Analog messen mit zwei Inputs

[bulinski]

Wieder eine Frage eines Elektronik-Neulings:

Ich arbeite mit einem Picaxe und hab einen hübschen Ultraschallsensor. Der liefert einen analogen Wert von 0-10V abhängig von der Entfernung.

Nun will ich den messen. Der Picaxe will aber was zw. 0V und 5V.
Der Aufbau eines Spannungsteilers ist mir klar, aber dadurch wird die max. Auflösung ja unnötig ungenau.

Gibt es eine einfache Möglichkeit, mit zwei analogen Inputs zu arbeiten und mit dem einen 0-5V zu messen und mit dem anderen alles was drüber ist, also 5-10V? Damit hätte ich die volle Bandbreite des Sensors bei maximaler Auflösung, oder ist das ein Denkfehler?

[MrQu]

Ist eigendlich unnötig, die Sache mit den zwei AD´s.
Geht auch garnicht, da die zu messende Spannung nicht über der Eingangsspannung des µC´s liegen darf.

Ich würde es mit Spannungsteiler machen (1x20KOhm, 1x10KOhm).
Ich würde nur mit einem Multimeter messen, ob ich wirklich ein "Pärchen" habe.
Einen Teilung 50:50 würde ich in dem Fall nicht machen.
Bei 0-10V hätte ich dann 0-5V, da der µC aber mit 5V Spannung läuft, kann es sein das er im oberen Bereich nicht mehr sauber misst.
Deshalb die 1:3 Teilung.

Gruß MrQu

[bulinski]

So eine Idee hatte ich auch.
Ich gebe zu, dass ich nicht die interne Auflösung des PIC kenne, habe aber ein ungutes Gefühl, weil ich natürlich die bestmögliche Genauigkeit haben möchte. Die leidet doch bei dieser Variante, oder?

[MrQu]

Also ich arbeite hauptsächlich mit den Atmel Typen.

Ist aber nicht viel Unterschied zu den PIC´s.

Da brauchst Dir keine Gedanken machen!
Wenn Du einen 1% Metall-Widerstand nimmst und sauber ausmisst, damit du ein sauberes Teilungsverhältnis hast ist das kein Problem.

Du kannst aber auch gleich Messwiderstände mit 0,1% oder 0,05% nehmen, dann hast du mit Sicherheit keine Probleme.
Die sind sogar oft Temperatur-Kompensierend, was lineareres wirst du kaum finden!

Gruß MrQu

[AlexAtRobo]

Durch den Spannungsteiler alleine verlierst du keine Auflösung. Sprich, wenn du einen 8Bit ADC hast hättest du die 0-10V in 256 Stufen aufgeteilt, nach dem Spannungsteiler hast du 0-5V in 256 Stufen aufgeteilt.
Wenn du allerdings 0-3,333V machst wie vorgeschlagen, verlierst du natürlich Auflösung, da du 1,666V deines Messbereichs nicht nutzt.

Wenn du die Spannung in 2x5V aufteilst (ist technisch ja möglich) gewinnst du aber auch nur 1Bit hast dann also 9Bit oder 512 Stufen.
(Das eine Bit sagt dir, ob die Spannung über oder unter 5V war)
Der Schaltungsaufwand wächst und es ist zu erwägen, was sinnvoller ist (externer ADC, das Zusatzbit siehe oben, oder andere Math. Verfahren speziell wenn es nicht zeitkritisch ist - siehe aktuell laufende Diskussion zw. mir und ratber (Appnote 121 Fortsetzung aus altem Topic für AlexATRobot).


lg

Alex

[MrQu]

@AlexAtRobo

Hast recht, hab ich vor lauter schnell schnell, ums falsche Eck gedacht. *:-)*

Teiler 50:50 ist besser, zwei mal 10kOhm, Messwiderstand und gut ist.

Gruß MrQu

[Robotronix]

du könntest doch einen 'umschaltbaren' Spannungsteiler verwenden und
erst ab ca. 4V zuschalten.
Dann hast du sozusagen Nah- und Fernbereich

[AlexAtRobo]

Die Idee ist auch nicht schlecht.
Im Nahbereich misst du mit dadurch mit 0,0195V pro Bit, im Fernbereich mit dem doppelten - das ist grade im Zusammenhang mit dem Ultraschallsensor gar nicht so ungeschickt.

lg

Alex

[MrQu]

Ja, gute Idee!

