Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannungsmessung bzw. -überwachung ohne ADC


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von Uwe B. (boerge) Benutzerseite


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Moin,

ich brauche ein wenig Inspiration ;-):

Ich habe hier ein Sensor-Modul, auf Basis eines ESP8266, welches aus 
einer Kombination aus Solarzelle/Akkus mit Energie versorgt wird. Zur 
Überprüfung des Ladezustandes des Akkus, habe ich bisher die Spannung 
der Akkus via ADC (des ESP) ermittelt, mit den eigentlichen Messwerten 
übermittelt (Kurvenverlauf, siehe Bild) und daraus entsprechende 
Aktionen (z.B. eine Mail) angetriggert.

Jetzt möchte ich den (einen!) ADC-Eingang des ESPs für etwas anderes 
verwenden, aber trotzdem die "Akku-Zustandsüberwachung" beibehalten! In 
dem Sensor-Modul soll dazu kein zusätzlicher externer ADC verbaut 
werden! Ich suche also nach einer einfachen Möglichkeit, das 
Unterschreiten eines bestimmten Spannungswertes irgendwie "digital" im 
Sensor-Modul, strom- und zeitsparend(!), zu 
detektieren/erkennen/übermitteln.

Irgendwie kam mir z.B. ein NE555 in den Sinn, weiß aber nicht so richtig 
wie.... Hat jemand Ideen dazu bzw. etwas noch viel einfacheres?

Grüße & Danke Uwe

: Bearbeitet durch User
von Uwe B. (boerge) Benutzerseite


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Uwe B. schrieb:
> siehe Bild

eins davon würde reichen ;-)...

von Wendels B. (wendelsberg)


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Eingang extern umschalten.

von Uwe B. (boerge) Benutzerseite


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Wendels B. schrieb:
> Eingang extern umschalten.

Wie?

von Wendels B. (wendelsberg)


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Analog Multiplexer.

von Uwe B. (boerge) Benutzerseite


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Wendels B. schrieb:
> Analog Multiplexer.

z.B.?

Grüße & Danke Uwe

von Clemens L. (c_l)


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(SN)74LVC1G3157

Wenn du nur eine feste Spannungs-Schwelle hast,  gibt es auch spezielle 
Überwachungs-Chips, bestehend aus Referenz, Komparator, und Timer, z.B. 
MAX803 (und viele xxx803-Klone) oder TLV840.

von Jörg R. (solar77)


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Zum umschalten der 2 Spannungen auf den einen Eingang des ESP8266 kann 
ein MAX325 verwendet werden. Der ESP8266 läuft allerdings mit 3,3V, das 
muss bei der weiteren Planung berücksichtigt werden.

https://www.mouser.de/ProductDetail/Analog-Devices-Maxim-Integrated/MAX325CPA%2b?qs=sGAEpiMZZMvjbjwkTuU2aURTqwe%2Fc5P2u9k226fp5Rs%3D

https://www.mouser.de/datasheet/2/609/MAX323_MAX325-3469615.pdf

Es wird ein GPIO des ESP8266 benötigt um zwischen den 2 Spannungen 
umzuschalten.

Und selbst wenn jetzt einige die Nase rümpfen..die Umschaltung kann auch 
mit einem kleinen (bistabilen) Relais gemacht werden. Für ein bistabiles 
wären allerdings 2 GPIO erforderlich.

: Bearbeitet durch User
von Vanye R. (vanye_rijan)


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> Und selbst wenn jetzt einige die Nase rümpfen..die Umschaltung kann auch
> mit einem kleinen (bistabilen) Relais gemacht werden.

Das tun aber nur Palmface-Leute. Umschalten per Multiplexer ist ja 
schliesslich der normale Standard der in jeder MCU drin ist die viele 
ADC Eingaenge hat.
Ich weiss aber nicht ob ich fuer so eine banale Anwendung so einen 
megateuren MAX verwenden wuerde. Da sollte es ein 74HC4053 auch tun. 
Oder halt der oben schon erwaehnte 3157. Aber nicht das bei dem wieder 
Leute beim loeten ins schwitzen kommen. :-p

Vanye

von Jörg R. (solar77)


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Vanye R. schrieb:
> Ich weiss aber nicht ob ich fuer so eine banale Anwendung so einen
> megateuren MAX verwenden wuerde.

