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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik AD Wandler am ATMeGA 16


Autor: Bernhard Gleich (Gast)
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Hallo,

bin Neuling an dem AVR und brauche einen Tip.

Ich muss die eine mit dem AVR messen (die über einen 50 - 70 Kiloohm
Widerstand abfällt). Kann ich den PortA direkt anschließen oder
brauchts da noch eine OpAmp Stufe davor ?? Die Interne Refernzquelle
ist 2,56 V, stimmt das ? Gibt es etwas zu beachten bei der Verwendung
des AD-Wandlers ??

Danke
B.,

Autor: Ratber (Gast)
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?????????

Sorry aber dein Text ist etwas konfus.

Ich vermute du willst ne Spannung messen.

Ist se zwischen 0 und 5V (bzw. zwischen 0 und Referenzspannung wenn du
eine angegeben hast) dann direkt.

Höhere lassen sich prima mit nem Spannungsteiler (2 Widerstände)
passend runterteilen (Muß dann noch umgerechnet werden)

Bei hohen Spannungen mußte allerdings aufpassen und am besten Trennen.

Das ganze gilt erstmal für Gleichspannung.

Bei Wechselspannung wirds komplexer da ein gleichrichter oder genauer
ein Messgleichrichter fällig ist.



Es wäre hilfreich wenn du dich genauer darüber auslassen könntest was
du vor hast.

Autor: Bernhard Gleich (Gast)
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Ja Danke erstmal,

ich gebe zu das ist etwas (oder auch etwas mehr) konfus gewesen. Also
machen möchte/muss ich folgendes :

- ich schalte eine 1 kHz, Sinusspannung, Amplitude ca. 1 V über einen
50 K Schutzwiderstand auf eine Oberflächenelektrode (wie EKG). Der
Sinusgenerator hat einen Innenwiderstand von ebenfalls 50 K. Klebt nun
die Elektrode korrekt auf dem Körper so liegt
t (unter Vernachlässigung des Körper und Elektrodenwiderstandes) an dem
Schutzwiderstand (der ja mit dem Generatorwiderstand einen
Spannungsteiler realisiert) ca. 500 mV an. Genau diese Spannung möchte
ich nun an dem AD-Wandler messen und je nach Spannungswert entscheiden
ob die Elektrode gut klebt.

Nachdem nun diese Spannung gleichgerichtet wurde soll sie eben an dem
AVR gemessen werden. Und hierzu die Frage, kann diese 500 mV * 1,41 =
700 mV direkt an den Eingang anlegen ? Ich hatte ursprünglich an den
eingebauten Comparator gedacht, aber ich brauche ja leider sechs
kanäle.

(Wechselspannung deswegen, da es dann möglich sein wird die Impedanz
des Körpergewebes zu berechnen)

Hoffentlich war das jetzt weniger konfus, aber der AVR ist für mich
noch ein Buch mit 96 Siegeln (immerhin  klappt schon die Relais und
LCD-Ansteuerung :):))

Autor: Ratber (Gast)
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Yo,auffem AVR bin ich auch noch neu aber ich bastel seit einigen
Jöährchen so das meine Probleme eher die Der Information und
Orientiereun sind.
Mit Der Soft hab ich da erstmal weniger Theater.


Zum Thema:

Am AD-Port sind zunächt erstmal nur Spannungen zwischen Masse und Vref
bzw. Vcc (5V) zulässig.

Da es dir ja nur um den "Kontaktwiderstand zwischen Elektroden und
Körper geht und die Eingangsgröße bekannt und Fest ist dürfte das recht
einfach zu lösen sein.

Der Wandler ist für Wechselpsannungen ungeeignet und wür Schwankende
Signale (Wechselspannung mit Positiven Offset) mit höherer Frequenz
ebenfalls.

Um die 1Khz vernünftig erfassen zu können wären also pro Phase schon
mindestens 8 Messungen nötig wobei diese auch Synconisiert werden
müßten.

Vom Rechenaufwand ganz zu schweigen.(Alles grob geschätzt und in den
Topf geworfen)

Einfacher wäre es mit nem Meßgleichrichter aus dem Signal eine
Proportionale Gleichspannung zu machen die dann problemlos mit dem AVR
gemessen werden kann.

Da bei 5V Messbereich am AVR 1V eine glatte Verschwendung der Auflösung
ist setzt man noch einen OP-Amp mit Fester und genauer Verstärkung
dahinter um das Signal auf die Maxcimalen (5V) aufzublasen.

Natürlich hängt der Faktor davon ab welche Maximale Spannung du zu
erwarten hast.

Soll es nur bis 500mV gehen dann ist der Faktor erstmal grob bei
5V/0.5V=10

Sollen noch Spannungen bis 750mV erfasst werden dann eben 5V/0.75V=6.66
(Periode).