Aber obacht, den Innenwiderstand von so nem Schalter/Relais ist nicht immer gleich.

Vielleicht einen digitalen Schalter verwenden.

Gruß MrQu

[AlexAtRobo]

ja, definitiv, nicht mit einem Relais, da wirst du ja verrückt.

1x Komperator (ist im AVR oft schon dabei), 1xFet, ein paar Wiederstände, sollte passen.

lg

Alex

[Ratber]

@Bulinski

Stell dir mal die Frage welche Auflösung du benötigst.

Dein Sensor liefert 0-10V für einen bestimmten Entfernungsbereich den ich jetzt nicht kenne also nehme ich mal einfach aus der Luft gegriffen 0-1024mm an damit es einfach zu rechnen ist.

Und damit es noch einfacher wird ändere ich das ausgangssignal auf 0-10.24V
Das ist nicht soweit daneben das es unrealistisch wird aber wie man sich denken kann simpler zu rechnen.
Der Wandler wird einfach mal mit 10-Bit angenommen und sein Messbereich mit 0-5.12V (JA is absicht).
Davor ein Spannungsteiler 1:2 (Das einfachste sind 2 gleiche Widerstände.Tolleranzen lass ich erstmal weg.Reine Theorie)
Deine Auflösung ist dann ideale 1mm wenn alles gut geht.

Ich vermute mal das der Sensor für einen Robbie sein soll also dürfte die Auflösung mehr als genug sein.

Selsbt wenn der Sensor bis 5m geht dann haste so immernoch ein 5mm Raster mit dem du Entfernungen bestimmen könntest.

Jetzt etwas mehr Praxis:

Je nachdem ob er das erste Echo oder die Summe auswertet bekommst du nur eine Entfernung zu dem/den Objekt(en) die im Erfassungsbereich liegen also sind die angenommenen 5mm immernoch Reichlich.

Dann gibt es noch das Problem das solche Signale nicht unendlich präzise sind.
Auch der US-Wandler kocht nur mit Wasser.
Vereinfacht gesagt schickt er nen Pieps los und misst die Zeit bis das Echo kommt.
Ja nur wie wird da eine Spannung draus ?

Eine Methode ist eine Spannungsrampe zu generieren und zu stoppen wenn das Echo da ist.
Idealerweise wäre ein Sägezahn.
Den kann man einfach mit einem Kondensator realisieren.

Leider ist die Ladekennlinie eines Kondensators auch ausschnittsweise nicht Linear so das man das Ergebnis nur bis zu einer gewissen Genauigkeit nutzen kann.

So findet man das zb. in US-Alarmanlagen oder einfachen US-Abstandswarnern bzw. Bausätzen zur Anschaung.

Präziser geht es Digital.
Es wird einfach ein Zähler gestartet der dann eben beim Echo stoppt.
Dabei hat man dann die Möglichkeit mehrfachmessungen zusammenzufassen um Fluktuationen aufgrund von Fehlmessungen vorzubeugen.
aber wie auch immer die Strategie ist am Ende wird ein Digitaler Spannungswert (DAC) ausgegeben.

Hier ist die Auflösung also durch die Spannungstreppe begrenzt.
Es macht dann natürlich keinen Sinn eine 8-Bit Treppe mit 10-Bit auszulesen.
Das Ergebnis wäre immernoch 8-Bit

Die Frage ist also "Wie weit löst der US-Sensor auf ?" wenn er Digital arbeitet.

Wenn er Analog arbeitet ist die Frage "Wie stabil ist das Messsignal ?"

Danach richtet sich die Auflösung die du bekommen kannst.
Ob du sie dann auch nutzt oder weiter runtergehst mußt du dann selber entscheiden.


Und nun zum umschaltbaren Teiler:

Klar wenn du die 0-5V des Sensors direkt in den Wandler schiebts dann verdoppelst du mal eben die Auflösung in der nahen hälfte des Messbereiches.
In obigem Beispiel auf 0.5mm.
aber die Frage ist eben ob du wirklich so genau arbeiten willst und ob das auch geht (Technische Gegebenheiten)


Hast du mal die Eckdaten des US-Sensors damit man mal konkreter rechnen kann ?