ich muss ein 0 bis 13,7V Analog Signal für einen 3.3V Eingang (Teensy 3.5) anpassen.
Das Signal kommt von einem Wassertemperatursensor aus einer Kfz Motorsteuerung - soll daher so wenig wie möglich belastet werden.
Gleichzeitig soll der AnalogIn zumindest grundlegend geschützt werden.
Spricht etwas dagegen das so wie im Anhang umzusetzen ?
Passt die Dimensionierung von R2 und R3 ?
Wieviel Strom soll / muss in den AnalogIn fließen ?
Es kommt eher auf den Quellwiderstand vorm ADC an. Und
dazu guckt man in das Datenblatt des µC auf dem Modul, was das so
vorschlägt.
Das Datenblatt des µC kann über den Quellwiderstand wenig sagen. Das kennt den Spannungsteiler nicht.
So ein ADC ist eine ziemlich dynamische Last, da bei Kanalumschaltung des Multiplexers und bei der Abtastung Kapazitäten umgeladen werden müssen.
Um die Quelle, also hier den Spannungsteiler, für diese dynamische Belastung niederohmiger zu machen, ist der Kondensator am ADC-Pin unbedingt zu empfehlen. Außerdem hilft der gegen ESD und andere Störungen aus dem Bordnetz.
Etwas doppelt gemoppelt, denn Clamping-Dioden sind normalerweise schon in den neuzeitlichen µControllern verbaut und in einem Standardarduino mit ATMEGA328P wird es wohl so sein – man kann auch mit einem handelsüblichen Messgerät auch nachmessen, ob sie tatsächlich vorhanden sind und wie sie ungefähr beschaffen sind (Vorwärtsspannung). Wenn man zusätzliche, externe Dioden anschließt, werden sowieso zuerst die leiten bzw. größtenteils den Strom umleiten, die eine geringere Durchflussspannung haben, und das können dann trotzdem die internen und nicht die extra angeschlossenen, externen sein, obwohl die Absicht oder der Plan ein ganz anderer war – d.h. man müsste z.B. mit Schottkydioden arbeiten, um tatsächlich den Eingang des µC diesbezüglich zu entlasten/entkoppeln, was die wenigsten wissen. Bei Schottkydioden baut man sich allerdings eine erhebliche Kapazität ein, was bei dieser Schaltung aber kaum eine Rolle spielen dürfte bzw. man sollte hier vielleicht sogar einen Kondensator am Knotenpunkt R2/R3 oder sogar am µC-Eingang gegen Masse einbauen, um bessere Messergebnisse zu erhalten.
Den Spannungsteiler R2/R3 würde ich persönlich deutlich niederohmiger gestalten und zwar so, dass hier 1-3mA bei Maximalspannung zur Masse fliessen würden, und den Wert von R1 auch deutlich verkleinern, z.B. auf 1kΩ, oder den Widerstand sogar ganz weglassen.
Wenn das in einem Kraftfahrzeug, Boot etc. mit Verbrennungsmotor (insbesondere Benziner) verbaut ist, sollte man Filter- und Schutzmaßnahmen im Bereich der Sannungsversorgung und sonstigen Signalsträngen, die mit der Schaltung in Kontakt treten, in Erwägung ziehen, sonst kommt das Ende womöglich schneller als man das Arduinoprogramm geschrieben und ausgiebig getestet hat. Nur Kondensatoren dafür einzusetzen, wird wahrscheinlich nicht immer ausreichen bzw. den nötigen, sicheren und dauerhaften Schutz für den OP-Amp und Arduino gewährleisten – das muss dann aber schon jeder selbst abwägen, was und wie er es macht; und die nicht benötigen Eingangspins der OP-Amps, falls mehrere Amps in einem IC verbaut sind und nicht gebraucht werden, sollte man auch nicht floaten lassen, sondern mindestens so beschalten wie es in den meisten Datenblättern vorgeschlagen wird, wenn man sonst keinen eigenen Plan hat, wie man die Pins beschalten sollte.
Nachdem am Analogeingang nur –0.3 VDD+0.3 angegeben ist und 25mA nur für die Digitalpins gelten, schlage ich statt 1N4148 Schottkydioden wie BAT54 oder BAT41/43/46/48 vor.
