Mit AVR 18 V messen

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03.02.2008, 07:07
bergowitch

Mit AVR 18 V messen

Hallo,
ich möchte gerne an meiner digitalen Carrera Bahn das Signal messen. das soll mit einem AVR und dem AD-Wandler erfolgen.
Ich denke das sollte mit einem Spannungsteiler gehen. Bisher habe ich max. 18V mit meinem Voltmeter an der Schiene gemessen.
Um nun den AVR als Messgerät zu verwenden, muss ich ja die Spannung auf die 5V mittels spannungsteiler begrenzen.
Die Schaltung sieht dann so aus:
GND -- R2 -- ADPORT -- R1 -- 18V
Wenn ich richtig gerechnet habe lautet die Formel:
R2 = (U2*R1)/(18V-U2) mit U2 = 5V ergibt sich R2 = (5/13) *R1
Wenn das so richtig ist, wie dimensioniere ich R1? 1kOhm?

Und noch eine Frage: Macht es etwas aus, dass der Controler mit einer Batterie versorgt wird und somit beide nicht den gleichen GND haben?
Gruß
Stefan
03.02.2008, 07:36
ACDC

Re: Mit AVR 18 V messen

Hallo Stefan !

Zitat:

Zitat von bergowitch

Die Schaltung sieht dann so aus:
GND -- R2 -- ADPORT -- R1 -- 18V
Wenn ich richtig gerechnet habe lautet die Formel:
R2 = (U2*R1)/(18V-U2) mit U2 = 5V ergibt sich R2 = (5/13) *R1
Wenn das so richtig ist, wie dimensioniere ich R1? 1kOhm?

Ich würde in den Fall einen Spannungsteiler aufsetzen, der Dir exakt ein Viertel der Spannung liefert, denn dann kannst Du im Programm einfacher und ohne zusätzliche Gleitkomma-Arithmetik auf Deine 18V zurück rechnen. Ein AVR sollte am AD-Eingang einen Widerstand haben, der kleiner als 10k ist, sagt das Datenblatt. Also würde ich Deinen R2 irgendwo zwischen 5k und 10k festlegen und R1 ausrechnen. Und vergiss die Schutz-Dioden direkt am Eingang nicht !

Zitat:

Zitat von bergowitch

Und noch eine Frage: Macht es etwas aus, dass der Controler mit einer Batterie versorgt wird und somit beide nicht den gleichen GND haben?

Ohne gemeinsamen GND fehlt Dir der gemeinsame Bezugspunkt und Du misst nur Mist ! ;-) Gemeinsame Masse ist ein Muss !

Gruß, Andreas
03.02.2008, 08:59
bergowitch

Hallo Andreas,
vielen Dank für die schnelle Antwort.
Mit dem gemeinsamen GND muss ich nochmal nachdenken. Es sollte ja funktionieren, wenn ich die Spannungsversorgung über die Schiene realisiere!?
Warum brauche ich eine Diode? Um eine Verpolung zu vermeiden? Dann muss also die Diode so eingebaut werden, dass sie im "Normallfall" nicht sperrt? Un was nimmt man da am besten für eine Diode?
Gruß
Stefn
03.02.2008, 10:36
Felix G

Also was der AD-Wandler garnicht mag sind Spannungen die kleiner sind als GND (also negative Spannungen) oder größer als VCC.

Daher sollte man vor den Eingang zwei Dioden schalten, eine nach GND und eine nach VCC, und zwar so daß sie sperren wenn die Spannung im erlaubten Bereich, also zwischen GND und VCC liegt.

kurz gesagt:
eine Diode mit der Kathode am ADC und der Anode an GND (leitet bei negativer Spannung)
und eine mit der Anode am ADC und der Kathode an VCC (leitet wenn die Spannung größer ist als VCC)
03.02.2008, 11:15
Besserwessi

