Kleines Problem? Oder doch ein GROSSES??? [Archiv]

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DreamLiner07

15.02.2007, 19:49

Hallo. Ich hätte da mal ein Problem. Ich habe den Auftrag bekommen für eine Kraftmessdose eine LCD Anzeige zu bauen. Aus der Messdose kommen 0-14mV.

Ich habe 2 Lösungsvorschläge:

1.) Signalverstärkung mit OP; A/D-Wandlung und Anzeigencodierung mit Microcontroller; Ausgabe auf LCD-Anzeige.

2.) Signalverstärkung mit OP; A/D-Wandler; BDC-Codierung; Ausgabe LCD-Anzeige.

Meine Fragen an Euch sind:

a) Geht das überhaupt?
b) Geht das auch noch einfacher?

und für die fleissigen :-)
c) Wer hat da denn schon mal ein paar Tips und Tricks für mich auf Lager

Grundsätzlich bin ich natürlich immer daran interessiert zu basteln, und meine erste Steuerund mit selbstprogrammiertem Microcontroller... das klingt schon gut. Leider wird mein Geldgeber (Studentenjob) auch irgendwann ein Ergebnis verlangen.

Ich bin Euch für jede Hilfe sehr dankbar.

Mit freundlichen Grüßen

Volker

uwegw

15.02.2007, 19:58

1.) Signalverstärkung mit OP; A/D-Wandlung und Anzeigencodierung mit Microcontroller; Ausgabe auf LCD-Anzeige.

2.) Signalverstärkung mit OP; A/D-Wandler; BDC-Codierung; Ausgabe LCD-Anzeige.

Ich persönlich würde 1.) vorzeihen. Nen TTL-Grab aufzubauen ist nicht mehr Stand der Technik.

Meine Fragen an Euch sind:

a) Geht das überhaupt?
b) Geht das auch noch einfacher?

a) ja
b) manche µCs haben an ihren Analogeingängen einen eingebauten Vorverstärker. Das könnte evtl den OP einsparen.

Wie genau muss das ganze werden?

DreamLiner07

15.02.2007, 21:10

Ich denke mal eine Abweichung von 5% wäre erstrebenswert. Darüber habe ich mir aber noch keine Gedanken gemacht da ich erst einmal die Frage der grundsetzlichen Realisierungsmöglichkeiten klären wollte, zum Andern dieses Projekt schon morgen wieder gestorben sein kann. Der Leidtragende ist dann wieder der arme Student.

Aber ich scheine ja schon mal mit meinem Grundwissen einen ersten Treffer gelandet zu haben. Jetzt fehlt "nur" noch die Umsetzung. Bin mal gespannt wie sich das weiter entwickelt.....

kalledom

15.02.2007, 23:31

Für wieviel kN / Tonnen ist die Meßdose ? Mit Dehnungsmeßstreifen, Öldruckkissen, ... ?
Um von 14mV auf 5V zu kommen, ist eine Verstärkung von 357 erfoderlich.
Das würde ich nicht mit einem OpAmp verstärken sondern die Meßdose in eine Meßbrücke einbinden, mit einer sehr stabilen Spannung versorgen (auf den Brückenstrom achten) und an einen Meßverstärker mit mehreren OpAmps anschließen, der temperaturkompensiert ist. Sonst bekommst Du bei 357-facher Verstärkung Schwierigkeiten.

Manf

15.02.2007, 23:42

DreamLiner07

16.02.2007, 19:39

DreamLiner07

16.02.2007, 19:43

Okay, der Chef hat nichts dagegen. Ich bekomme erst einmal genug Zeit, und Lust habe ich allemal. Also wird es die Lösung mit dem Microcontroller. Als erstes brauche ich jetzt natürlich ein Testboard. Hat da jemand einen Tip für mich? Ich kann bei Conrad und RS-Elektronik bestellen. Natürlich so günstig wie möglich, aber ich möchte mir auch nicht den Daumen abbrechen.

