Hallo zusammen, ich habe vor eine Laborplatine zu erstellen. Diese soll analoge Sensorik einlesen, diese an einen Raspi übergeben, der sie wiederum verarbeitet und sie anschließend über einen DAC an die Hardware ausgibt. Also: Sensorik -> ADC -> Controller -> DAC -> Hardware Diese Platine soll für Studierende sein, mit der sie einfache Regelungen und Steuerung machen können. Als Aktorik sollen eigentlich nur Proportionalventile mit einem analogen Steuereingang (max. 10mA) (geschätzt: <100mA bei 24V pro Ventil) geschaltet werden. Zusätzlich noch falls notwendig einige kleine Schaltventile (geschätzt: <200mA bei 24V pro Ventil), die wirklich nur zum Starten des Programms benötigt werden. Sie werden also nicht dauerhaft im Betrieb hin und her geschaltet. Auf der Seite der Sensorik sollen nur analoge Sensoren wie Potentiometer, Kraftsensoren, Drucksensoren im Bereich von -10V bis 10V ausgelesen werden. Da wir gerade keinen Laboringenieur dafür haben, übernehme ich diese Aufgabe, um den Studenten was nutzbringendes bereitzustellen. Ich bin selbst kein Elektrotechniker und habe dementsprechend kaum Erfahrung auf dem Gebiet. Meine Umsetzung bist jetzt: Ich habe mich entschlossenen einen ADC(DC682A) als auch einen DAC(DC2196A) als ein fertiges Demoboard auf die Platine zu stecken. Ich habe die Kontaktpunkte abgelötet und normale Stiftleiste angebracht. Leider ist der Aufbau eines richtigen Wandlers zu umfangreich für mich. Deswegen greife ich hier auf fertig "designte" Platinen zurück. Spannungsversorgung (siehe Baugruppe SUPPLY): Ausgehend von einem 24V Schaltnetzteil als Versorgung habe ich mehrere LC Tiefpässe als Filter angelegt. Die gefilterten +24V benutze für die Spannungsversorgung der Sensoren. Die 15V hinter dem Linearregler benutze ich für die Versorung des DAC Boards und der OPVs. Mit einem Traco TSR1-2450 habe ich die +5V für den ADC und die Sensorik aufgebaut. 16bit ADC (siehe Baugruppe ADC): Ich nutze einen analogen RC Tiefpass. 12bit DAC (siehe Baugruppe DAC): Ich benutze einen Spannungsfolger, um den eigentlichen DAC zu entlasten. ULN2803: Dient zum Schalten der Schaltventile. Beide Platinen werden über SPI mit der Raspi verbunden. Ich habe das ganze auf einem Steckbrett getestet und das Setup scheint zu funktionieren. Ich habe allerdings die Filter etc. nicht aufbaut, sondern alle Spannungen aus einem Labornetzteil direkt bezogen (auch keine Abblockkondensatoren etc). Momentan komm ich beim Auslesen mit 500Hz auf dem Raspberry mit 4Mhz SPI auf ein Rauschen von 3-5mV was etwas zu hoch ist. Mir ist durchaus bewusst, dass ich die 16bit mit diesem Aufbau nicht ausnutzen kann. Allerdings waren die 12bit mir doch etwas zu wenig an Auflösung. Ich bin nicht ganz schlüssig mit den Grounds. Auf den beiden Demoboards (ADC/DAC) sind AGND und DGND direkt verbunden. Aus diesem Grund weiß ich nicht, wie sinnvoll die Teilung der Grounds überhaupt noch wäre. Ich würde dann wahrscheinlich den Raspi GND direkt mit den Platinen GND verbinden. Mein Frage ist nun, gibt es grobe Fehler oder Verbesserungsvorschläge, Tipps, die ich mit einbeziehen kann. Ich bin für alle Anregungen offen. Dieter
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Am besten wuerdest Du die Stoerungen verstehen, wenn Du eine billige Bluetoth Box wie die BT6 ueber Klinke mit dem Raspi verbindest und zugleich diese mit einem billigen eigenen Netzteil ueber dem Mikro USB versorgst. Da helfen Dir die Filter nichts vom Schaltbild. Das Layout spielt da auch noch eine Rolle. Gibt es aber noch nicht.
