Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Bitte um Schaltplan-Review


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von Valentin S. (lochrasterer)


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Hallo,


ich plane eine Bienenstockwaage mit LoRa zu bauen. Versorgt werden soll 
sie mit 2 Lithium Alkaline Zellen. Mikrocontroller ist ein ATmega32u4. 
Zum Auswerten der Wägezelle verwende ich einen HX711. Als LoRa-Sender 
einen RFM95.

Bevor ich nun Anfange, die Platine zu layouten, würde ich gerne sicher 
sein, dass keine Fehler im Schaltplan sind.


Im besonderen stelle ich mir folgende Fragen:

1. Ist die Außenbeschaltung des ATmega32u4 richtig oder habe ich 
Kondensatoren, Spannungsversorgung, Pullups, ... vergessen?

2. Der ATmega32u4 kommt von Microchip mit bereits geflashtem Bootloader. 
Sehe ich das richtig, dass ich ihn programmieren kann, wenn ich den 
BOOT-Knopf halte und kurz RESET drücke?

3. Erfüllen die ausgewählten Pins am ATmega32u4 die Bedingungen für den 
RFM95? Ich weiß zum Beispiel, dass manche Interruptfähig sein müssen.

4. Die Widerstände R5 und R6 habe ich an den Betrieb mit 2,7-3,6V 
angepasst. Stimmt das so?


Ich wäre sehr dankbar darüber, wenn sich jemand ein bisschen Zeit nehmen 
könnte und mal drüber schauen würde. Ich bin alles schon mehrfach 
durchgegangen aber der Teufel ist ein fieses Eichhörnchen und der letzte 
Fehler erkennt man auch beim 5. drüber schauen nicht.

Das PDF vom Schaltplan ist im Anhang. Falls das KiCAD-Projekt oder 
weitere Informationen gewünscht sind, bitte einfach nachfragen.


Schönes Wochenende,
Valentin

__

Datenblätter:

ATmega32u4
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7766-8-bit-AVR-ATmega16U4-32U4_Datasheet.pdf

HX711 (Achtung, die Formel für den Spannungsteiler sind falsch rum)
https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/ForceFlex/hx711_english.pdf

RFM95
https://www.hoperf.com/data/upload/portal/20190801/RFM95W-V2.0.pdf

Lithiumbatterie
https://data.energizer.com/PDFs/l91.pdf

__

Libraries für die Software:

arduino-Lora von Sandeepmistry
https://github.com/sandeepmistry/arduino-LoRa

HX711 von Bodge
https://github.com/bogde/HX711

Low-Power von Rocket Scream Electronics
https://github.com/rocketscream/Low-Power

von . . (Gast)


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Üblicher Anfängerfehler: keine Abblockkondensatoren der Beriebsspannung.

von Jo mei (Gast)


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.                                                . schrieb im Beitrag 
#6112756:
> keine Abblockkondensatoren der Beriebsspannung.

Ja, ein batteriebetriebener ATMega ohne Abblock-Kondensatoren
funktioniert garantiert unzuverlässig.

von Danish B. (danishbelal)


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Ich dachte erst, dass MISO und MOSI vertauscht werden müssen.
ABER so wie es aussieht ist MOSI für den RFM ein Eingang und MISO ein 
Ausgang?!

Damit wäre es dann doch wieder richtig.

von Valentin S. (lochrasterer)


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.                                                . schrieb im Beitrag 
#6112756:
> Üblicher Anfängerfehler: keine Abblockkondensatoren der Beriebsspannung.

Wird ergänzt.

Jo mei schrieb:
> Ja, ein batteriebetriebener ATMega ohne Abblock-Kondensatoren
> funktioniert garantiert unzuverlässig.

Ironie? Ich mach auf jeden fall welche rein aber bisher hatte ich beim 
Testaufbau keine Probleme.

Danish B. schrieb:
> ABER so wie es aussieht ist MOSI für den RFM ein Eingang und MISO ein
> Ausgang?!

"Master-Out, Slave-In" bzw "Master-In, Slave-Out". Also alle mit dem 
gleichen Namen zusammen.

von Jo mei (Gast)


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Valentin S. schrieb:
> aber bisher hatte ich beim
> Testaufbau keine Probleme.

Übliche Antwort im Sinne von:

"Bei mir funktioniert's auch ohne, also warum soll ich diesen
unnützen Ballast einbauen? Kostet ja viel zu viel!"

