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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sensoren-Spannung anpassen, aber wie?


Autor: Markuso (Gast)
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Hallo,

ich baue derzeit u. a. an einem µC-gesteuerten Abstandsmessgerät. Dafür
habe ich nun einen (vielleicht) passenden Abstandssensor gefunden.
In dem mich interessierenden Bereich liefert der eine Spannung von 1,7
bis 2,4 V (Zahlenbeispiel, aber die Größenordnung passt schon).
Dieses Intervall möchte ich natürlich wg. möglichst hoher Auflösung auf
0 bis 5 V "aufblasen" (5 V als Referenzspannung). Wie mache ich das?
Kann mir jemand Basteltipps zum Nachbauen oder vielleicht sogar ein
fertiges Modul empfehlen?

Vielen Dank schon mal wieder für Eure Tipps

Markuso

Autor: Chris (Gast)
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Hallo Markuso,

Du willst wohl den Spannungsbereich linear und nichtinvertiert auf
0...5V bringen. Aus 1,7V soll 0V und aus 2,4V soll 5V werden.
Ohne Rechnung geht es, indem man mit einem Operationsvertärker einen
nichtinvertierenden Verstärker aufbaut, dessen Verstärkung mittels
Spindeltrimmer 47KOhm fein einstellbar machst und dessen Bezugspunkt Du
mittels zweitem Spindeltrimmer 2,2kOhm auf eine Spannung zwischen 1,7
und 2,4 Volt einstellen kannst. Mittels einstellbarer Spannungsquelle
und wiederholtem Verstellen der Trimmer kannst Du Dich an die richtige
Kombination aus Verstärkung und Spannung am Bezugspunkt herantasten.
Dabei die Ausgangsspannung messen. Eine korrekte Rechnung würde Dir
zwar die Bauteilwerte liefern, aber Du müßtest den Verstärkungsfaktor
und den Spannungsteiler für den Bezugspunkt aus Festwiderständen
aufbauen, die nicht genau die Werte treffen. Also kannst Du es auch
gleich mit Spindeltrimmpotis aufbauen und die Einstellung durch
Probieren finden. Aber ganz ohne Multimeter, 20 Minuten Geduld und
einigermaßen konstanter Betriebsspannung geht's nicht. Der
Operationsvertärker braucht dann eine symmetrische Betriebsspannung von
mindestens +/- 7 Volt, die Du in der Schaltung irgendwo herbekommen
mußt. Typ: 741, TL081, LM324, Wald und Wiese...

Einen fertigen Abstandsmesser mittels Ultraschall gibt's hier:
www.interq.or.jp/japan/se-inoue/e_pic6_6.htm

Grundlagen der Analogtechnik und zu Operationsverstärkern hier:
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere...

Gruß Chris

Autor: Markuso (Gast)
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Hallo Chris,

auch wenn ich noch viele Fragen habe, erstmal besten Dank für deine
Antwort. Den Operationsverstärker kann ich vielleicht mithilfe der
Anleitung tatsächlich selbst beschalten.
Aber wo bekomme ich das negative Potential her? Im Moment habe ich nur
+5V. +7 Volt auf gemeinsamer Masse ginge ja auch noch. Aber -7V??? Oder
fehlt mir nur die Vorstellungskraft, aber eigentlich muss ich doch
irgendwo ein Spannungspotential von 14 Volt erzeugen, oder? Oh Mann,
sind meine E-Technik-Stunden lange her...

Gruß

Markuso

Autor: Markuso (Gast)
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Nachtrag:

Wofür brauche ich überhaupt eine negative Spannung? Sonst ist in meinem
Aufbau auch alles positiv..? In der oberen Skizze auf
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210151.htm sieht auch
alles nach positiven Spannungen aus.

Autor: Dirk (Gast)
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Hi,

den Lm358 kannste symetrisch ansteuern. Da es aber kein Rail to Rail Op
ist solltest du die VCC auf 6 V dann legen ....


Mfg

Dirk

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
Wenn du auf die ersten und letzten 100mV verzichten kannst geht der
LM358 auch nur mit +5V. Bei +7V gehen nur die untersten 100mV verloren.
Brauchst du den vollen Bereich kommst du um eine neg.Hilfsspannung
nicht herum.
Ganz wichtig: die virtuelle Masse schön stabiel halten.

MFG Uwe

Autor: Markuso (Gast)
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Hallo,

die letzten 100 mV sind mir egal ;) und mit 5 V Vcc wäre mir sehr
recht. Wenn ich das richtig verstehe, brauche ich im Prinzip nur die
beiden Trimmer und den OP? Sorry wg. meiner dummen Fragen, aber ich
fange gerade erst an mit dem Thema.

Besten Dank sagt Markuso

Autor: Chris (Gast)
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Hallo,

@Markuso
Wofür brauche ich überhaupt eine negative Spannung? Sonst ist in meinem
Aufbau auch alles positiv..?