Wenn man den ADC Bereich etwas verkleinert, könnt man R2 splitten und die Dioden auf einem etwas höheren Level anschließen.
@Gregor:
mit R2 = 1,16 K und R3 = 47k würden sich 2,844mA bei knapp 3.3V ergeben
für R3 müsste es dann schon ein Widerling mit mehr als 0,25 W
(0,383 W) werden.
R1 würde ich dann mal mit 1k vorsehen.
Was für ein Kondensator, in welcher Größe sollte am AnalogIn verwendet
werden ?
100 nF ? Keramik ?
Das ganze Projekt soll übrigens ein RealDash Fahrzeugtacho werden.
mit R2 = 1,16 K und R3 = 47k würden sich 2,844mA bei knapp 3.3V ergeben
für R3 müsste es dann schon ein Widerling mit mehr als 0,25 W
(0,383 W) werden.
Ich glaube, hier hast Du Dich vertippt und/oder grundsätzlich etwas falsch gerechnet. Man kann den Spannungsteiler deutlich niederohmiger gestalten und trotzdem eine adäquate, vernachlässigbare Verlustleistung an den Widerständen hinbekommen, selbst mit 2,8mA oder 5mA als Flussstrom Richtung GND würde es gehen. Einfach nochmal in Ruhe nachrechnen oder sagen, wie Du es gerechnet hast.
@Gregor:
mit R2 = 1,16 K und R3 = 47k würden sich 2,844mA bei knapp 3.3V ergeben
für R3 müsste es dann schon ein Widerling mit mehr als 0,25 W
(0,383 W) werden.
Der Gesamtwiderstand läge damit bei über 47kOhm, d.h. mehr als 4mW wird da bei 13.7V insgesamt nicht verheizt.
Was für ein Kondensator, in welcher Größe sollte am AnalogIn verwendet
werden ?
100 nF ? Keramik ?
Kann man nehmen, das Signal (Wassertemperatur) ändert sich ja hinreichend langsam. Wichtig ist dass die Zeitkonstante (R * C) zu dem gemessenen Signal passt, bei effektiv 20 kOhm und 100 nF kommt man z.B. auf eine Zeitkonstante von 2 Millisekunden, sollte also passen.
Zum Thema Dioden: Wenn der µC eingebaute Clamping-Dioden hat (Datenblatt lesen oder per Multimeter prüfen) dann kann man die ohne weiteres für 1 mA verwenden, manche Hersteller spezifizieren auch einen höheren Strom (z.B. 10 mA), bei dem 47k Vorwiderstand sehe ich da keinen Grund warum man überhaupt eine externe Diode brauchen sollte.
Wie schon gesagt wurde, R1, D1, D2 sind überflüssig, da wirkungslos.
Beim LM324 ist zu beachten, daß seine Versorgung über dem Eingangsbereich, liegen muß, also bei 0..13,7V sollten es -0V und +18V sein. Genaue Werte stehen im Datenblatt als "Common-mode voltage". Und muß man wirklich bis 0V am Ausgang haben, braucht man auch eine negative Versorgung.
Im KFZ ist aber alles eh niederohmig, da würde ich den weglassen. 62k Last sollten kein Problem sein.
Ein 100nF am ADC-Eingang nehme ich auch oft als Stütze für den internen S&H-Kondensator des ADC. Da sind dann selbst 1MΩ Quellimpedanz kein Problem.
Typisch läßt man dem ADC etwas Headroom, d.h. R2 besser 51k oder 56k.
Es kommt eher auf den Quellwiderstand vorm ADC an. Und
dazu guckt man in das Datenblatt des µC auf dem Modul, was das so
vorschlägt.
Das Datenblatt des µC kann über den Quellwiderstand wenig sagen. Das
kennt den Spannungsteiler nicht.
Das muß den Spannungsteiler nicht kennen (dessen Aufbau). Das DB hat aber oft/meistens/immer irgendwelche Empfehlungen, wie der resultierende Quell-R max. sein sollte, ...
So ein ADC ist eine ziemlich dynamische Last, da bei Kanalumschaltung
des Multiplexers und bei der Abtastung Kapazitäten umgeladen werden
müssen.