http://www1.conrad.de/scripts/wgate/zcop_b2c/~flNlc3Npb249UDkwV0dBVEU6Q19BR0FURTE1OjAwMDEuMDE2Z i4yMGJkNTA3OSZ+aHR0cF9jb250ZW50X2NoYXJzZXQ9aXNvLTg 4NTktMSZ+U3RhdGU9NDE2OTYyNzA0Nw==?~template=PCAT_A REA_S_BROWSE&mfhelp=&p_selected_area=%24ROOT&p_selected_area_fh=&perform_special_action=&glb_user_js=Y&shop=B2C&vgl_artikel_in_index=&product_show_id=&p_page_to_display=DirektSearch&~cookies=1&zhmmh_lfo=&zhmmh_area_kz=&s_haupt_kategorie=&p_searchstring=&p_searchstring_artnr=190858&p_search_category=alle&r3_matn=&insert_kz=&area_s_url=&brand=&amount=&new_item_quantity=&area_url=&direkt_aufriss_area=&p_countdown=&p_80=&p_80_category=&p_80_article=&p_next_template_after_login=&mindestbestellwert=&login=&password=&bpemail=&bpid=&url=&show_wk=&use_search=3&p_back_template=&template=&kat_save=&updatestr=&titel=&darsteller=&regisseur=&anbieter=&genre=&fsk=&jahr=&jahr2=&dvd_error=X&dvd_empty_error=X&dvd_year_error=&call_dvd=&kna_news=&p_status_scenario=&documentselector=&aktiv=&p_load_area=$ROOT&p_artikelbilder_mode=&p_sortopt=&page=&p_catalog_max_results=10

Das wäre so was in der Richtung wie ich es mir vorstelle.

Manf

16.02.2007, 21:03

Bei Conrad solltest Du das Produkt geeignet beschreiben.

Entweder mit Artikelnummer

oder mit Conrad- Link: "Link auf diesen Artikel"

sonst kommt ohne Cookie: Shop neu starten

kalledom

16.02.2007, 21:43

Eine so hohe Verstärkung stellt auch sehr hohe Anforderungen an Spannungs-Stabilität, Temperatur-Kompensation, usw.
Wenn sich die Spannung am Dehnungsmeßstreifen um 1mV ändert, sind es nach dem 'Verstärker' = 357mV !
Außerdem sollte der Dehnungsmeßstreifen durch minimalen Strom auf eine Temperatur gebracht werden, die von der Umgebungstemperatur kaum noch beeinflußbar ist.
Lade Dir mal das Datenblatt des 2B31 von Analog Devices. Ist ein uralter Hund, an dem Du aber sehr gut sehen kannst, wie der Dehnungsmeßstreifen in einer Meßbrücke angeordnet ist und versorgt wird. Außerdem kannst Du den Aufwand erkennen, der betrieben wurde, um eine hohe Verstärkung (bis 2000) stabil zu bekommen. Dieser 'schwarze Klotz' kostete bis zu 380 DM.
Heute gibt es sicherlich einfachere und preiswertere Präzisions-Meßverstärker.

Vitis

16.02.2007, 22:35

testboard? brauchts nicht unbedingt.
kann man auf dem Breadboard zusammenstöpseln.
Aber wenns doch n Board sein soll kann ich die RN-Control
gutengewissens empfehlen. den Programmierdongle dazu
und n beliebiges LCD, schon kanns losgehen.
An Deiner Stelle würd ich mal it ner einfachen OP-Amp-Verstärkung
probieren, wenns nicht funzt kannste immernoch den Aufwand erhöhen.

PICture

17.02.2007, 16:11

Hallo DreamLiner 07!

Um sehr kleine Gleichspannung zu Verstärken unabhängig vom Temperaturdrift des Verstärkers wird die Spannung in Wechselspannung umgewandelt (Chopper), verstärkt, gleichgerichtet (Instrumentalgleichrichter) und geglättet.

Übrigens, man könnte die Messbrücke auch mit einer Wechselspannung versorgen.

MfG

DreamLiner07

17.02.2007, 17:52

Was mich bei der ganzen Sache immer noch beschäftigt ist, das wir gelernt haben, das ein OP im Idealfall unendliche Verstärkung hat, und einen sehr großen Innenwiderstand. Und jetzt soll er für eine Verstärkung von 370 nicht geeignet sein. Da stellt ich mir irgendwie schon die Frage warum ich eigentlich so einen Schund überhaupt lernen.