Die Schutzdioden sind nicht unbedingt nötig, denn die sind schon im IC integriert, die zudem noch eine relativ niedrige durchlassspannung haben. Allerdings vertragen die IC internen nur relativ wenig Strom, kann die genauen Daten aber nicht finden. Mehr als ein paar mA sollten da nicht fließen.
Wenn man wirklich sicher gehen will und externe Schutzdioden dazunehmen will, sollte noch eine Widerstand von ca. 1 K vor den AD Eingang. Man kann dann auch ohne Probleme Dioden mit kleinem Leckstrom aber dafür eher hoher Durchlasspannung nehmen. Alternativ kann man auch eine 5.1 oder 5.6 V Zenerdiode nehmen.
03.02.2008, 11:52
bergowitch

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Hallo,
vielen Dank für die Antworten. Ich habe das Ganze mal kurz gezeichnet. Ist es so richtig?
Danke
Gruß
Stefan
03.02.2008, 12:14
Besserwessi

Der Widerstand R1 sollte nicht an VCC, sondern an die zu messende Spannung gehen. VCC ist die Spannungsversorgung des Prozessors. Wenn da kein weiterer Verbraucher dran ist, sollte D3 besser eine 5.1 V Zenerdiode sein.

Wenn man R2 größer als etwa 10 K machen will, um die Messstelle nicht stark zu belasten, sollte parallel zu R2 noch ein kleiner Kondensator von ca. 100pF-1 nF.
03.02.2008, 12:43
bergowitch

Hallo,
da hast du natürlich Recht. Vcc ist in diesem Fall 18V und nicht die Versorgungsspannung - mein Fehler.
Kann mir denn jemand den "Namen" von gänigen geeigneten Dioden nennen?
Gruß
Stefan
03.02.2008, 14:33
Felix G

Die Diode muss aber auf jeden Fall an VCC, also +5V...

Wenn man sie so schaltet wie in deinem Beispiel ist sie wirkungslos.

R1 muss also an 18V (oder was auch immer du messen willst) und die Diode an +5V (VCC).
03.02.2008, 15:39
avion23

Hallo bergowitch,
die Dioden kannst du weglassen. Solange der Strom über den Portpin unter 20mA bleibt, schaffen die Clampdioden im µC das.
Also
U = R * I
R = U / I
R = 18V / 0.02A
R = 900Ω
D.h. bei R = 900Ω und U = 18V wird der Portpin gerade gehimmelt. Also muss der Gesamtwiderstand zwischen 18V <---> R1 <---> R3 größer 900Ω sein. Kein Problem :)
04.02.2008, 12:16
Crazy Harry

Zitat:

Zitat von Besserwessi

Der Widerstand R1 sollte nicht an VCC, sondern an die zu messende Spannung gehen. VCC ist die Spannungsversorgung des Prozessors. Wenn da kein weiterer Verbraucher dran ist, sollte D3 besser eine 5.1 V Zenerdiode sein.

Hab ich mit Zenerdiode probiert, nur ist dann die Messkurve nicht mehr linear, da sie schon früher zu leiten beginnt. Besser sind die 2 Dioden. Ich hab aber die D4 am Vcc des Controllers und nicht an der zu messenden Spannung.

EDIT: meine Dioden sind nach R3 direkt am Controller ;)
05.02.2008, 07:22
bergowitch

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Also ich habe die Schaltung nochmal neu gezeichnet. So sollte es gehen!?
Geht die 1N4004 Diode?
Vielen Dank an alle
Gruß
Stefan
05.02.2008, 09:50
Martin.

Re: Mit AVR 18 V messen

Hallo!

Zitat:

Zitat von ACDC

Ein AVR sollte am AD-Eingang einen Widerstand haben, der kleiner als 10k ist, sagt das Datenblatt. Also würde ich Deinen R2 irgendwo zwischen 5k und 10k festlegen und R1 ausrechnen.

hab des gerade gelesen und wurde ein bisschen stutzig. Wie würdet ihr dann Spannungen messen ohne den Strom zu verfälschen? Normalerweise würde ich ja für so etwas einen sehr hohe widerstände verwenden, damit der Strom fast konstant bleibt. Aber wenn nur 10kOhm erlaubt sind, dann wird das ja schwierig.
05.02.2008, 10:05
nikolaus10

Hallo

Da bei deiner Carrera Bahn hoechstwahrscheinlich die Funken fliegen, jeder Funken ist min. 70 Volt, solltest du auch wert auf deine Schutzschaltung legen. 1N4007 ist zu langsam , nimm besser 1N4148.

