LED als Sensor - ADC_Messung funktioniert nur, wenn ein Multimeter angeschlossen ist.

[Jimmybot]

Gerade mit 2MOhm getestet. Schaltung funktioniert. Werde mal nach vollziehen, warum das so ist. Will ja in Zukunft vorher wissen, ob ich einen hohen Pulldown-Widerstand benötige. Danke für den Tip!



Zur Erklärung wie die Schaltung funktioniert:

Beispiel für die LED1 (oben links):
Im Sensorbetrieb wird der Transistor T19 gesperrt, damit an der Anode keine 5V über den Arbeitswiderstand R10 anliegt. Die Kathode wird vom Controller auf 5V geschaltet und T1 wird ebenfalls angesteuert, damit er leitend wird. Nun kann ich eine Spannung am Emitter vom T12 messen, die in Abhängigkeit vom Lichteinfall ist.

Für den Leuchtbetrieb muss der Transistor T1 sperren und T19 Leitend. Zudem muss der Controller die Kathode auf GND schalten.

Für die Matrix habe ich mir gedacht, dass ich ein Multplexverfahren benutze. Dabei wird für den Sensorbetrieb Spalte für Spalte vorgegangen und in der Spalte dann LED für LED.
Nehmen wir an, dass die linke Spalte im Sensorbetrieb ist und die anderen beiden Spalten im Leuchtbetrieb.
Dann wird T19 die 5V für die linke Spalte sperren. T20 und T21 bleiben leitend. Da noch auf allen Kathoden der LEDs 0V anliegt, leuchten die Spalten "Mitte" und "Rechts"
Jetzt wird werden die Transistoren T1, T4 und T7 angesteuert, damit sie leitend werden. Dann in der 1. Zeile die Kathoden auf 5V geschaltet. Die LED der Zeile sind dann alle aus. Dann an LED1 die Spannung messen und die Kathode wieder auf 0V schalten. Im Controller dann den Kanal für die 2. Zeile wechseln und dann die Kathoden der 2. Zeile auf 5V schalten. Spannung am Emitter vom T13 messen. Und so dann für Zeile 3 widerholen.
Dann die Spalte wechseln und wieder von vorne beginnen.
Für den Leuchtbetrieb wird dann jede einzelne LED angesteuer. Linke Spalte 5V und 1. Zeile 0v ergibt, dass nur LED1 leuchtet und alle anderen dunkel sind.

Jetzt muss ich das einwig geschickt timen, damit man die LED im Sensorbetrieb nicht flackern sieht. Spricht nicht immer alle 9 LEDs nach ein ander im Sensorbetrieb betreiben, sonden Paketweise verteilt. Daher auch diese Lösung. Laut Datenblatt braucht der ADC vom Controller 50-200µs (abhängig vom Takt und dem Taktteiler) für eine Wandlung. Wenn ich jetzt zB. eine Wiederholzeit von 10ms anstrebe und dafür 1ms für das Messen abdrücke, sollte man es nicht bemerken und ich habe eine ganze Spalte erfasst. Dann brauche ich 30ms um die Matrix einmal komplett zuerfassen. Das sollte schnell genug sein, damit man keine verzögerung bemerkt.


So... Viel Text aus meinen verwirtem Gehirn. Bin mir ziehmlich sicher, dass ich in meiner Vorstellung, wie das ganze funktionieren soll, noch ein Denkfehler drin ist. Aber da werde ich jetzt nach dem Verfahren "Try and Error" weiter machen.

[i_make_it]

Nun, der Collector von T1 hängt an 5V.
Die Basis von T1 hängt an 5V.
Die Basis von T12 hängt über T19 an 5V.
Der Collector von T12 hängt über T1 an 5V.
Der Ermitter von T12 geht auf den ADC Eingang.
Da der ADC ja Spannungen mißt, hat er idealerweise einen unendlichen Widerstand.
(praktisch einen sehr hohen)
Über LED1 kommt zwar nicht so viel Strom, aber wenn die Leckströme größer sind wie der vom ADC, dann bleibt die Spannung immer oben.