Letzte Warnung:

Du brauchst bei Batteriespeisung einen dicken Elko für alles
und jeweils keramische Abblock-Kondensatoren an allen Vcc Pins.

von Valentin S. (lochrasterer)


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Du brauchst mich nicht zu warnen. Ich habe bereits geschrieben, dass ich 
die genannten Kondensatoren einbauen werde.

von Harald (Gast)


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Bienenstockwaage und HX711: ein Garant für zahlreiche Probleme!

Die Gewichtsänderungen sind sehr klein, die Drift des HX711 im Vergleich 
mit besseren Wandlern sehr hoch. Suche Dir einen besseren Wandler und 
vor allem eine driftarme Wägezelle.

von Valentin S. (lochrasterer)


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Ich verwende eine Bosche H30A Wägezelle. Die scheint qualitativ sehr gut 
zu sein. Temperaturdrift ist kaum vorhanden. Eine Genauigkeit von 200g 
auf 100kg reicht prinzipiell aus, auf etwa 50g ist es wiederholbar.

https://www.bosche.eu/waagenkomponenten/waegezellen/plattform-waegezellen/plattform-waegezellen-h30a

von c r (Gast)


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Harald schrieb:
> die Drift des HX711 im Vergleich
> mit besseren Wandlern sehr hoch

Das kann ich leider bestätigen. Ich habe so eine HX711-Platine mal als 
Messverstärker für den Shunt in einem Akku-LED-Scheinwerfer verbaut.

Je nach Lust und Laune ist der +- 0mA Punkt davongedriftet. Erst nachdem 
ich die Messung bei jedem booten durch die halbwegs bekannte 
Stromaufnahme bei augeschalteten LEDs kalibrieren ließ, war die Messung 
brauchbar.

Bei der Bienenstockwaage entspräche das dem täglichen Tarieren mit 
bekanntem Gewicht, das ist wohl nicht Sinn der Sache.

Bei den Wägezellen weiß ich nicht was du verwenden willst. Grundsätzlich 
habe ich mit den Balkenförmigen 1-10kg Teilen gute, mit den 
"Hufeisenförmigen" flachen bis 50kg sehr schlechte Erfahrungen gemacht.

Was wiegt den so ein Bienenstock?

von Valentin S. (lochrasterer)


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Dier Bienenstrock wiegt bis zu etwa 100kg. Täglich kommen etwa 400-500g 
dazu. Die Genauigkeit und Drift ist ausreichend. Gemäß meinen Tests 
hängt das vor allem von der Zelle ab. Ich habe über mehrere Wochen mit 
verschiedenen Temperaturen verschiedene Testlasten gemessen und der 
Fehler liegt im vernachlässigbaren Bereich.

Andererseits: Gibt es bessere Messverstärker mit ADC für den Bereich 
2,7V - 3,6V? Der HX711 hat kann die Zelle zum Strom sparen auch 
ausschalten.


Im Anhang der Schaltplan mit den Kondensatoren.

von Jo mei (Gast)


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Valentin S. schrieb:
> Im Anhang der Schaltplan mit den Kondensatoren.

Ein Meilenstein. Jetzt braucht sie der Layouter nur noch an
die falsche Position platzieren.

Beim ISP Connector fügt der Profi noch einen Längswiderstand
in die Vcc Leitung ein damit mit dem (manchmal nicht dem
Atmel-Standard entsprechenden) ISP Programmer keine Über-
raschungen entstehen.

von Stefan F. (Gast)


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Danish B. schrieb:
> ABER so wie es aussieht ist MOSI für den RFM ein Eingang und MISO ein
> Ausgang?!

Das sagt schon der Name:

MOSI ist beim M aster = O utput und beim S lave = I nput
MISO ist beim M aster = I nput und beim S lave = O utput

von Mila Mik (Gast)


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Beim USB-Stecker fehlen noch die ESD-Schutzdioden.
Z.B. On semi NUP4304MR6 Jeweils eine an VBus, D+ und D-
Das Shield würde ich nicht direkt mit GND verbinden sonder über einen 
1nF/2kV Kondensator.

Grüße Mike

von Pieter (Gast)


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an USB/D+ würde ich noch ein Widerstand mit 1,5K nach +5V vorsehen. 
Damit kann der PC dann ein anstecken von USB erkennen.

von Harald (Gast)


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Bessere Wandler gibt es genügend, aber die Recherche müsstest Du schon 
selbst machen.
Es scheint so zu sein, dass der ADS1231 von ti.com die Vorlage für den 
HX711 war. Ein paar Specs scheinen besser, einfach mal im Detail 
vergleichen. Wobei das aber auch nicht der heilige Gral ist.

von Alexxx (Gast)


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Du speist VCC,AVCC aus +Bat??
Das geht doch nicht, da +Bat >5V sein kann??
VCC,AVCC müssen aus +5V versorgt werden.