... eben damit diese internen C schnell genug nachgeladen werden können.
Was für ein Kondensator, in welcher Größe sollte am AnalogIn verwendet werden? 100 nF? Keramik?
Es kommt darauf an, wie schnell sich das Signal ändert und wie oft man pro Sekunde den Wert mit dem A/D-Wandler messen will, aber da es sich hier um die Wassertemperatur handelt, wird die Änderung der Temperatur wohl sehr langsam erfolgen und da eine Abtastung von mehr als 10 mal pro Sekunde dann sowieso Unsinn wäre, sollten diese 100nF passen. Real testen, ob es gut funktioniert oder angepasst werden muss, wird man es aber trotzdem müssen.
Ich hoffe das damit dann auch die wichtigsten Filter- und
Schutzmaßnahmen gleich mit abgedeckt sind...
Es kommt drauf an, wie gut es designt wurde und ob es dann diese 80 Euro wert ist – ich würde mir diese 80 Euro sparen und für 5-15 Euro etwas selbst bauen, bei dem ich dann ganz genau wüsste, dass der nötige Schutz wirklich vorhanden ist, aber ich habe den großen Vorteil, dass ich es kann. Für Leute, die es nicht können, bleibt gewöhnlich nichts anderes übrig als zu bezahlen und zu hoffen, das so ein Ding das hält, was einem beim Kauf – oft einfach auch als Werbung, um den Preis anzuheben und den Absatz anzukurbeln – versprochen wurde.
Das ist das eine, das andere Problem ist, dass Du anscheinend ja gleich zwei unterschiedliche Spannungsquellen brauchst – einmal eine höhere Spannung für den OP-Amp und dann auch noch eine für Deinen Arduino. Solltest Du tatsächlich den LM324 nehmen wollen, wirst Du den leider mit mindestens 15,2 bis 15,7V versorgen müssen, um am Ausgang (und am Eingang auch) die 13,7V erreichen zu können. Dadurch wirst Du dieses Netzeil auf 18V Ausgangsspannung einstellen müssen, sofern es denn tatsächlich ein SEPIC-Konverter ist und es auch kann. Den Arduino (welchen von den vielen überhaupt?) musst Du dann auch noch irgendwie mit Spannung versorgen – wie sieht dein Dein Plan diesbezüglich aus?
Dieser Online Rechner spuckt scheinbar teilweise falsche Werte aus...
habe mich auch schon über die Werte gewundert...
und hätte das ja auch mal selber nachrechnen können...
Danke für den Hinweis !
mit R2 = 1,5k, R3 = 4,75k ergeben sich 3,29 V bei 2,19mA
bei R3 = 5.1k sind`s 3,11V und 2,08mA
bei R3 = 5,6k wären es dann 2,89V bei 1,93mA
===
Zentrale Stromversorgung DCDC USB:
die ist vor allem deshalb sehr interessant da die eine USV Funktion hat.
Tacho / RealDash zB starten wenn Tür geöffnet wird, kontrolliert nach voreingestellter Zeit herunterfahren wenn Zündung ausgeschaltet wird...
An Hardware werkelt im Tachoprojekt ein "Raspi" Radxa Rock5B 8GB mit einer Samsung 256GB M2 NVMe zusammen mit einem nicht so ganz kleinen Display.
Auf dem Basteltisch wird das zZ noch über ein 12V 6A Netzteil versorgt.
Der Rock5B läuft mit Linux Armbian 23.11.1
Da der alte Tacho ersetzt werden soll brauchts leider nicht nur 2 verschiedene Spannungen... so ähnlich wie im Anhang könnte das dann aussehen.
12V für Rock5B und Display
10V für den Tankgeber (kam bisher vom alten Tacho)
5V für den Teensy 3.5
3.3V für den OK PC 817 (für die Digitalen Eingänge am Teensy)
Dazu käme dann noch die Versorgung für den LM 324...
13,7V wäre da nur das theoretische denkbare Maximum.
Mein Bauchgefühl sagt mir da eher was von 10V oder weniger...
