Spannung Sensor (-2V bis +2V) für Raspberry Pi umwandeln

Dominik S. schrieb:

Hallo E-Technik Freunde :) Ich brauche mal die Meinung von anderen, ich hab folgendes Problem:

Ich hab nen Sensor, der mir -2V bis +2V ausspuckt, diese analoge Spannung soll umgewandelt werden, damit der Raspberry Pi (verträgt ja nur positive Spannungen bis 3,3V)

Du meinst wohl den Raspberry PI Pico. Der normale Raspberry Pi hat keine analogen Eingänge.

die Spannung auswerten kann. Von 0V bis 2V zeigt der Sensor Zugspannung an, von 0V bis -2V Druckspannung, deswegen würde ich die Spannungen gerne auf 2 separate Leitungen aufteilen und so an den Microcontroller anschließen.

Sowas macht man nicht. Man mißt mit EINEM AD-Wandler und wertet das dann in der Software passend aus.

Ich selber hab die Idee einfach mit nem Invertierer (Operationsverstärker) und ner vorgeschalteten Diode das umzusetzen. Ich mache mir da aber sorgen wegen Verfälschung der Spannung.

Mach dir keine Sorgen, es wird weiter gehn Wir werden uns was borgen, und wieder jung aussehn

Westernhagen ;-)

Also der Sensor kostet 600€ und liefert exakte Messwerte

Kein Sensor liefert exakte Spannungswerte, bestenfalls welche mit sehr kleinem Fehler.

und ich möchte die Genauigkeit möglichst nicht einbüßen. Habt ihr da Ideen für ne elektrische Schaltung, die das kann, simpel aber auch recht günstig ist? Gibt's da vielleicht auch ein vorgefertigtes IC?

Du brauchst einen Instrumentenverstärker, der kann das. Der wandelt deine -/-2V in 0-3,3V um, wenn man ihn passend beschaltet. Der Verstärker braucht aber +/-5V Versorgung, ggf. sogar mehr. Die Dinger findet man unter dem Namen INA irgendwas, z.B. INA826. Die gibt es in allen Preislagen und Genauigkeitsklassen.

Einfacher und billiger ist ein Spannungsteiler aus drei Widerständen. Wenn die halbwegs genau (0,1%) sind und auch VCC genau und stabil ist, kann das reichen.

Wir bauen ne selbstgemachte Zug- und Druckmaschine als kleines Projekt.

Na dann DRÜCK ich euch die Daumen! ;-)

Dominik S. schrieb:

Sensor kostet 600€ und liefert exakte Messwerte und ich möchte die Genauigkeit möglichst nicht einbüßen

mit einem Raspi, fault by design!

Suche dir einen Messverstärker und Wandler der mit RS232 0der USB gelesen werden kann.

Wenn dir weniger als 1 % Auslesegenauigkeit reicht, AD Wandler mit Offset um 2V

Joachim B. schrieb:

mit einem Raspi, fault by design!

Mensch, du kennst ja dolle Fremdworte!

Suche dir einen Messverstärker und Wandler der mit RS232 0der USB gelesen werden kann.

Klar, RS232, DIE Schnittstelle zwischen AD-Wandlern und Mikrocontrollern im 21. Jahrhundert!

Wenn dir weniger als 1 % Auslesegenauigkeit reicht, AD Wandler mit Offset um 2V

Welcher AD-Wandler hat denn 2V Offset?

Jaja, die Expertentips wieder . . .

Dominik S. schrieb:

Sensor kostet 600€

Dominik S. schrieb:

elektrische Schaltung, die das kann, simpel aber auch recht günstig ist?

Weil der Sensor so teuer ist muss die Schaltung die Kosten jetzt wieder hereinholen?

Evtl. so.

Wenn, dann eher so. Die Invertierung der Kennlinie kann man in Software leicht umdrehen.

Wie dimensioniert man sowas?