MFG
05.02.2008, 10:25
Besserwessi

Mit dem Eingangswiderstand ist das dtenblatt auch etwas verwirrend. Einerseits steht da Eignagswiderstand von typisch 100 MOhm. Andererseits aber auch ein Leckstrom von maximal 1 uA und ein Empfohlener Widerstand der Quelle von unter 10 KOhm. Der Leckstrom wird in aller Regel deutlich kleiner sein als der angeben Maximalwert, vor allem wenn die temperatur nicht zu hoch ist. Wenn es bei hochohmigen Quellen auf eine genaue Messung ankommt ist das aber einen echte Begrenzung und man muss ggf. einen externen OP vorschalten.

Der andere Grund für die 10 KOhm empfehlung für den Eingang ist die kurzzeitige Belastung des Eingangs durch die Sample and Hold Stufe. Man kann sich bei hochohmigen Signalen etwas helfen indem man einen Kondensator von ca. 1-10 nF an den Eingang legt. Allerdings wirkt das dann als Tiefpass und schnelle Signale werden etwas verändert.

Als Schutzdioden wären z.B. 1N4148 oder wenn man keine Angst vor SMD hat auch BAV199 geeignet. Die 1N400x Serie geht auch, hat aber mehr Leckstrom (vergleichbar mit dem AD Eingang). Zu lamgsam ist nicht das Problem, den langsam bezieht sich auf das Ende des Stromflusses und das ist unkritisch. Schnell leiten tun alle Halbleiterdioden.
05.02.2008, 12:04
Crazy Harry

Zitat:

Zitat von bergowitch

Also ich habe die Schaltung nochmal neu gezeichnet. So sollte es gehen!?

ich würde es so machen (und mache es auch so) ... nur keine Z-diode, sondern zwei normale 1N4148 ..... aber das wissen ing & doc sicher besser :D

meine beschaltung für das messen des kfz-netzes ist spannungsteiler 3k:1k ..... 1k vor dem ad-eingang und 100nF auf masse
05.02.2008, 13:40
wischwasch

Zitat:

Zitat von nikolaus10

jeder Funken ist min. 70 Volt

Wesshalb sollten aus den 18V 70 Volt werden?
Ist die Induktivität des Motores etwa so hoch?
05.02.2008, 13:44
MartinFunk

Hi bergowitch,
ich würde anstatt dem Spannungsteierl ein Poti verwenden dann musste das nicht in software hin trimmen !

Martin
05.02.2008, 17:04
ACDC

[quote="nikolaus10"]Da bei deiner Carrera Bahn hoechstwahrscheinlich die Funken fliegen, jeder Funken ist min. 70 Volt, solltest du auch wert auf deine Schutzschaltung legen. 1N4007 ist zu langsam , nimm besser 1N4148.[quote]
Sollte er da nicht sogar auf Shottky-Dioden zurückgreifen, denn ich bin nicht sicher, dass die AD-Eingänge die 0,7V über VCC bzw. unter GND vertragen ?!

Gruß, Andreas
05.02.2008, 17:39
Besserwessi

Die Geschwindigkeit von Dioden wird erst dann ein Problem, wenn es darum geht schnell von Durchlaß in Sperrichtung zu Wechslen. In die andere Richtung hängt das nur von der Länge der Zuleitungen ab.

Shottky-dioden sind als Schutzdioden nicht gut, denn sie haben einen eher großen Leckstrom.
0,7 V unter GND oder über VCC sind wirklich nicht gut, aber dafür ist ja der extra 1K Widerstand vor dem AD Eingang. Der AVR hat intern eigene Schutzdioden, die einen kleinen Strom vertragen können. Selbt wenn vor dem Widerstand 1 V unter GND vorhanden sind, sind das dann weniger als 1 mA für die internen Schutzdioden.