Hier kommts wirklich drauf an was der Wassertemperatursensor tatsächlich max für Spannungswerte ausgibt (noch nicht gemessen).
Würde etwas dagegen sprechen die verschiedenen Spannungen dann per Spannungsteiler nach dem DCDC USB zu realisieren - oder doch besser mit zusätzlichen DCDC Wandlern ?
Viel Spaß beim Kaufen. ;-) Nimm bitte nen kleineren (1k), dann gehst Du auch nicht bis ans Ende des nominellen Eingangsspannungsbereichs (der Bereich, in dem der ADC noch nicht in den Überlauf geht).
Dieser Online Rechner spuckt scheinbar teilweise falsche Werte aus...
Das ist eigentlich so trivial, dass man gar keinen Online-Rechner braucht. I=U/R und P=I*U reichen als Formeln dafür vollkommen aus, den Rest tut dann der handelsübliche Taschenrechner. Es wird verdammt eng, wenn man 'große Pläne' hat, aber den Spannungsabfall an zwei in Reihe geschalteten Widerständen und die damit verbundene Leistung nicht berechnen kann.
Im Anhang Dein nochmal neuer Schaltplanauszug – ja, ist jetzt schön niederohmiger, nur glaube ich, dass Du dieses mal die Widerstände R2 und R3 miteinander vertauscht hast – damit könnte man den Arduino jetzt tatsächlich einfach nur mit dem Ausgang des OP-Amps plattmachen.
__
Ralf F. schrieb im Beitrag #7622937:
Würde etwas dagegen sprechen die verschiedenen Spannungen dann per
Spannungsteiler nach dem DCDC USB zu realisieren (...) ?
nur glaube ich, dass Du dieses mal die Widerstände R2 und
R3 miteinander vertauscht hast – damit könnte man den Arduino jetzt
tatsächlich einfach nur mit dem Ausgang des OP-Amps plattmachen.
Oh - danke für den Hinweis, ja stimmt, die sind vertauscht...
10,4 V am AnalogIn wären dann doch etwas arg viel.
Würde etwas dagegen sprechen die verschiedenen Spannungen dann per
Spannungsteiler nach dem DCDC USB zu realisieren (...) ?
Ja, das Ohmsche Gesetz.
Baue ich mir mit den nach den Spannungsteilern nachgeschalteten Gerätschaften dann doch ungewollt einen belasteten Spannungsteiler zusammenbauen (hatte ich fast vermutet, war mir aber nicht so ganz klar) ?
Was wäre die Alternative ?
Doch nach dem DCDC USB weitere StepDown Wandler für jede benötigte Spannng verwenden - oder ganz anderer Ansatz ?
Man nimmt dafür – seit Jahrzehnten schon – Spannungsregler – je nach benötigter Leistung wahlweise lineare oder getaktete Regler. Um das adäquat einschätzen zu können, benötigt man aber wieder den sachgemäßen Umgang mit den schon oben genannten Formeln. Für ganz kleine Ströme könnte man etwas mit OP-Amps basteln, falls noch welche aus dem 'LM324' übrigbleiben würden, nur ist das als guter Entwurf aber deutlich „komplizierter” als der übliche Spannungsteiler, mit dem Du hier bereits mehrfach überfordert wurdest und anscheinend immer noch bist, da Du diese als Spannungsversorgung für andere Teile nehmen wolltest. Wie ich schon oben sagte – es wird verdammt eng, etwas in Elektronik und µProzessortechnik zu entwickeln oder zumindest miteinander richtig zu verschalten, wenn einem die Grundlagen fehlen, und hoffe für Dich, dass Du zumindest programmiertechnisch besser unterwegs bist, aber dafür muss die Elektronik erstmal auf den Beinen stehen und hier ist das momentan nur eine schöne Idee und Schwärmereien im Kopf. Und wo wir bei Kfz-Sachen sind – es gibt noch die Straßenverkehrsordnung und Gesetze, mit denen man durch Umbauten in Konflikt gerät, spätestens beim nächsten TÜV-Besuch wird es in der Regel auffallen, sofern alles nicht von vornherein abbaubar konzipiert, wieder abgebaut und/oder teilweise unter den Armaturen/Verkleidungen versteckt wird. Das gilt zumindest für die öffentlichen Straßen, auf dem Privathof der Tante darf man auch nur auf Felgen fahren, wenn einem danach ist.
