9 - 12,6 V in 0 - 5V "umwandlen" - Mikrocontroller.net

Will Gast 27.02.2008 23:13 #796108

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Hallo erstmal,

ich bin neu in den Elektronik-Bereich eingestiegen, hänge aber jetzt ein 
wenig fest.

Ich möchte gerne die Batteriespannung von LiPo-Akkus (9-12,6V) mit einem 
ATMega64 messen. Für den AD-Wandler bräuchte ich idealerweise eine 
Spannung von 0-5 V.

Bei meiner Suche nach einer Lösung bin ich auf eine Schaltung mit einem 
Differenzverstärker gestoßen:

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm

Nun zu meinem Problem:

Ich kann einen Spannungsteiler vor diesen Differenzverstärker schalten, 
mit U1e an den Spannungsteiler und U2e direkt an den +Pol des Akkus. 
Allerdings ändert sich die Referenzspannung U1e am Spannungsteiler ja 
auch mit der Batteriespannung.

Ist es überhaupt möglich mit dieser Schaltung eine Spannung von 0-5 V 
aus den 9-12,6 V zu erzeugen oder gibt es vielleicht eine andere 
(leichtere) Möglichkeit um zu meinem Ziel zu kommen?

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Marius S. (lupin) 27.02.2008 23:35 #796123

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was möchtest denn genau messen? um wieviel Volt deine Eingangsspannung 
höher ist als 9 Volt (dann müsstest aber auch immer garantiert 
mindestens 9 Volt oder mehr anliegen haben)?

Du bräuchtest für den Differenzverstärker eine fixe ~9 Volt Festspannung 
(im einfachsten fall einfach eine Zener Diode) die du dann von der 
Eingangsspannung abziehst.


Oder willst du einfach eine Aussage über die Spannungshöhe treffen 
können? Also von  0 Volt bis 12,6 Volt messen können? Dann würdest du 
mit einen Spannungsteiler auskommen. Aber da wärst du wohl schon selbst 
drauf gekommen...

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Roland P. (pram) 27.02.2008 23:49 #796127

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hat der ATMega nicht sogar differenzielle Eingänge (zu faul um im DBL 
nachzusehen)

Dann brauchst du nur einen Spannungsteiler der durch 3 teilt. Dieser 
bildet die 9-12,6V auf 3 bis 4,2V ab (dann hast noch ein paar Reserven 
bis max 15V) den anderen Differenzeingang nusst dann irgendwie auf 
(exakte!) 3V bringen.

Die Auflösung die hier erreicht wird, beträgt dann (15v-9v)/1024 bit = 
5.9 mv pro bit.

Würdest du hingegen einen Spannungsteiler bauen, der durch 5 teilt, dann 
werden 0 - 12,8V auf 0 - 2,56V abgebildet.

Vorteil: weniger Bauteilaufwand -> weniger Toleranzen, Verwendung 
interner Referenzspannung.
Nachteil: Die Auflösung beträgt nur noc 12,8/1024 = 12,5 mV.

Meiner Meinung nach ist der letzte Weg aber trotzdem genauer, da durch 
den Differenzverstärker etc. weitere Fehler hinzukommen, wenn dies nicht 
sauber aufgebaut ist.

Gruß
Roland

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Will Gast 28.02.2008 00:19 #796140

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@Marius:

Ja, ich möchte messen um wieviel meine Eingangsspannung höher als 9 Volt 
ist.  Ich habe immer garantiert mindestens 9 Volt anliegen (ist die 
minimal erlaubte Entladespannung der LiPo-Akkus).

Meine erste Idee war auch, die Messung durch einen einfachen 
Spannungsteiler durchzuführen. Da ich allerdings immer mindestens 3/4 
der Spannung anliegen habe, verschenke ich so einiges an Auflösung des 
10-Bit-A/D-Wandlers.

Auf die Idee mit der Zener-Diode auf fixe -9 V zu kommen bin ich noch 
nicht gekommen (bin halt noch ziemlicher Anfänger). Danke für den Tip!

Ich könnte aber auch einen 79L06 nehmen der mir fixe -6 V erzeugt und 
diese abziehen (79L09 würde wegen der Eingangsspannung von 9 Volt wohl 
nicht funktionieren). Dann hätte ich zumindest eine Verdoppelung meiner 
Auflösung.