Da die LED nicht so viel Strom liefert, zieht wiederum ein zu kleiner Pulldown Widerstand den ADC Eingang ständig auf GND.
Es kommt also darauf an das Gleichgewicht zu wahren.
Fließt entsprechender Strom über LED1 muß der Pulldown Widerstand groß genug sein das sich eine Spannung aufbauen kann.
Fließt ein kleiner oder kein Strom über LED1 muß der Pulldown Widerstand klein genug sein, das die Spannung trotz Leckströme absinken kann.

Im Prinzip wie ein Ableitwiderstand bei einem ESD Armband. der statische Elektrizität mit einer ungefährlichen Stromstärke ableitet.

Da in einigen Treads ja grade das Wassermodell zum Erklären gut ankommt, auch hier mal:
Stell Dir Spannung als Wasserdruck vor und Strom als Volumenstrom (Menge pro Zeit)
Den Widerstand als Wasserhahn und den ADC als Druckmeßdose.

Du hast also ein Rohr an dem unten ein Wasserhahn ist und direkt daneben der Drucksensor.
Kommt jetzt von oben ein Wasserstrahl mit 10 Bar aber nur durch eine Kanüle einer Spritze, dann darf der Wasserhahn nur minimal aufgedreht sein, damit der Drucksensor die 10 Bar anzeigen kann. kommen von oben nur noch 5 Bar, kann über den Wasserhahn aber schnell genug Wasser abfleißen, damit sich der Druck abbaut.
Hängt oben ein C-Rohr von der Feuerwehr dran, muß man den Wasserhahn voll aufdrehen, sonst dauert es ewig bis der Druck abfällt nach dem man den Zufluß gedrosselt hat.

[Jimmybot]

Okay... jetzt wird es klar.
Mal kurz für mein Verständnis:

In den meisten Fällen wird ja ein Spannungsteiler genutzt, um die Spannung zu messen.
Wenn jetzt mein T1 mit T12 zusammen mein R1 wäre, der veränderbar ist, muss der 2MOhm Widerstand mein R2 sein.

Wenn man jetzt nur den ADC-Eingang betreibt ohne den 2Mohm, ist mein R2 unendlich groß.
Und das bedeutet, dass die Spannung die am R2 abfällt immer die max. Spannung sein wird, egal wie groß R1 ist.
Habe ich das grob richtig verstanden?

Andere Frage:
Warum hängt die Basis vom T12 über T19 an 5V, wenn T19 doch sperrt?

[Peter(TOO)]

Wenn man jetzt nur den ADC-Eingang betreibt ohne den 2Mohm, ist mein R2 unendlich groß.
Und das bedeutet, dass die Spannung die am R2 abfällt immer die max. Spannung sein wird, egal wie groß R1 ist.
Habe ich das grob richtig verstanden?

ATMegas haben typisch einen Eingangswiderstand im Bereich von 32-100MOhm.

Andere Frage:
Warum hängt die Basis vom T12 über T19 an 5V, wenn T19 doch sperrt?

Die ganze Schaltung ist nur ein Ausschnitt aus etwas komplizierterem. T12 und T19 dürften durch digitale Signale angesteuert werden.
Diese Schaltung dürfte mehrfach vorhanden sein und als Multiplexer arbeiten.

Am Collector von T19 dürfte auch eine höhere Spannung anliegen.
Wird dann T19 angesteuert leuchtet die LED.
Wird T12 gesperrt sollte wohl keine Spannung von dieser LED an den ADC-Eingang gelangen.

Allerdings funktioniert das Ganze so nicht sauber.

MfG Peter(TOO)

[Jimmybot]

ATMegas haben typisch einen Eingangswiderstand im Bereich von 32-100MOhm.