Woher kommen die +5V? Versteckter 5V-Regler?

Für den 5V-Regler nimmst du am besten einen LDO.

Wenn du einen genaueren, rauscharmen ADC für die Brücke suchst, z.B.:
- AD7191 (Fig.24) - mit PGA, 2 differentielle Kanäle(= Brücken!),
  internem Filter. Sehr rauscharm bei niedriger Datenrate.
- AD7796 - mit 128x-PGA & Temperatursensor => 
Nullpunkt-TK-Kompensation!

Wenn Versorgungsspannung der Brücke == Uref_ADC, dann ratiometrische 
Messung und dann kann auf eine Referenz verzichtet werden.

von Valentin S. (lochrasterer)


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Alexxx schrieb:
> Du speist VCC,AVCC aus +Bat??
> Das geht doch nicht, da +Bat >5V sein kann??
> VCC,AVCC müssen aus +5V versorgt werden.
> Woher kommen die +5V? Versteckter 5V-Regler?

Da bin ich mir eben nicht ganz sicher. Die beiden Li-Alkalinezellen 
haben 2,7 - 3,6V. Die 5V kommen vom USB und sind daher an VBUS und UVCC 
angeschlossen.

Alexxx schrieb:
> AD7796

Den schau ich mir mal genauer an. Die meisten anderen ADCs fallen leider 
wegen der Mindestbetriebsspannung von 3V raus.

Mila Mik schrieb:
> Beim USB-Stecker fehlen noch die ESD-Schutzdioden.
> Z.B. On semi NUP4304MR6 Jeweils eine an VBus, D+ und D-
> Das Shield würde ich nicht direkt mit GND verbinden sonder über einen
> 1nF/2kV Kondensator.

Danke, gute Idee.

Pieter schrieb:
> an USB/D+ würde ich noch ein Widerstand mit 1,5K nach +5V vorsehen.
> Damit kann der PC dann ein anstecken von USB erkennen.

Danke. Gibts da ne Application Note oder irgendwas, wo man das nachlesen 
kann?

von Uwe B. (uwebre)


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Ich habe etwas ähnliches realisiert, mit MCP3551, für PT100.
Man kann mit kleiner Änderung auch eine Wägezelle anschließen, siehe die 
AN1030 von Microchip.
Ich habe das testweise realisiert, mit einer PW6C von HBM (10Kg)
Funktioniert, man muß gut mitteln, kommt dann auf eine Auflösung von 
10g. Sonst zappelts arg.
Mir fehlt die Anwendung, Bienenstockwaage ist gut ;-)

Die PT100 Variante tut es seit 5 Monaten testweise als Außenthemometer 
per TTN, an der Batteriespannung (Li-Ion 18650) hat sich noch nichts 
geändert.

Uwe

von Wolfgang (Gast)


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Danish B. schrieb:
> Ich dachte erst, dass MISO und MOSI vertauscht werden müssen.

Es gibt genau einen SPI-Master (der der die Übertragung per Clock 
Koordiniert) und einen SPI-Slave.
MOSI - Master OUT * Slave In
MISO - Master In * Slave Out

Deutlicher kann man die Signale doch nicht benennen.

von Wolfgang (Gast)


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Valentin S. schrieb:
> Danke. Gibts da ne Application Note oder irgendwas, wo man das nachlesen
> kann?

Der 1.5kΩ Pull-Up an D+ teilt dem USB-Master mit, dass es sich um ein 
Full-Speed Device handelt.

Hier in Kurzform:
https://www.beyondlogic.org/usbnutshell/usb2.shtml

Die Spezifikation für den USB (Kap. 7.1.5.1 Low-/Full-speed Device Speed 
Identification) ist die Bibel.

von Wolfgang (Gast)


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p.s.
Universal Serial Bus Specification Revision 2.0
https://www.silabs.com/documents/public/application-notes/AN0046.pdf

oder in der "Gesamtausgabe" zum Durchwühlen bei USB.org (usb_20.pdf) in
https://usb.org/sites/default/files/usb_20_20190524.zip

von Wolfgang (Gast)


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c r schrieb:
> Das kann ich leider bestätigen. Ich habe so eine HX711-Platine mal als
> Messverstärker für den Shunt in einem Akku-LED-Scheinwerfer verbaut.

Viele von den verkauften HX711-Platinen haben einen Designfehler. Dort 
wird die Brücke nur parasitär gespeist, weil die Verbindung von AGnd 
nach Gnd auf der Platine fehlt. Das erzeugt natürlich wegen der 
Schutzdiode eine Temperaturabhängigkeit.
Beitrag "HX711 Module"

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