3,75, sowas gibt's 
wahrscheinlich nicht, also um Faktor 4 aufpumpen. Dafür verliere ich 
aber dann   Genauigkeit mit dem Faktor 4. Korrekt?

[Gerd E. (robberknight)]

Lukas E. schrieb:
> Also
> müsste ich das mit einem OpAmp um Faktor 3,75, sowas gibt's
> wahrscheinlich nicht, also um Faktor 4 aufpumpen.

Schau Dir mal hier z.B. an wie ein Opamp funktioniert: 
Operationsverstärker.

Du musst keinen speziellen Opamp für "x4" kaufen, sondern Du stellst den 
Faktor durch Widerstandsverhältnisse ein. Faktor 3,75 ist also kein 
Problem.

[Wolfgang (Gast)]

Lukas E. schrieb:
> Also müsste ich das mit einem OpAmp um Faktor 3,75,

Korrekt

> sowas gibt's wahrscheinlich nicht, also um Faktor 4 aufpumpen.

Falsch. Ein OpAmp verstärkt bei Gleichspannung typisch weit über einen 
Faktor 1000. Die eigentlichte Verstärkung wird durch die Beschaltung 
festgelegt. Und die kannst du natürlich so wählen, dass die 
Ausgangsspannung des DAC um einen Faktor 3,75 verstärkt wird.

> Dafür verliere ich aber dann Genauigkeit mit dem Faktor 4. Korrekt?

Wenn deine Widerstandsverhältnisse für die OP-Beschaltung ausreichen 
genau eingehalten werden, verlierst du praktisch nichts an Genauigkeit.
Oder meintest du, weil 3,75 != 4.00?

[Max D. (max_d)]

Alles was die Fernsteuerung macht ist ein PWM-Signal erzeugen.
Das Poti für den Nebel regelt die Pulsweite und über den Timer wird die 
Aussendung der PWM-Pulse für eine einstellbare Zeit unterdrückt. Mit dem 
Taster wird die Unterbrechung aufgehoben und direkt genebelt.
Erzeuge mit deinem Pi einfach ein PWM-Signal und verstärke das mit einem 
Transistor und einem Pullup (2k2 um am original zu bleiben) nach den 
15V. Dann kannst du über die PWM das Nebelvolumen regeln (100% PWM = 0% 
Nebel).

[Lukas E. (lukas_e147)]

Also dann könnte ich ja zumindest den oberen Teil schon Stark 
vereinfachen. Ich hab mal ein Bild angehänt, wie ich das meines 
Verständnis' nach machen würde. Inwiefern sich das auf den unteren Teil 
bezieht, Verstehe ich nicht ganz, ob ich das auch so vereinfachen kann 
...

Aber schonmal ein dickes Danke an euch!

[Max D. (max_d)]

Ich hab mal nach der Anleitung der Kiste gesucht und siehe da:
http://support-veranstaltungstechnik.com/downloadfiles/bedienungsanleitungen/Nebel/SM_Mag800_EN_A.pdf
V.a. Interessant ist Seite 17 (hier nochmal als screenshot falls der 
Link down geht).
Dort erklärt der Hersteller die Funktion seines analogen Eingangs.
Du legst eine Spannung von >=1,5V an um die Heizung zu aktivieren und 
kannst nach dem Aufheizen durch eine Spannung von 2-10V die Menge an 
Nebel regeln.
Du kannst mit deinem Pi also (entweder per geglätteter PWM oder DAC) 
eine Spannung von 0-3.3V erzeugen und die per OP verdreifachen (einfache 
Verstärkerschaltung) und auf den Pin geben. Du kriegst sogar 16V aus der 
NM um deinen OP zu versorgen.

[Lukas E. (lukas_e147)]

Aus dem Manual habe ich auch meinen Schaltplan gezogen. Allerdings 
blicke ich nicht durch, wie dort der Nebel aktiviert wird. Ich hatte 
ursprünglich erwartet, dass der Trigger eine eigene Steuerleitung hat, 
aber dem ist ja scheinbar nicht so ...