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Hallo, ich habe das Layout erstellt. Oben links befindet sich das ADC Demoboard und unten das DAC Board. Beide dieser Demoboards haben nur ein Ground. Blaues Layer ist nur GND. Das gelbe Layer habe ich nur für die Signale verwendet. Layer Grün dient nur für die Bereitstellung von +5V und +15V. Meine Baustelle ist jetzt die Verbindung zwischen den Grounds vom Raspi und Platine. Der Raspi dient nur der Verdeutlichung der Position. Das mit der Bluetooth Box habe ich leider nicht ganz verstanden. Warum benötige ich einen Klinkenstecker für die BT Box?
Dieter J. schrieb: > Ich habe das ganze auf einem Steckbrett getestet und das Setup scheint > zu funktionieren. du versorgst deinen DAC mit +5V auf Vin. Im Schematic des DAC-boards https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/eval-board-schematic/DC2196A2-SCH.PDF finde ich kein Vin, aber stattdessen ein IOVCC. Meinst du das mit Vin, d.h. legst du 5V an IOVCC an? Die Pegelanpassung in Richtung zum RaspPi machst du per Spannungsteiler - das sollte funktionieren, zumindest wenn die SPI-Frequenz nicht zu hoch wird. Aber auf dem DAC-Board (DC2196A) ist ein LTC2666 verbaut. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/2666fa.pdf Der will als input Pegel 0,8*IOVcc sehen, damit er sicher high erkennt. Mit einer 5V Versorgung wären das 4V, und das kannst du mit den IOs des RapPi nicht sicherstellen. Die Schaltung kann also funktionieren, aber es kann auch sein, dass die Kommunikation zum DAC fehlschlägt, weil er die High-Werte nicht richtig erkennt. Dass das ganze auf dem Steckbrett klappt, ist schon mal gut. Aber du hast bei dieser Wahl der Logikpegel keine Garantie, dass es immer klappt. Kann z.B. sein, dass der DAC nicht mehr richtig reagiert wenn es mal ein bisschen wärmer oder kälter wird. Du versorgst deine OPV mit single supply (also nur mit GND und +15V)? Dann kann er Spannungen zwischen 0V und 2,5V nicht korrekt bearbeiten. Ansonsten: wenn du schon weißt, was an deine Analogausgänge angeschlossen wird, dann kannst du die guten Gewissens direkt mit dem OPV verbinden. Wenn du das noch nicht weißt und es vorkommen kann, dass dort "seltsame Lasten" angechlossen werden (z.B. auch kapazitive Lasten), dann würde ich im Normalfall einen "Sicherheitswiderstand" zwischen OPV und Klemme schalten (z.B. 50Ohm). Du hast dann natürlich keinen niederohmigen Ausgang mehr (sondern einen 50Ohm Ausgang), aber es wird auch wesentlich unwahrscheinlicher, dass der OPV durch unerwartete Lasten zum Schwingen gebracht oder zerstört wird.
Hallo Achim S. schrieb: > Meinst du das mit Vin, > d.h. legst du 5V an IOVCC an? ja, das ist etwas unsauber bzw. ungünstig von mir ausgearbeitet. Achim S. schrieb: > Die Pegelanpassung in Richtung zum RaspPi machst du per Spannungsteiler > - das sollte funktionieren, zumindest wenn die SPI-Frequenz nicht zu > hoch wird. Da ich schon bei 5Mhz schnell genug meine Daten bekomme muss ich nicht viel höher gehen. Achim S. schrieb: > Der will als input Pegel 0,8*IOVcc sehen, damit er sicher high erkennt. > Mit einer 5V Versorgung wären das 4V, und das kannst du mit den IOs des > RapPi nicht sicherstellen. Die Schaltung kann also funktionieren, aber > es kann auch sein, dass die Kommunikation zum DAC fehlschlägt, weil er > die High-Werte nicht richtig erkennt. Ja das stimmt. Was wäre wenn ich einen 74HC4050 (https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/74HC4050.pdf) IC nutze. Schnell genug scheint er zu sein mit typical 10ns propagation delay. Achim S. schrieb: > Du versorgst deine OPV mit single supply (also nur mit GND und +15V)? > Dann kann er Spannungen zwischen 0V und 2,5V nicht korrekt bearbeiten. Auch das ist meine Schuld. Ich habe den OPA4134 nur aufgrund des SO14 footprints verwendet. Ich hatte eigentlich einen anderen OPA der bis auf 0V ging. Entschuldigung! Ich sollte mir angewöhnen trotzdem den Namen der ICs zu ändern. Ich habe ihn nun auf deine Bemerkung hin entfernt. Das spart Platz und Lötaufwand. Und ja die Last kenne ich ziemlich genau. Der LTC26666 liefert außerdem mehr als genug Strom.
