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Thema: Automatische Messbereichsumschaltung vor A/D-Wandler

  1. #1
    Benutzer Stammmitglied
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    Automatische Messbereichsumschaltung vor A/D-Wandler

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    Ich bin gerade dabei einen Datenlogger für Spannungen zu bauen.

    Dabei kann die Eingansspannung von 0 bis 50 Volt variieren. Um eine maximale Auflösung zu erreichen würde ich gerne die Eingansspannung, wie es üblicherweise auch bei Multimetern gemacht wird, in Spannungsbereiche einteilen. Dies soll aber automatisch geschehen, da schnell mal jemand im Millivoltbereich eine höhere Spannung anlegen könnte.

    Hat hierzu jemand eine Idee oder kennt jemand die Funktionsweise der automatischen Messbereichsumschaltung bei Multimetern?


    Vielen Dank
    tooltime

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Um dei Eingangsspannung in Bereiche aufzuteilen, kannst Du Spannungsteiler verwenden, die Du dann mit Hilfe von Relais oder Analogen Multiplexern umschaltest. Die Relais/Multiplexer werden dann vom µC angesteuert.

    Sie automatische Umschaltung übernimmt dann logischerweise auch der µC. Du musst dann halt den aktuellen Messwert abfragen - wenn er das Ende Deines aktuellen Messbereiches erreicht hat, schaltest Du in den nächst höheren. Um wieder in den unteren Messbereich zu gelangen, muss dann wieder eine bestimmte Spannung unterschritten werden, die aber ein paar Volt unter der Schwelle für's hochschalten liegt (Stichwort Hysterese).

    Gruß,
    askazo

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Hallo,

    Spannungsteiler wie oben beschrieben. Ich würde allerdings mit dem höchsten Messbereich beginnen, da die Spannung ja nicht bekannt ist. Dann die Messbereiche langsam herunterfahren bis die max. Auflösung erreicht ist Schutzbeschaltung des Einganges nicht vergessen.

    Gruss

    Wolfgang

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Vorsicht Leute, als erstes muss mal eine Schutzschaltung her, die im simpelsten Fall aus einem Reihenwiderstand mit 2 nachgeschalteten Dioden gegen Vcc bzw. GND. Liegt keine Spannung an, "weiss" das die Automatik nicht und fährt in den empfindlichsten Messberich. Wird jetzt Umax angelegt muss die Schutzschaltung den Eingang so lange schützen, bis die Automatik einen höheren passenden Messbereich angewählt hat. Ich denke doch, es soll so sein, das bei einem Absenken der Messspannung die Autom. auch wieder runter fahren soll.

    Gruß
    Jörn

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    Um maximale Auflösung für kleine Spannungen zu haben, müssen eventuell die kleine Spannungen verstärkt und die Verstärkung entsprechend umgeschaltet werden.

    MfG

  6. #6
    Benutzer Stammmitglied
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    Danke für Eure Antworten.

    An analoge Multiplexer habe ich auch schon gedacht. Nur die Lösung für eine Schutzschaltung fehlt mir noch. Wenn ich z.B. 50 V messe, kann ich die mit einem Spannungsteiler die Spannung auf 5 V herabsenken. Bei einem Messbereich mit 5 V max. muss ich aber direkt auf den Multiplexer. Wenn die Spannung dann 5 V überschreitet, schalte ich zwar in den nächst höheren Messbereich, aber die Spannung > 5 V liegt noch immer am Multiplexer an. Diese dann einfach mit einer Zenerdiode auf Masse zu ziehen, würde mir den Eingangswiderstand meiner Schaltung ziemlich verringern.
    Für die Erkennung welcher Messbereich der ideale ist, würde ich vor jeder Messung als erstes den größten Messbereich abfragen und dann den µC den richtigen Bereich auswählen lassen.
    Vor dem A/D-Wandler könnte man dann natürlich als zusätzlichen Schutz noch eine Zenerdiode gegen Masse verbauen.

    @ JonnyP
    Was meinst Du mit den zwei Dioden gegen Masse?

    @PICture
    Danke für die Anmerkung. Sehr kleine Spannungen müssten natürlich noch verstärkt werden, aber die Auflösung von 10 Bits (wurde von Laeubi freundlicherweise berichtigt) ist für den momentanen Fall ausreichend. Wenn ich die Anwendung aber noch erweitere, werde ich mir darüber natürlich auch Gedanken machen müssen.


    Gruß
    tooltime

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Auflösung ist 10bits
    Meine Elektronik Basteleien ( Leider noch nicht alles eingetragen und teilweise etwas wirr Wird zur Zeit überarbeitet. )

  8. #8
    Benutzer Stammmitglied
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    Tja peinlich
    Sollte eigentlich nicht passieren. Da hat die Rechtschreibprüfung in Word wohl noch ein paar Defizite.
    Danke für den Hinweis!

    Eine Lösung für mein Problem kennst Du aber nicht zufällig?


    Gruß
    tooltime

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Ich sagte: "...Dioden gegen VCC bzw GND". Aber egal. Wenn du an deinen Meßeingang 2 Si-dioden antiparallel gegen Gnd schaltest und die Spannung über einen Widerstand an den Meßeingang gibst, dann wird die Spannung direkt am Meßeingang nie mehr als +- 0,6 V betragen, weil ab dieser Spannung die Dioden anfangen zu leiten. Für einen AVR würde ich einen Messbereich von 2,56 V nehmen und eine diode durch 4,x V Zener ersetzen. (Keine negativ Spg. zulässig). Es macht dann ja nichts, wenn der Messeingang bis auf diese Spg. steigt, weil der AVR ja 5 V vertragen kann.
    Wie groß der Widerstand vor dem Messeingang sein muß, das ist die Kunst und hängt vom Eingangswiderstand ab.

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