Das wqar alles etwas Grob aber in Etwa kann man es so machen.
Natürlich kommen noch Themen wie "Sicherheit" bei Medizinischen
Geräten usw. dazu.Auch die Filterung ,Mittelung,Körperspannungen (Wir
sind ja ne gute Antenne)sollte berücksichtigung finden.

Aber für den Selbstversuch mit Steckgerät (Besser Batterie)am Unterarm
soll das erstmal reichen.

Kommt das eher in deine Richtung ?

Autor: Bernhard Gleich (Gast)
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Also danke erstmal,

schade dass der Atmel zu langsam für das kleine Kiloherz ist. Der
Messverstärker, an den habe ich auch schon gedacht. Ich stelle das mir
so vor : Gleichrichter aus OpAmp, wobei der Eingang als Summierer
ausgeführt wird (ein Eingang an Signal, die anderen fünf auf Masse -
und dann der Reihe nach durchschalten). Müsste doch gehen, was meinst
Du ?

Zur Sicherheit : ist das geringste Problem, wir wollen den Verstärker
sowieso TÜV Zulassen, und daher ist dies eines der geringeren Probleme
(dabei haben wie Erfahrung, was wir und speziell ich nicht von den AVR
sagen können - der AVR klang halt sehr gut, einfach zu programmieren
und handzuhaben)

Dieser Elektrodentest ist ein Wunschtraum unserer Ärtze, und was die
Halbgötter in Weiß wollen das tun wir armen kleinen Techniker halt
:):):)

Autor: Ratber (Gast)
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Zur Wandelrate des ADC's hab ich mich oben schon weit rausgelehnt Also
erstmal einen genaueren Blick ins Datenblatt.

Als Wandelzeit sind 65-260µs angegeben.
Das wären im Idealfall 1/65µs=15384 Wandelungen die Sekunde was sich
erstmal gut anhöhrt.

Wenn sich diese Rate bei 10-Bit auflösung stabil halten läst dann haste
immerhin knapp 15 Messungen die periode.(Ich gehe mal grob davon aus
das jede Elektrode einzeln "duchgemessen" wird.)

Die Synchronisation (Man will ja schließlich die Spitzenspannung genau
erfassen) ist allerdings eine andere Sache.
Ob das so einfach geht weiß ich nicht.

Dann müssen die gewandelten Daten auchnoch schnell genug ausgewertet
werden ohne die messungen zu beeinflussen.

Wie man sieht läuft es drauf hinaus das ganze zu Synchronisieren.

Aber mal von alldem abgesehen hab ich dich so verstanden das es "nur"
auf den Übergangswiderstand ankommt.
Ich vermute mal (Bin kein Mediziner sondern Elektriktrick also ergehe
ich mich in Vermutungen weil ich es nicht genau weiß.) das eine
Gleichspannungsmessung aufgrund Gchemischer veränderungen in der Haut
eine relativ schnelle verschiebung des Hautwiderstandes verursachen
würde und damit ausfällt.(Ähnlihc dem versuch einen
Kondensatorinnenwiderstandes mit Gleichspannung zu messen.)

Die Anfallende Wechselspannung aus dem oben von dir angegebenen
Widerstandsnetzwerg gibt also auskunft über die güte der Verbindung der
Elektrode mit der Haut.

Es würde also nix dagegen sprechen dieses Signal mit einem
Präzisionsgleichrichter in ein Equvalentes Gleichspannungssignal
umzuwandeln und dann in aller ruhe und ohne Probleme mit dem AD-Wandler
des Controllers auszuwerten.
Da der Mega16 eine Externe Referenz ermöglicht ist das auch
unkompliziert und nicht Zeitkritisch umzusetzen.

Allein die Störanfälligkeit und Konstanz des Wandlers müßte man
Prüfen.

Ich bastel derzeit auch am AD-Eingang vom Mega16 rum um zu sehen wie
genau und Konstant er Arbeitet (Anpassung eines Magnetfeldsensors da
ich ja jetzt 10 statt 8-Bit Auflösung habe) Also kann ich den Abstecher
auch noch machen.

Dazu habe ich noch ne Frage zu deinem Modell.

Wenn ich richtig verstehe haben wir einen Generator 1Khz
Sinus/1Vss(oder eff ?) mit 50Kohm Innenwiderstand (Ri).
Danach einen weiteren 50Kohm Widerstand (Rm . m für Messwiderstand)und
dann die Elektrode.
Die Gesuchte Größe ist ja der Übergangswiderstand zur Haut (Rh)

(Was jetzt kommt ist unter der vorraussetzung das ich dich richtig
verstanden habe)


Soweit so gut.nur geht das signal ja noch weiter.
Es folgt der Körperwiderstand (Der ja eben nicht fest ist) und
irgendwann müssen wir ja den Keis zum Generator schließen.