Ist doch nicht mein Geld😀

> Da sollte es ein 74HC4053 auch tun.
> Oder halt der oben schon erwaehnte 3157.

Oder ein 74HC4066.

von Motopick (motopick)


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Der "billigste" und bei weitem flexibelste ADC mit 8 10 bit Kanaelen
ist uebrigens ein PIC 16F684.

von Achim H. (pluto25)


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Das billigste wäre ein Kondensator an einem GPIO.

von Frank O. (frank_o)


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Achim H. schrieb:
> Das billigste wäre ein Kondensator an einem GPIO.

Erklärst du das bitte?

von Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)


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Frank O. schrieb:
> Achim H. schrieb:
>> Das billigste wäre ein Kondensator an einem GPIO.
>
> Erklärst du das bitte?

Naja, du brauchst eigentlich nur ein RC Glied... C alleine reicht nicht 
ganz.

Du startest indem du den gpio ausreichend lange Low schaltest... Also 
den C auf 0V entladen.

Jetzt schaltest du um auf digital Input und wartest bis ein high zurück 
kommt.

Die Exponentialfunktion für den Ladevorgang, die Schaltschwelle und die 
benötigte Zeit sie zu erreichen sagen dir dann wie hoch die 
Eingangsspannung ist.

Das ganze funktioniert ok. Die Zeitmessung ist Recht kritisch und die 
Schaltschwellen auch. Temperaturabhängig ist das also schon verglichen 
mit einem echten ADC.

Du kannst natürlich über diese Methode auch die stabile 
Versorgungsspannung messen und so on-fly einen Korrekturwert  ermitteln.

Im Grunde ist das ein Single slope Wandler.

Eingesetzt wird das übrigens auch bei Touch Sensoren. Dort misst du aber 
die kapazität und alles andere ist in der Rechnung fix....wobei dort 
üblicherweise nur die Timer Werte verglichen werden und gar nicht die 
wahre Kapazität ermittelt wird.

73

von Clemens L. (c_l)


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Frank O. schrieb:
> Achim H. schrieb:
>> Das billigste wäre ein Kondensator an einem GPIO.
>
> Erklärst du das bitte?

C durch einen R aufladen, und messen, wie lange das dauert. Eine krude 
Form des https://en.wikipedia.org/wiki/Integrating_ADC (ohne Opamp ist 
die Ladekurve nicht linear).

von Lukas T. (tapy)


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Frank O. schrieb:
> Achim H. schrieb:
>> Das billigste wäre ein Kondensator an einem GPIO.
>
> Erklärst du das bitte?

Eigenbau "ADC". Kondensator und Widerstand davor sind bekannt, der GPIO 
zieht aktiv auf low und geht dann auf (no Pullup/-down) Eingang und 
misst die Zeit, bis er high liest. Taugt zumindest für "Betriebsspannung 
wie immer" oder "weniger".

von Frank O. (frank_o)


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Hans W. schrieb:
> Naja, du brauchst eigentlich nur ein RC Glied...

Danke Hans!

Ich würde dann doch lieber einen Komparator nehmen.

von N. M. (mani)


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Irgendwie etwas mysteriös.
Kein externer ADC, aber ein NE555 mit Haufen Außenschaltung wäre OK.

Neben den bereits erwähnten Methoden gibt es auch noch fertige 
Superviser   Volltage  Power Monitor Bausteine von diversen 
herstellen.
Vielleicht ist da noch was dabei.

von Michael B. (laberkopp)


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Uwe B. schrieb:
> Jetzt möchte ich den (einen!) ADC-Eingang des ESPs für etwas anderes
> verwenden, aber trotzdem die "Akku-Zustandsüberwachung" beibehalten

Egal wie, du brauchst zusätzliche Bauteile.