Danke für den Hinweis

Die ganze Schaltung ist nur ein Ausschnitt aus etwas komplizierterem. T12 und T19 dürften durch digitale Signale angesteuert werden.
Diese Schaltung dürfte mehrfach vorhanden sein und als Multiplexer arbeiten.

Richtig. Aller dings ist die Schaltung nicht Copy und Paste, sondern meine eigene Kreation.

Am Collector von T19 dürfte auch eine höhere Spannung anliegen.
Wird dann T19 angesteuert leuchtet die LED.
Wird T12 gesperrt sollte wohl keine Spannung von dieser LED an den ADC-Eingang gelangen.
Allerdings funktioniert das Ganze so nicht sauber.
MfG Peter(TOO)

Soweit Richtig.
Wird T19 angesteuert und hat die Kathode 0V leuchtet die LED.
Dabei muss aber der Collector von T12 von der Kathode getrennt sein.

Hier mal das Ganze in einer Logiktabelle

	Basis T19	Basis T1	Kathode		Basis T12	Emitter T12
Leuchtbetrieb	5V	0V	0V		U_LED	?
Sensorbetrieb	0V	5V	5V		Ux_LED	Ux

U_LED: Vorwärtsspannung der LED
Ux_LED: Spannung von der LED in Abhängigkeit vom Lichteinfall
Ux: Licht abhängige Spanung die durch T12 verstärkt wurde

Was meinst du damit, dass das Ganze nicht so sauber funktioniert?


Nachtrag:
Ich glaube ich weiß was du meinst.
Die LED hat auch ein kapazitiven Wert, der nach dem Abschalten der Spannung an der Anode aber noch einwenig von der LED gehalten wird bis sich diese entladen hat. Ich muss mir was überlegen, wie ich die LED vor dem Sensorbetrieb entladen kann.

[Peter(TOO)]

Hallo,

Was meinst du damit, dass das Ganze nicht so sauber funktioniert?

Nachtrag:
Ich glaube ich weiß was du meinst.
Die LED hat auch ein kapazitiven Wert, der nach dem Abschalten der Spannung an der Anode aber noch einwenig von der LED gehalten wird bis sich diese entladen hat. Ich muss mir was überlegen, wie ich die LED vor dem Sensorbetrieb entladen kann.

Gut, habe ich richtig geraten.
1. Wenn T19 durchsteuert, liegen an dessen Emitter maximal 4.3V an.
An LED1 liegen dann 4.3V an der Anode und 5V an der Kathode.
Also -0.7V, da leuchtet noch lange nichts!

2. Mit T1 klemmst du zwar den Collector von T12 ab, aber da ist noch die BE-Diode von T12!
Wenn die LED leuchtet, liegt am Emitter von T12 die Anodenspannung von LED1-0.7V an.

Geht also so nicht!

MfG Peter(TOO)

[Jimmybot]

Hallo,

Gut, habe ich richtig geraten.
1. Wenn T19 durchsteuert, liegen an dessen Emitter maximal 4.3V an.
An LED1 liegen dann 4.3V an der Anode und 5V an der Kathode.
Also -0.7V, da leuchtet noch lange nichts!

MfG Peter(TOO)

Doch sie leuchtet, da an der Kathode 0V anliegen

2. Mit T1 klemmst du zwar den Collector von T12 ab, aber da ist noch die BE-Diode von T12!
Wenn die LED leuchtet, liegt am Emitter von T12 die Anodenspannung von LED1-0.7V an.

Geht also so nicht!

Das ist im Moment mein Problem. Zwar nicht das ich hier was Messen will, wären die T19 durchschalte. Sondern, wenn T19 sperrt. Also die Restspannung der Kapazität der LED noch die Spannung hochhält.



PS:
Peter(TOO) ich glaube du hast dir den ersten Schaltplan angesehen, der ja nur ein Ausschnitt aus der Matrix ist und den Zustand im Sensorbetrieb festhalten soll.