Wenn ich für den Körperwiderstand mal Rk (k=Körper) annehme und vorerst
einen beliebeigen Wert (Zum Rechnen) einsetze dann ergibt sich
insgesammt ein Spannungsteiler von Ri+Rm+Rh+Rk bei dem du zwischen Ri
und Rm die zu messende Größe abgreifen willst.

Also egal welchen wert Rh und Rk annimmt kannste die 500mV am meßpunkt
(Mp) schonmal knicken und da Rh+Rk bei jedem Patienten erstmal
unbekannt ist kann die Spannung an Mp nicht definiert werden.

Mal so einfach gesehen kann der einzelne Elektrodenwiderstand nicht
ermittelt werden da der unbekannte Körperwiderstand das ganze Modell
zum Kippen bringt.

Was mir so im Hinterkopf dazu rumgeht ist vieleicht ne art
Vierleitermessung aber überschlägig im Kopf stoße ich immer wieder an
die selbe Grenze.Nämlich die unbekannten Rh und Rk.
Zwei in einer Kette sind einer zuviel.

Den Patienten quasi erstmal Elektrisch zu vermessen ist wegen dem dann
unbekannten Rh auch wieder nicht möglich.

Öhm,moment.
.
..
...
....
.....

Hmm,also entweder hab ich mich gerade tierisch verrant oder ich finde
derzeit keine Lösung (Kann auch an der Uhrzeit liegen).

Ok,ich lasse das erstmal so als Gedankengang stehen.
Vieleicht kommt der Geistesblitz irgendwann wieder denn Irgendwie kommt
mir das Szenario bekannt vor und mir fälllt nur nicht ein woher.


Ratber

Autor: Bernhard Gleich (Gast)
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Hi Rather,

danke für den doch recht langen Text. Also gegen Gleichrichter spricht
eigentlich nur dass ich sechs Elektroden habe und somit auch sechs
Gleichrichter brauche.

Die Ausführung bezüglich Gleichstrom/Wechselstrom ist soweit korrekt,
der Körperwiderstand und der Elektrodenwiderstand , besser die Impedanz
kann als Parallelschaltung von R und C aufgefasst werden, wobei
vermutlich die Kapazität überwiegt.

Der Elektrodenwiderstand ist dann aber bekannt, der kann vermessen
werden, also bleiben nur der variable Körperwiderstand übrig.

Der Generator liefert, so wird dieser zumindest dimensioniert, 1 V
Amplitude, Sinusförmig f = 1 kHz. Der Gernator hat einen Widerstand Ri.
Der Spannungsteiler würde dann so aussehen. (Die 50 Kiloohm Widerstände
sind die Schutzwiderstände in den Elektrodenzweigen). Der
Elektrodenwiderstand wird vernachlässigt (die sind mit entsprechendem
Kontaktgel sehr gut). Würde der Elektrodenwiderstand zu groß würde man
auch nur eine sehr kleine Spannung messen können, was sowieso eine
Fehlermeldung (schlecht befestigte Elektroden) zur Folge hätte

    +5V
     |
     Ri (100k)
     |
     |____>AD
     |
     |
     Rs (50k)
     |
     |
     Rk
     |
     |
     Rs (50k)
     |
   Masse
Bei der Messung geht es primär nicht darum den Körperwiderstand zu
vermessen sondern nur zu entscheiden ob eine Verbindung vorhanden ist.
Ich stelle mir das so vor

U(ad) = (Ri/(Rk+2*Rs))*5V ist diese Spannung kleiner als eine untere
SChranke, sagen wir 300 mV so ist die Elektrode zu schlecht befestigt.


(Als Gleichrichter habe ich mal eine AD637 gefunden, aber den kenne ich
noch nicht - mal sehen)

Es grüsst
Bernhard

Autor: Ratber (Gast)
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Hmmm

Aus deiner Kette werde ich jetzt nicht mehr ganz schlau.
Desweiteren fügst du jetzt noch 5V ein.

Egal.

Soweit ich noch mitkomme geht es dir darum mindestens eine Spannung von
zb. 300mV zwischen 2 Elektroden zu bekommen um die Güte der Verbindung
zu bestimmen.

Dafür reicht es eigentlich beide Spannungen (Elektroden)
Gleichzurichten und zu Differenzieren (Meinentwegen auch
andersrum.Spielt erst bei der Praktischen Anwendung ne Rolle) also die
Differenz zu bekommen die wir dann messen.


Wie gesagt bin ich durch deine Letzte Zeichnung etwas verwirrt denn die
Stellt sich mir anders dar als ich gedacht habe.