Da ist ein 
https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/analog_switch_analog_multiplexer_single_2_1_sot-363-219165 
die einfachste Lösung.

Wenn du natürlich ums verrecken mit dem auskommen musst was in der Kiste 
mit dem alten Radio auf der einsamen Südseeinsel drin ist, dann sag halt 
was dris ist, Röhren, Relais ?

von Uwe B. (boerge) Benutzerseite


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Moin,

nochmal zu den Randbedingungen: es handelt sich um ein Sensormodul, 
welches aus einer Kombination aus Solarzelle/Akku möglichst lange 
autonom funktionieren soll. Das Ding sendet alle 5min die Sensorwerte 
via ESP-Now an den entsprechenden Empfänger und befindet sich dazwischen 
im DeepSleep. D.h. also, der Stromverbrauch sollte möglichst gering und 
die Wachzeit möglichst kurz sein. Die Wachzeit liegt derzeit bei ca. 
160-170ms.
Sollte die Versorgungsspannung des Akkus doch mal unter eine kritische 
Grenze fallen, soll dies in den Daten mitgesendet werden.

N. M. schrieb:
> Irgendwie etwas mysteriös.
> Kein externer ADC, aber ein NE555 mit Haufen Außenschaltung wäre OK.
war ja nur ein Gedanke, der sicherlich nicht zu Ende gedacht 
war/ist...;-)

Ich habe mir gerade ein paar Switch-/Multiplex-ICs angeschaut, die 
verbrauchen recht hohen Strom (20...30mA). Also nicht so richtig 
geeignet.

RC-Glied hört sich spannend an, muss mal nachrechnen, ob ich da im 
Rahmen meiner Wachzeit bleiben würde.

Diese Überwachungs-ICs muss ich mir noch ansehen. Gibt es da auch etwas 
in "handlötbarer" Größe?

Hat jemand noch eine andere Idee?

Grüße & Danke Uwe

von Norbert (der_norbert)


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Uwe B. schrieb:
> RC-Glied hört sich spannend an, muss mal nachrechnen, ob ich da im
> Rahmen meiner Wachzeit bleiben würde.

Tau kann man klein machen, im paar ms Bereich. Braucht aber eine präzise 
Zeitmessung. Und, wenn möglich, einen GPIO mit Schmitt Trigger Eingang.

von Jörg R. (solar77)


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Uwe B. schrieb:
> Ich habe mir gerade ein paar Switch-/Multiplex-ICs angeschaut, die
> verbrauchen recht hohen Strom (20...30mA). Also nicht so richtig
> geeignet.

MAX325, 74HC4053 und auch 74HC4066 liegen um den Faktor >1000 darunter, 
also im unteren uA-Bereich.

von Michael B. (laberkopp)


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Uwe B. schrieb:
> Ich habe mir gerade ein paar Switch-/Multiplex-ICs angeschaut, die
> verbrauchen recht hohen Strom (20...30mA). Also nicht so richtig
> geeignet.

Der Strom scheint dir doch scheissegal zu sein, denn ein NE555 frisst 
deutlich mehr als jeder Analogmultiplexer.

Auch hast du in der Grundschule bei Lesekompetenz wohl gefehlt, ein 
74LVC1G3157GW braucht typisch 0.1uA.

DRAMATISCH.

von Frederic S. (frederics)


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Der TO will einfach wissen ob Die Spannung unter einem gewissen Wert 
liegt.
Das geht mit einem Komperator IC z.B  LM339 damit kannst Du Spannungen 
vergleichen und bekommst ein Digitales Ausgangsignal ob die eine 
Spannung größer ist oder nicht.

Dazu brauchst Du noch eine Referenzspannung die kannst Du mit einer 
Zenerdiode und einem Widerstand erzeugen

von Michael B. (laberkopp)


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Frederic S. schrieb:
> Der TO will einfach

Er konnte auch die Betriebsspannung mit einem Digitalvoltmeter messen 
und per Videokamera in en ESP8266 zur OCR Auswertung bringen ganz ohne 
Analogeingang, ABER WARUM ?