Ja, also für den Bereich um den Mikrocontroller stimmt das schon. Aber
jeder normale OPV (Operationsvertärker) benötigt eben außer einer
positiven Betriebsspannung noch eine negative Betriebsspannung. In den
Datenblättern der OPV sind die Stellgrenzen des Ausganges angegeben.
Der Ausgang kann bei einer Betriebsspannung von beispielsweise +/-15
Volt nur bis maximal 13...13,8 Volt in positiver Richtung annehmen und
in negativer Richtung bis -13...-13.8 Volt. Also, wenn Du in Deinem
Fall Null Volt am Ausgang sehen willst, muß die negative
Betriebsspannung weniger als null Volt sein, also mindestens -2 Volt.
Das ist aber schon knapp. Das gleiche gilt am anderen Ende, wo Du 5
Volt sehen willst. Da brauchst Du auch mindestens 2 Volt mehr, also 7
Volt oder mehr. Die Tipps von Uwe und Dirk sind Spezialfälle, mit denen
Du Abstriche Deines Bereiches machen mußt. Wo kriegst Du nun die -7
Volt her? Aus der Schaltung nicht, sondern aus dem Netzteil, das Du
dazu baust oder aus einer zusätzlichen Batterie oder einem
Labornetzgerät mit symmetrischer Ausgangsspannung. In den Schaltbildern
von der Internetseite und auch sonst in Büchern ist gewöhnlich die
Betriebsspannung nicht eingezeichnet. Deshalb sieht's überall so
positiv aus. Man geht davon aus, daß derjenige, der das aufbaut,
geeignete größere Spannungen als die verlangte Ausgangsspannung
anschließt. Das ist so banal, daß es weggelassen wird.
Ich möchte Dir empfehlen mal zehn OPVs Dir zuzulegen und die
invertierende und nichtinvertierende Schaltung mittels Voltmeter
ausgiebig zu untersuchen. Dann wird Dir eher klar, wie sich ein OPV in
der Wirklichkeit verhält. Außerdem per Internet in die Datenblätter
schauen. Sind halt immer in englisch.
Übrigens: An den Ausgängen des Mikrocontrollers sind es bei High auch
nicht ganz 5 Volt und bei Low auch nicht ganz Null Volt, falls
zumindest eine kleine Belastung dran hängt. Ist also auch ein bisschen
analog der µC.
Du siehst das schon Richtig: Am OPV selbst liegen dann über den
Betriebsspannungsanschlüssen 14 Volt an. Da aber die Masse bei
symmetrischer Betriebsspannung genau in der Mitte liegt, sind es
+/-7Volt.
Was für einen Abstandssensor verwendest Du da eigentlich?

Gruß

Autor: Markuso (Gast)
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>Was für einen Abstandssensor verwendest Du da eigentlich?

Ich hab mir gedacht, ich nehme den hier:
http://personal.telefonica.terra.es/web/x-robotics...

Naja, und ansonsten werde ich mir mal ne Hand voll OP´s besorgen. Und
ein bisschen negative Spannung.

Ciao, Markuso

Autor: elektron (Gast)
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geht glaub ich auch einfacher:

mittels spannungsteiler eine spannung von 1,4V machen; diese dann auf
den A/D Ground Pin legen.
wieder mittels spannungsteiler eine spannung von 2,4V erzeugen, denn
dann auf A/D U ref legen.

fertig ist ein a/d wandler der genau auf deine bedürfnisse hin misst.

Autor: Chris (Gast)
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Hallo,

@Elektron
Die einfachsten Lösungen sind meistens die besten.

@markuso
Kannst Du Bezugsquellen für kleine Stückzahlen und Privatpersonen zu
diesem Sensor nennen? Preis?

Gruß

Autor: Dirk (Gast)
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Hi,

die negative Spannung  kannste mit einem Max202/232 erzeugen .... aber
nicht zu stark belasten. In deinem Fall um die Spannung danach nur
zumessen muesste es gehen.

Mfg

Dirk

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!

>geht glaub ich auch einfacher:

>mittels spannungsteiler eine spannung von 1,4V machen; diese dann auf
>den A/D Ground Pin legen.

Das geht leider nicht bei allen MC's. Bei den Standard AVR bin ich mir
sicher das es nicht zulässig ist, bei den Mega's und Tiny's müsste
ich nachschauen.

MFG Uwe

Autor: Frank Linde (Gast)
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Funktionsgleich, aber mit größerer Reichweite (20 - 150 cm) gibt es
inzwischen auch noch den SHARP GP2Y0A02YK. Ja, der hat tatsächlich so
eine gut zu merkende Bezeichnung. ;-)

Gruß, Frank

Autor: Markuso (Gast)
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@Chris:
>Kannst Du Bezugsquellen für kleine Stückzahlen und Privatpersonen zu
diesem Sensor nennen? Preis?

Hier gibts den Sensor.
http://www.roboter-teile.de/Shop/pd448287116.htm?c...

Was mein "Problem" angeht, wundert mich, dass man das immer wieder
aus einzelnen Bauteilen zusammenbauen muss. Das ist doch an sich ein
Standard-Problem, dafür müsste es doch auch eine Standard-Lösung geben.
Naja, aber für die meisten (außer mir) ist mein Problem wohl kein
Problem... ;)

Gruß

Markuso

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