Dieter J. schrieb: > Warum benötige ich einen Klinkenstecker für die BT Box? Damit diese nicht über Funk galvanisch getrennt ist. Bei dem Experiment handelt es sich um einen Störungsweg durch die kapazitive Kopplung durch die beiden Netzteile, die sich summieren. Als paarweise Differenzmesskanäle verwendet, können solche Störungseinflüsse oft verkleinert werden.
Danke für die Antwort. Ich höre aus deinem Hinweis das Problem mit den zwei Netzteilen. Ein Netzeil für alles wäre definitiv besser. Ich könnte einfach einen Stepdown Regler für die Spannungsversorgung des PIs nutzen. Also einen 5V Traco mit 2-3A. Damit hätte ich insgesamt nur noch eine einzige Spannungsquelle. Hätte das positiven Einfluss auf den jetzigen Aufbau?
> Ich bin selbst kein Elektrotechniker und habe dementsprechend kaum
Erfahrung auf dem Gebiet.
Gibt es irgendwelche Anforderunden an die Sensorik ausser Keine ?
Dann wuerd ich's sein lassen.
Hallo, nein bis auf die oben genannten gibt es keine genauen Angaben. Je sauberer die Signale desto besser. Aber so umgeschlagen: Drucksensoren wenn sie unter 10mV rauschen ist das schon vollkommen in Ordnung. Kraftsensoren idealerweise unter 5mV. Aber generell muss nichts unter 5mV wirklich liegen. Es geht bei den Sachen nicht um die Präzision. Leider ist sein lassen keine Option. Sonst macht es keiner. :(
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So, ich habe den Schaltplan nun überarbeitet. Im Layout habe ich nun alles markiert und beschrieben. Ich habe nun ein gesamtes GND erstellt, weil mir kein besserer Weg einfällt AGND und DGND zu trennen bzw. sie zu separieren. Den Raspi versorge ich nun auch über die Platine, um das Problem mit den sonst auftretenden mehreren Massen zu umgehen. Links habe nun also die digitalen SPI Signale und die Spannungsaufbereitung und rechts die Messeingänge. Die SPI Geschwindigkeit versuche ich so gering wie möglich zu halten. Eigentlich müssten mir schon 5Mhz gut reichen.
Du kannst den PI Problemlos über die Pfostenleiste Mit den 5V versorgen. Du brauchst kein extra Kabel dafür. Ich mache das bei meiner Wildkamera mit PI Zero auch, das geht aber mit dem Normalen RPI auch. Du solltest dafür aber alle verfügbaren 5V Pins der Steckerleiste anschalten. https://gitlab.com/amesser-group/electronic-devices/rpi-birdcam/-/blob/master/doc/graphics/schematic-r1.pdf
Danke für den Tipp. Die Idee werde ich mir merken.
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Dieter J. schrieb: > Ich höre aus deinem Hinweis das Problem mit den zwei Netzteilen. Andreas M. schrieb: > Du kannst den PI Problemlos über die Pfostenleiste Mit den 5V versorgen. Wenn das Rauschen zu hoch sein sollte, dann kannst Du mit dem Tipp von Andreas beide Geräte/Platinen an ein Netzteil hängen. Und wenn das nicht ausreichend hilft, gibt es noch diese Möglichkeiten: Beitrag "I²C galvanisch trennen" https://www.elektronikpraxis.vogel.de/isolierte-spi-kommunikation-leicht-gemacht-a-815723 Beitrag "ADE7758 - SPI galvanisch von µC trennen"
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