Es geht mit 1 IC, ohne weitere Teile, mit einem 1/60000 Bruchteil des 
1mA Stromverbrauchs eines LM339 und den 5mA für die Z-Diode.

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Uwe B. schrieb:
> Ich habe mir gerade ein paar Switch-/Multiplex-ICs angeschaut, die
> verbrauchen recht hohen Strom (20...30mA).
Zeig mal, bei welchen Bausteinen du diesen Wert wo im Datenblatt 
gefunden hast. Seit es CMOS gibt (also seit Ende des letzten 
Jahrtausends), ist ein solch hoher Eigenbedarf bestenfalls noch  ab 
100MHz aufwärts anzutreffen.

: Bearbeitet durch Moderator
von Axel S. (a-za-z0-9)


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Uwe B. schrieb:

> habe ich bisher die Spannung der Akkus via ADC (des ESP) ermittelt
...
> Jetzt möchte ich den (einen!) ADC-Eingang des ESPs für etwas anderes
> verwenden, aber trotzdem die "Akku-Zustandsüberwachung" beibehalten!

Dein Betreff ist dämlich gewählt. Eine Spannung messen oder den Wert 
überwachen sind zwei verschiedene Dinge.

Wenn du die Spannung messen willst, würde ich zu einen 
Analogmutiplexer raten, der den einen ADC-Eingang auf nahezu beliebig 
viele Quellen aufschaltet. Das machen übrigens µC mit mehr als einen 
ADC-Eingang genauso. Die kanonische Wahl wäre der 4051 aus der 4000er 
CMOS Reihe, den es von verschiedenen Herstellern gibt. Wenn es wirklich 
nur um 2 Quellen geht, reicht auch die Hälfte eines 4066. Oder ein 
beliebiger, modernerer Ersatz.

Wenn du die Akku-Spannung nur überwachen willst, ist das Mittel der 
Wahl ein Schmitt-Trigger. Also irgendein Bauteil, das eine exakt 
definierte Schaltschwelle hat. Traditionell nimmt man einen dafür einen 
Komparator wie LM393. Aber ein OPV tut es auch. Bei Abstrichen an die 
Genauigkeit auch ein viertel eines 4093. Oder ein 
Spannungsüberwachungs-IC wie es verschiedenste Hersteller anbieten. Eine 
extra Referenzspannung brauchst du nicht, der ESP8266 hat ja wohl eine 
stabile 3.3V Versorgung.

Ach ja, einen oder mehrere GPIO brauchst du natürlich auch.

: Bearbeitet durch User
von Vanye R. (vanye_rijan)


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> Eine Spannung messen oder den Wert überwachen sind zwei verschiedene Dinge.

Ich messe und ueberwache gerade eine Betriebsspannung mit einem CH32V003 
und der kostet erklaertermassen so gut wie nix und kann alles. :)

Es gibt also immer viele Moeglichkeiten. Aber ein einfacher umschalter 
ist wohl hier am einfachsten.

Vanye

von Uwe B. (boerge) Benutzerseite


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Michael B. schrieb:
> Auch hast du in der Grundschule bei Lesekompetenz wohl gefehlt...
...usw...:
oha, hat immerhin 13h gedauert, bis der Erste verbal entgleist ohne den 
Gegenüber zu kennen ;-)

Axel S. schrieb:
> Dein Betreff ist dämlich gewählt. Eine Spannung messen oder den Wert
> überwachen sind zwei verschiedene Dinge.
es sind beide Worte im Betreff. Man kann z.B. überwachen durch messen 
;-)

Ich glaube, es waren eine Menge gute Ideen dabei, die erstmal 
verarbeitet werden müssen. Das RC-Glied finde ich besonders smart.
Wenn ich noch andere Anregungen brauche, melde ich mich wieder.

Grüße & Danke Uwe

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