Danke für die Tips, ich werde mich gleich mal hinsetzten und mir viele Gedanken machen. Was dann für Fragen aufkommen werdet ihr sicherlich bald erfahren :-)

uwegw

17.02.2007, 18:43

Und jetzt soll er für eine Verstärkung von 370 nicht geeignet sein.

ein stinknormaler OP kann zwar problemlos 370fach verstärken, aber nicht so genau, wie du es brauchen würdest.

DreamLiner07

17.02.2007, 19:25

Okay, das ist was anderes :-) Danke für die schnelle Aufklärung.

kalledom

17.02.2007, 22:32

uwegw hat es schon geschrieben, den Verstärkungsfaktor zu erreichen, ist überhaupt kein Problem; der ergibt sich aus dem GegekopplungsWiderstand.
Mit zunehmender Verstärkung nehmen aber die Probleme zu.
Wenn bei hoher Verstärkung das Layout nicht 'ordentlich' gestaltet ist, hast Du keinen Verstärker, sondern plötzlich einen Oszillator.
Die Temperatur verändert den Offset / Nullpunkt um wenige MikroVolt am Eingang, aber um viele MilliVolt am Ausgang.
Warum glaubst Du, wurde in dem 2B31 so ein Aufwand betrieben ? Der ist heute wegen neueren Erkenntnissen und Möglichkeiten nicht mehr ganz so hoch, aber immer noch wesentlich höher, als nur 1 OpAmp mit 4 Widerständen. Und PICture hat ja auch schon was dazu geschrieben, Stichwort InstrumentenVerstärker.
Versuche es mit 2 OpAmps; der erste mit v = 37 und der zweite mit v = 10.
Mit 2 OpAmps liegen Ein- und Ausgang räumlich auseinander, Stichwort Schwingneigung / Oszillator.

PS: In der Schule lernt man, wie der OpAmp berechnet und beschaltet wird, aber nicht, wie man ihn richtig betreibt. Dazu brauchst Du Erfahrung.

DreamLiner07

18.02.2007, 16:23

testboard? brauchts nicht unbedingt.
kann man auf dem Breadboard zusammenstöpseln.

Super, wieder 30€ gespart :-) Dieses Forum ist für mich gerade echt Gold wert. Ich werde dann auch wie schon empfohlen 2 OpAmps benutzen.

Ist es ratsam den A/D-Wandler des Microcontrollers zu benutzen? Oder ist der für diese Aufgaben dann doch nicht so gut geeignet?
http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?part_id=2004
Es wird sowas wie der AT-mega8 werden.[/url]

kalledom

18.02.2007, 17:50

10kN bei 5% Genauigkeit, da kommst Du mit der 'groben' 8-Bit-Auflösung des µC hin. Das sind dann die 10kN / 256 Schritte = 0,0390625 kN = 39N Auflösung.
Wenn das nicht ausreicht, nimm alle 10 Bits des A/D-Wandlers, dann kommst Du auf 10kN / 1024 Schritte = 0,009765625kN = 9,765625N Auflösung. Dem wird die 2-OpAmp-Lösung allerdings kaum gerecht.

OnkelTobi

18.02.2007, 18:12

Einige Avrs haben einen internen GAIN von 20x (Tiny26, Tiny44) oder sogar 200x.

Wenn man eine Referenzspannung von ~1V und 10bit AD-Wandlung nutzt, kommt man auf eine Auflösung von ~1mV/ Bit.

Messbereich bei 0...0.014V -> Gain 20x -> 0...0,28V -> ergibt 35N/bit Auflösung.
Bei Vref ~3V und nem Gain von 200x sollte man in etwa auf 10N/bit kommen.

Sollte die Genauigkeit nicht reichen, kann man durch Oversampling die Genauigkeit erhöhen, z.B. auf 12 Bit.
Einfach gesagt, wackelt man dazu ein wenig an der Referenzspannung und misst den durchschnittlichen ADC-Wert.
Bei Atmel gibts dazu eine Appnote.

Was ich nicht sagen kann, ob der Fehler bei Benutzung des internen Gains höher sein wird, als bei Verwendung eines OPV als Verstärker.

Selber habe ich mal Spannungen im mV-Bereich mit einem Tiny44 und dem internen Gain von 20x gemessen, das lief ziemlich sauber und fehlerfrei.