Gibt es über die Meßmethode (Ersatzschaltbild) irgendwo Literatur ?
Ich weiß zwar im Prinzip wie es geht aber ob alles gegen eine
Gemeinsame Masse(Elektrode) oder Elektrodenpaare gegeneinander und
Masse gemessen werden ist mir unbekannt.

Davon hängt es ab wie man an die Sache herangeht.

Autor: Bernhard Gleich (Gast)
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Oh Mann bin ich blöd,

das ist natürlich falsch die 5 V; anstelle der +5V sollte da der
Sinusgenerator 1V 1Khz sein. so ein schmarrn wo war da mein kopf.

Du hast recht genau darum geht es (die Güte der Verbindung). Aber die
Zeichnung muss dann so sein

   +1V Sinusspannung
     |
     Ri (100k)
     |
     |____>AD
     |
     |
     Rs (50k)
     |
     |  (elektrode 1)
     Rk
     |
     |  (elektrode 2)
     Rs (50k)
     |
   Masse

Das Messprinzip ist das folgende : eine Körperelektrode auf Signal und
eine Körperelektrode auf Wandlermasse (die sonstigen Elektroden hängen
in der Luft) --> Der Stromkreis wird über den Körper geschlossen.

Literatur ? Gibt es eigentlich nur zur Aufnahme von Biosignalen, dass
dafür in rauhen Mengen. Dort wird behandelt : Wie wird EKG gemessen
etc.

(Prinzipiell : Differenzmessung über Instrumentenverstärker;)

Gruss
B.

Autor: Ratber (Gast)
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So hab erstmal ne Zeichnung hingekritzelt damit wir ne gemeinsame Basis
haben.

http://www.8ung.at/ratber/eeg.jpg

Kommt das jetzt hin ?

Autor: Ratber (Gast)
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Ach ,ja,ganz vergessen.

Hab ja gestern erstmal mit den AD-Eingängen gespielt um zu sehen was
alles geht.

Obwohl ich die Versorgung der Analogen Eingänge ebenfalls aus der
gleichen Quelle speise wie den Rest der Schaltungen auf dem Steckbrett
(Da hängt noch nen PWM sammt Modellmotor drann.Sollte also recht
verseucht sein)ist das Ergebnis (Einfacher Spannungsteiler mit
Tempsensor) recht Stabil.
Soll heißen das der Wandler recht Konstant für nen 10-Biter arbeitet.
Solte also auch für gehobenere Ansprüche reichen.

Aus dieser Sicht haste schonmal nen Punkt.
Zum Meßgleichrichter schaue ich mal was sich da so an Stabilen Typen
für die Op-Amps anbietet.

Autor: Bernhard Gleich (Gast)
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Hi

Genau, die Zeichnung stimmt perfekt. Ich habe mich damit gestern auch
beschäftigt mit den AD-Wandlern (einfach mal eine Gleichspannung an den
Eingang gelegt und es funktioniert doch ganz gut).

Mein Problem ist aber immer noch (ich verwende jetzt ein AT90S8535, der
ATMEGA ist mir kaputt gegangen)ist: lege ich an PORTA.5 (AD05) die
gleichspannung an und lese diese mit dem BASCOM Befehl GETADC(5) aus
bekomme ich immer 0 oder etwas darüber. Der Befehl GETADC(4) bringt
dann aber die richtige Spannung ??

Irgendwie stehe ich da auf dem Schlauch - werde mich wohl noch intensiv
mit der AVR Thematik auseinandersetzen müssen

Messgleichrichter : da habe ich schon mal einen mit 3 Stück OPA 604
aufgebaut, soweit so gut, nur ist da der Bauteileaufwand doch sehr
hoch. Besser ist da ein OP270 oder eben ein True-RMS-Converter AD637.
mal sehen.

Autor: Ratber (Gast)
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Zum Wandler (AD04/AD05)

Is zwar simpel aber haste auch bedacht das von 0 aus gezählt wird ?
(zb. AD0-AD7 für Wandler 1-8)

Zu den MEßgleichrichtern.

Also soviel Schaltung ist das nun auch nicht.
Etwas Aufwand muß schon getrieben werden.
Stell dir vor es gäbe nur röhren und du müßtest "Alles" Diskret und
auch noch mir Präzisionswandlern aufbauen.
Dann ist ne OP-schaltung nurnoch nen Klacks ;-)

Autor: Bernhard Gleich (Gast)
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Zum Gleichrichter :

Röhren sind ja ansich nicht schlecht :):)

Nein im Ernst ich brauche nur einen Gleichrichter, ich habe die
Schaltung etwas modifiziert, und brauche daher auch nur einen
AD-Wandlerkanal - etwas in der Art von Multiplexing.

zum Wandler
RECHT hast Du, man sollte am Wochenende nichts mehr arbeiten sondern an
den See gehen.

Autor: Ratber (Gast)
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Also vermutlich mit 4066 oder ähnliches ?

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