1.) Spannungshub am Ausgang festlegen, das macht der OPV als invertierender Verstärker.

dUe = 2V - (-2V) = 4V dUa = 3V - 0,3V = 2,7V (nach oben und unten etwas Reserve lassen V = dUa / dUe = 2,7V / 4V = 0,675 V = R2/R1 -> R2 = V * R1 = 0,675 * 10k = 6,75k, gewählt 6.8k (Standardwert)

2.) Danach Offset einstellen über nichtinvertierenden Verstärker, wenn V1 = 0

Offset = Umax/2 = 3,3V/2 = 1,65V

V = R2/R1 + 1 = 6,8k /10k + 1 = 1,68 (nichtinvertierender Verstärker)

Ua = Ue * V -> Ue = Ua / V = 1,65V / 1,68 = 0,982 (Spannung am + Eingang des OPV)

Spannungsteiler R3, R4

R3 = R4 * (Vcc/Ue - 1) = 10k * (5V/0,982V -1) = 40,9k, gewählt 42k (Standardwert)

Falk B. schrieb:

Welcher AD-Wandler hat denn 2V Offset?

der den man selbst fertigt oder einen OPV vorschaltet, das du es nicht verstehst ist dein Problem, oder wolltest du nur pupsen? Fehlt es dir an Aufmerksamkeit? Das tut mir leid.

Dominik S. schrieb:

Von 0V bis 2V zeigt der Sensor Zugspannung an, von 0V bis -2V Druckspannung, deswegen würde ich die Spannungen gerne auf 2 separate Leitungen aufteilen und so an den Microcontroller anschließen.

Der erste Teil ist logisch, aber warum soll das "aufgeteilt" werden? Skaliere doch einfach den Bereich -2..+2V um in den Bereich 0..3,3V. Je nach Innenwiderstand des unbekannten Sensors reicht dafür ein Spannungsteiler mit Offset.

BTW: das ist übrigens pure Analogtechnik, auch wenn da der ADC eines µC dahinterhängt --> Forum korrigiert

Skaliere doch einfach den Bereich -2..+2V um in den Bereich 0..3,3V. Je nach Innenwiderstand des unbekannten Sensors reicht dafür ein Spannungsteiler mit Offset.

Wäre das dann so eine Lösung? Versorgungsspannung und Signal werden halbiert und addiert. Der Puffer ist dann je nach Innenwiderstand optional.

Das sollte dann tunlichst ein RR-Opamp sein.

Holger L. schrieb:

Skaliere doch einfach den Bereich -2..+2V um in den Bereich 0..3,3V. Je nach Innenwiderstand des unbekannten Sensors reicht dafür ein Spannungsteiler mit Offset.

Wäre das dann so eine Lösung?

Naja. Das ADC-Eingangssignal wird in den Bereich >0V verschoben, aber der Bereich ist dann nur noch 0,65-2,65V. Naja, für die einfache Lösung nicht so schlecht, meine Version oben schafft auch nur 300mV mehr nach oben und unten.

Holger L. schrieb:

Wäre das dann so eine Lösung?

Ich nehme immer mein Excel-Formular(**):

• http://www.lothar-miller.de/s9y/archives/36-Analogeingang-unipolarbipolar-mit-Widerstandsnetzwerk.html

Und komme damit auf eine Lösung wie im Anhang.

Man sieht da auch: durch die relativ geringe Änderung des Eingangssignalbereichs ist eine recht hohe Referenzspannung weit über der Versorgungsspannung nötig.

Wäre der Eingangsspannungsbereich viel größer, würde eine handlichere Referenz genügen.

Aber wie gesagt: weil das eine passive Widerstandsschaltung ist, muss der Innenwiderstand des Signalgebers mit beachtet werden.

(**) ich meine, das aus dem Artikel Spannungsteiler macht manchmal Rechenfehler...

Weiß nicht... 3 statt 2 Widerstände... gleich 2 Cent mehr auf der Rechnung.

Muss ja günstig sein.

Mich würde ja mal der Sensor interessieren.