[Max D. (max_d)]

Diese 0-10V Steuerung war vor DMX der Standard.
Der hersteller hat für seine Maschine halt alles auf einen Kanal gelegt.
Sieht im Grunde so aus:
0-1V: Standby
1-2V: Heizen (deswegen 1,5V um in der Mitte des Bereichs zu landen)
2-10V: Nebel mit spannungsabhängiger Intensität

[Lukas E. (lukas_e147)]

Soweit klar, aber wie genau bekommt die Maschine mit, dass ich den Knopf 
drücke? Ich steh ein wenig auf dem Schlauch ...

[Max D. (max_d)]

Normalerweise wird der "nebelbefehl" durch q9 periodisch (oder 
dauerhaft) kurzgeschlossen. Mit dem Taster "klaust" du ihm den 
basisstrom und zwingst ihn so die steuerspannung aus der oberen opamp 
schaltung freizugeben.
Die beiden Dioden in Serie mit dem Kollektor lassen ~1.4V stehen damit 
die nm weiterheizt.

[Lukas E. (lukas_e147)]

Mir ist gerade was eingefallen .. Das ganze ist eine Timer Schaltung um 
eine Nebelzeit einzustellen ... Aber wenn ich da eh n Raspberry 
dranstöpsel, kann der das ja auch noch bequem übernehmen, einfach eine 
gewisse Zeit lang an oder aus zu schalten. Also diesen Teil einfach 
wegrationalisieren. Jetzt hab ich (glaube ich) mir was ausgedacht, 
basierend auf dem aus ein paar Posts vorher. Wär Klassem wenn da nochmal 
wer drüberschauen könnte ...^^

[Max D. (max_d)]

- Du musst die pwm glätten bevor sie im OP landet
- Dein Taster-Transistor Konstrukt unterdrückt permanent die 
Nebelerzeugung bis man den Knopf drückt, ist das so gewollt?
- Je nach Typ deines OP musst du evtl. noch schwingneigungen 
unterdrücken mit kleinen kondis im Feedback Zweig.

[Lukas E. (lukas_e147)]

Wie glätte ich das PWM Signal? Kondensatoren gegen Ground?
Das mit dem Knop ist so gewollt. Es soll kein Nebel ausströmen, bis der 
Knopf gedrückt wird. Solange gedrückt ist, soll es dann nebeln.
OP-Amp wollte ich einen LM358 nehmen, den hab ich noch da. Häng ich die 
Kondis dann zwischen R1 und R18 in meiner Schaltung?

[Max D. (max_d)]

Lukas E. schrieb:
> Wie glätte ich das PWM Signal? Kondensatoren gegen Ground?
RC-Tiefpass

> Das mit dem Knop ist so gewollt. Es soll kein Nebel ausströmen, bis der
> Knopf gedrückt wird. Solange gedrückt ist, soll es dann nebeln.
Wozu ist dann der Pi da ?

> OP-Amp wollte ich einen LM358 nehmen, den hab ich noch da. Häng ich die
> Kondis dann zwischen R1 und R18 in meiner Schaltung?
Falls es Probleme mit der Schwingneigung gibt (bei einem LM358 eher 
unwahrscheinlich) kann ein kleiner kerko parallel zu R18 helfen.

[Lukas E. (lukas_e147)]

Max D. schrieb:
> Wozu ist dann der Pi da ?

Das hätte ich erwähnen sollen, das regelt später auch der PI. Die ganze 
Nebelmaschine soll durch den PI fernbedienbar sein.

Max D. schrieb:
> Falls es Probleme mit der Schwingneigung gibt (bei einem LM358 eher
> unwahrscheinlich) kann ein kleiner kerko parallel zu R18 helfen.

Ich hab im Schaltplan nochmal 100nF paralleel reingehängt, passt der 
Wert einigermaßen?


Zu dem Tiefpassfilter werde ich mich die Tage nochmal einlesen müssen, 
das scheint nicht ganz trivial zu sein, das zu berechnen ... Zumindest 
für mein Verständnis ^^

Vielen Dank für die Hilfe!

LG

Lukas