Ich würde es einfach mal probieren.

Gruß Tobi

uwegw

18.02.2007, 20:08

Was ich nicht sagen kann, ob der Fehler bei Benutzung des internen Gains höher sein wird, als bei Verwendung eines OPV als Verstärker.

beim Mega32:
10x--> 8bit Auflösung
200x--> 7 bit Auflösung

DreamLiner07

19.02.2007, 15:26

Puh... Und wer lötet mir das ganze jetzt zusammen?

*lach* Mir juckt es in den Fingern. Mittwoch bin ich wieder im Betrieb, dann möchte ich bestellen. Zumindest mal ein paar Sachen um auszuprobieren. Zu aller erst natürlich die Verstärkerschaltung. Dann mache ich damit mal ein paar Tests und schau mal wie genau die Sache wird.

Ich brauche für das Display, die Messdose und den Microcontroller jeweils +5V Versorgunsspannung. In einem anderen Thread wurde für eine Schaltung mit DMS der TL072 als OPamp empfohlen. Doch der braucht als Vcc +/- 18V. Gibts da auch ne Lösung bei der ich die ganze Schaltung mit 5V versorgen kann? Und liefert ein solches Netzteil

http://www1.conrad.de/scripts/wgate/zcop_b2c/~flN0YXRlPTExNTA5MzU5OTM=?~template=PCAT_AREA_S_BR OWSE&p_page_to_display=DirektSearch&p_searchstring_artnr=190809&zhmmh_area_kz=

eine ausreichend saubere Spannung?

MFG Volker

uwegw

19.02.2007, 16:52

http://www.conrad.de/goto.php?artikel=190809

nen einfaches Steckernetzteil wäre billger, und du muss nicth an 230V rumbasteln.

Du solltest auf jeden Fall eine symmetrische Versorgung verwenden, wenn du so kleine Spannungen messen willst. +-18V müssen es aber nicht sein, +-5 würden schon reichen.

DreamLiner07

19.02.2007, 18:08

http://www.conrad.de/goto.php?artikel=190809
+-18V müssen es aber nicht sein, +-5 würden schon reichen.

Aber ich brauche doch für den OP 18V Versorgungsspannung, oder etwa nicht? Das war ja auch meine Frage. Kann ich diese 18V nicht irgendwie umgehen? Mit einem OP der nur 5V Versorgungsspannung benötigt?

uwegw

19.02.2007, 18:19

ich würde mal vermuten dass 18V die MAXIMALE Spannung für den TL072 sind...

edi: stimmt, ist der maximalwert. +-5V-Betrieb sollte kein Problem sein.

kalledom

19.02.2007, 18:56

Die +-18V sind Maximum ! Bei +-19 ist der OpAmp hinüber.
Wenn ein Maximum angegeben ist, spricht nichts und niemand dagegen, weniger zu nehmen. uwegw hatte bereits +-5V vorgeschlagen.
Damit am Ausgang 0...5V rauskommen können, muß die Versorgungsspannung etwas höher sein.
Probiere mal folgende Schaltung aus und berichte, wie stabil die ist.

DreamLiner07

19.02.2007, 20:37

Oha... da hätte ich wohl schon bald meinen ersten OP auf dem Gewissen gehabt. Das wusste ich nicht. Das Vcc dann höher sein muss als Ua ist aber klar. Danke :-)

wkrug

19.02.2007, 23:30

Hier wird immer geschrieben das der A/D Wandler der ATMEGAS für einen Maximalwert des A/D Wandlers 5V am Eingang braucht.

Ist es nicht so, wenn man die interne Referenzspannung von 2,56V nimmt, das dann ein Wert von 2,56V dem maximalen Wandlerwert entspricht ?

Dann müsste man die Verstärkung der Schaltung zurücknehmen und es würden dann +/-5V als Versorgungsspannung für den Controller und den OP Amp ausreichen.

In ELEKTOR nehme sie für solche Messaufgaben immer einen TLC272.
Ich hab jetzt die Datenblätter zu wenig studiert um sagen zu können ob dieser OP-Amp für diese Aufgabe tatsächlich besser geeignet ist als ein TL072, mir ist das halt nur aufgefallen.