@Roland:

An die Fehler durch den Differenzverstärker etc. habe ich auch nicht 
gedacht. Ich denke ich werde den von Dir vorgeschlagenen letzten Weg 
nehmen und die interne Referenzspannung verwenden. Ist auch der 
unkomplizierteste Weg. Denn was bringt mir eine höhere Auflösung bei 
mehr Toleranzen.

Vielen Dank für die schnellen Antworten!

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Matthias Gast 28.02.2008 00:32 #796142

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Ich habe mal eine -12 - +12 V Spannung in eine 0 - 5 V Spannung 
umnormiert mit einer OPV Schaltung. Wenn dich diese Interessiert kram 
ich sie wieder raus

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Michael H* Gast 28.02.2008 01:53 #796164

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siehe hier:
Beitrag "1 - 5V ==> 0 - 5V Wandler an AVR"
edit:
wenn du in die leitung vom akku einen widerstand und eine Z-diode mit 
8,2V in reihe schaltest und dazu einen pulldown und einen kondensator 
dazu parallel, kannst du ziemlich genau die lösung des oben genannten 
problems übernehmen. natürlich muss man das ganze wohl vorher einmal 
eichen.

grüße, holli

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Falk B. (falk) 28.02.2008 10:22 #796325

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Alles viel zuviel Aufwand. Ein einfacher Spannungsteiler aus zwei 
100K Widerständen reicht vollkommen. Du willst ja deine Spannung nicht 
auf uV genau messen. Damit erhält man einen Messbereich von 10V, macht 
bei 10 Bit eine Auflösung von knapp 10mV. Das sollte reichen.

MFG
Falk

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Michael H* Gast 28.02.2008 10:38 #796339

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hab grad mal ein bisschen simuliert. das hier klappt recht gut und kommt 
mit wenigen bauteilen aus:

AKKU O---L<|---L<|---o-----o----O ADC
        2,7V  6,2V   |     |
                    ===   | |
              100n   |    | | 100k
                     |     |
                    ¯¯¯   ¯¯¯
den 100k-widerstand könnte man wohl noch ein bisschen größer machen, 1M 
sind aber schon zu viel. bei 100k hat man einen "leck"strom von 37µA.

ach ja: --L<|-- das soll eine Z-diode sein ^^

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gast Gast 28.02.2008 10:43 #796343

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Op-Subtrahierer

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Falk B. (falk) 28.02.2008 10:46 #796345

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@ Michael H* (-holli-)

>hab grad mal ein bisschen simuliert. das hier klappt recht gut und kommt
>mit wenigen bauteilen aus:

Soweit die Theorie. Praktisch aber gibt es einige Probleme.

- Die Z-Spannung hat Herstellertoleranzen 5%++
- Die Z-Spannung ist recht stark temperaturabhängig
- Duch die Subtraktion der Z-Spannung gewinn man keine Auflösung, es 
bleibt bei ca. 5mV

Der Spannungsteiler hat all diese Probleme nicht, der einzige "Nachteil" 
ist die halbierte Auflösung.

MFG
Falk

P.S. Als Pufferkondesator reicht 2..10nF.

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Michael H* Gast 28.02.2008 11:06 #796375

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Falk Brunner wrote:

> Soweit die Theorie. Praktisch aber gibt es einige Probleme.
grau ist alle theorie, richtig =)

> - Die Z-Spannung hat Herstellertoleranzen 5%++
könnte man eichen, wenn man denn will. wer wirklich die volle auflösung 
des ADC nutzen will, wird das sowieso irgendwo tun.

> - Die Z-Spannung ist recht stark temperaturabhängig
daran hab ich nicht gedacht.

> - Duch die Subtraktion der Z-Spannung gewinn man keine Auflösung, es
> bleibt bei ca. 5mV
etwas genauer wie der spannungsteiler aber praktisch wohl nicht 
relevant.

> Der Spannungsteiler hat all diese Probleme nicht, der einzige "Nachteil"
> ist die halbierte Auflösung.
da hast du wohl recht, bin überzeugt!

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9 - 12,6 V in 0 - 5V "umwandlen"

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