Falls man keine Fachbücher hat oder genossen hat, geht es oft auch mit Wikipedia, aber lesen, rechnen und vor allem üben/nachbauen/messen muss man in beiden Fällen schon selber:
Der Spannungsteiler wird einen leider fast überall in der Welt der Elektronik verfolgen, auch fast alle Spannungsregler sind davon betroffen und beinhalten einen externen oder intern schon verbauten Spannungsteiler, mit dessen Hilfe dann die Ausgangsspannung eingestellt werden kann; und das Ohmsche Gesetz – in allen drei Formen nach Umstellung der Formel – kommt sowieso immer wieder vor, damit kann man in der relativ einfachen Welt des Durchschnittsbastlers oder -tüftlers aber auch fast alles berechnen und erledigen. Und mit einem Standardmessgerät (Multimeter für 20 Euro) kann man auch fast alle handelsüblichen Geräte im Schadensfall überprüfen und reparieren, sofern eine Reparatur überhaupt möglich ist oder vom Aufwand her noch Sinn macht. Viele Leute haben sich Geräte für Tausende von Euros in die eigenen Regale gestellt, teilweise um damit auch anzugeben, wissen aber oft nicht einmal, wie man diese richtig bedienen und nutzen kann, oft wird auch einfach nach dem Motto „Hauptsache man hat sie und ist en vogue” eingekauft.
PS: die Widerstandswerte des Spannungsteilers muss man nicht krampfhaft exakt mit zwei Nachkommastellen haben, denn später im Programm macht man ja eh eine Berechnung und kann das dort problemlos anpassen; meistens muss man auch noch eine generelle Kalibrierung des Einzelstücks duchführen, die dann in diese Berechnung einfließen wird oder einfließen muss – wichtig bei all diesen Dingen ist nur, man muss wissen, was man da tut
schlage ich statt 1N4148 Schottkydioden wie BAT54 oder BAT41/43/46/48 vor.
Ich schlage da eher "Low Leakage Dioden" vor, dass nicht schon der bei Schottkydioden sehr hohe und zudem temperaturabhängige Leckstrom die Messgenauigkeit zunichte macht.
Das ADC Datenblatt möchte einen Quellwiderstand <5kR.
Er will eine Quellimpedanz von <5kOhm. Und die kann man mit dem erwähnten zusätzlichen Kondensator erreichen. Die Datenblattwerte wurden mit 8 Ohm errreicht und die für die DB-Werte nötig Zeitkonstante mit <1ns erscheint mir für reale Anwendungen gewagt.
1-10nF sollten das lösen.
1nF ist zu wenig. Wenn der Samplingkondensator 4..10pF hat, sollte für 10 Bit (= 1024 Incremente) mindestens ein Kondesator mit 1024-fach höherer Kapazität davorgeschaltet sein, also 10nF aufwärts.
ich muss ein 0 bis 13,7V Analog Signal für einen 3.3V Eingang (Teensy
3.5) anpassen.
In dieser Anwenung hier würde ich keinen LM324 einsetzen, sondern direkt die Spannung des Versorgungsnetzes nehmen. Und dann den Spannungsteiler für einen Messbereich von 0..20V ansetzen. Dann ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass die obere Klemmdiode "zuschlagen" muss.
Baue ich mir mit den nach den Spannungsteilern nachgeschalteten
Gerätschaften dann doch ungewollt einen belasteten Spannungsteiler
zusammenbauen (hatte ich fast vermutet, war mir aber nicht so ganz klar)
?
Im Grunde ist jeder Spannungsteiler irgendwie belastet, denn sonst ist es nur ein simple Widerstands-Reihenschaltung. Insofern ist es nicht schlimm, dass der belastet ist, solange man die Belastung kennt und ihre Auswirkungen einplanen kann.
Was wäre die Alternative ?
Zur Spannungsversorgung nimmt man Spannungsregler. Linear oder getaktet.
?
Bitte nicht Plenken. Ein Satzzeichen hat keine eigene Zeile verdient!
