Signalanpassung für AD-Wandler

[Paracetamol]

Hi,

ich habe mich zur Zeit auf die ATtiny Serie eingeschossen und will den 13er benutzen um eine analoge Spannung mit 10Bit zu digitalisieren und per RS232 an einen Rechner zur Aufzeichnung der Werte zu schicken. Der ATtiny will 0-5V unipolar an seinem AD-Eingang sehen.
Analoge Quelle ist ein "IR-550A", ein Infrarotthermometer-Vorsatz normalerweise zum Anschluß an ein DigiVoltmeter. Ausgang ist 1mV pro Grad, Meßbereich -30 - 550 Grad. Das Ding macht also -30 bis 550 mV. Die negativen Temperatur/mV - Werte sind mir wichtig und ich möchte nicht darauf verzichten. Wie "mappe" ich die -30 - 550 mV auf 0-5V für den AD-Eingang?
Ein Addierer mit OPAMP realisiert würde sich wohl anbieten; allerdings waren alle analogen AddierVerstärker die ich im Inet fand INVERTIEREND.
Ich bräuchte eine OPAMP Schaltung, die 30mV zum Ausgang des "IR-550A" hinzuaddiert und das Ergebnis mit 10 multipliziert. Ich möchte OPAMPs benutzen und kein Widerstandsnetzwerk, da ich nicht weiß welche Ausgangsimpedanz das IR-550A treiben kann (Das Ding ist ja zum Anschluß an ein DigiVoltmeter designt, und die sind ja recht hochohmig)

Gruß,
Stefan

[Hubert.G]

Warum stört dich ein invertierender Addierverstärker, dem µC ist es doch egal ob 1023 0V oder 5V sind. Ausserdem kannst du die interne Referenz verwenden, die ist wahrscheinlich konstanter als VCC.

[Paracetamol]

Ich wollte den Opamp mit einer einfachen Betriebsspannung versorgen (GND, Vcc) und nicht mit einer Doppelversorgung (-Vcc, Vcc).
Benutze ich einen invertierenden OPAMP, legt er doch eine negative Spannung an den Ausgang, sobald ich ihn mit meiner positiven Meßspannung am Eingang belege. Da ich ihn nur unipolar betreibe, hängt der Ausgang dann doch kostant auf 0V (weils nicht tiefer geht)
Irre ich jetzt?

Gruß

[Yossarian]

Hallo
Ein "normaler" nichtinvertierender Verstärker ist doch als Adder geeignet.
Einfach die beiden Spannungen über Widerstände in den Eingang koppeln.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Hubert.G]

Kannst du an einen OP mit Single-Supply eine negative Eingangsspannung anlegen, ich glaube nicht das es funktioniert.
Invertierend heisst 0V am Eingang sind V+ am Ausgang und umgekehrt.

[ogni42]

Doch das geht, da am Knotenpunkt die Ströme addiert werden. Schau' Dir mal die Formeln für einen (invertierenden) Addierer an.

EDIT: Du kannst dann nur keine negativen Spannungen ausgeben/darstellen. Aber das war ja auch nicht gefordert.

[Paracetamol]

Es gibt den Addierverstärker auch nicht-invertierend; das habe ich mittlerweile herausbekommen. Er taucht in diversen OPAMP Grundschaltungen im Web auf, jedoch recht selten. Die Berechnung der Summenströme an der virtuellen Masse scheint jedoch nicht ganz trivial... ganz im Gegensatz zum invertierenden Addierverstärker. (google: summing amplifier).
Die Berechnung ist dermaßen heftig, daß man sich überlegen sollte, den Addierverstärker invertierend (dann allerdings mit symetrischer Spannungsversorgung für den OPAMP) aufzubauen. Mittels eines weiteren OPAMP, geschaltet als Impedanzwandler (voltage follower) sollte es möglich sein, künstlich +Vcc und -Vcc samt Masse zu generieren.
Ich wollte es nicht aber es muß wohl sein: Generierung einer symetrischen Versorgung, damit die erste, invertierende Addierstufe eine negative Spannung an den Ausgang legen kann.

Im Übrigen habe ich mir die Finger/Augen im Weg blutig gesucht nach einem Thermoscanner - das Teil was ich mir bauen will. Ich bin mittlerweile recht firm in Thermosäulen, PIR Detektoren, PBS- PBSe 3fach Peltiergekühlten Quantendetektoren, Chopper, Polyetylen - Fresnellinsen, Amtir Linsen und Mikrobolometerarrays, Gesetz von Planck & Wien, Sterlingkühlung und Stickstoffgefüllten Detektor Dewars - letztendlich ist es schon seltsam daß niemand versucht hat, sich eine Thermografiekamera zu bauen (eher einen Scanner; nicht realtimefähig) um beispielsweise die Isolierung des Hauses im Winter zu überprüfen. Naja, bin ich halt der Erste...
Wenn Jemand Links zu dem Thema vorrätig hat immer her damit, (keine Herstellerfirmen, die Teile sind nicht unter 4 K€ bei 32 x 32 Pixel zu haben)
Gruß,
Stefan

[Yossarian]

Hallo
Wenn die Widerstände im Eingang gleich sind und der Gegenkopplungwiderstand doppelt so groß(bei zwei Ue) wie der Ableitwiderstand ist , kannst Du einfach die Eingangsspannungen addieren.
Die Ausgangsspannung entspricht dann der Summe der Eingangsspannungen.

Ansonsten ist die Berechnung auch kein Problem.
Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Yossarian]

Hallo
Hoffe man kann's erkennen.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Paracetamol]

Hi Benno,

das ist genau die Schaltung die ich meinte/suchte! Merci!

Es wird offensichtlich, daß die Ausgangsimpedanz der vorhergehenden Stufen (IR-Meßgerät, Spannungsteiler für -30Grad-Offset) 2 bis 3 Größenordnungen kleiner sein muß als die Eingangswiderstände R1 und R2, sonst geht diese Ausgangsimpedanz in die Berechnung des Verstärkungsfaktors der Schaltung mit ein. Abhilfe: Impedanzwandler vor die Eingänge an R1/R2, vorzugsweise mit OPAMPs. Dann bin ich schon bei 3 Operationsverstärkern. Mit 3 OPAMPs kann ich auch gleich einen Instrumentenverstärker aufbauen, dessen Eingänge sind ja bereits per se recht hochohmig.
Ich war wohl zu naiv zu glauben den -30mV-Offset mit nur einem OP wegzubügeln und gleichzeitig eine Verstärung von gerade mal 10 hinzukriegen.

Irgendwie habe ich im Moment das Gefühl, das Rad neu zu erfinden. Zur Zeit ist es höchstens sechseckig. Ein Meßverstärker mit Offset. Ist in jedem Oszi. Und meine Ansprüche an Bandbreite enden knapp oberhalb von Gleichstrom. Ganz großes Kino was hier auf dem Steckbrett abläuft.

Merci nochmals,
Stefan

[Manf]

Es gibt den Addierverstärker auch nicht-invertierend;... Er taucht in diversen OPAMP Grundschaltungen im Web auf, jedoch recht selten.

Im Übrigen habe ich mir die Finger/Augen im Weg blutig gesucht nach einem Thermoscanner - ... - letztendlich ist es schon seltsam daß niemand versucht hat, sich eine Thermografiekamera zu bauen (eher einen Scanner; nicht realtimefähig) um beispielsweise die Isolierung des Hauses im Winter zu überprüfen. Naja, bin ich halt der Erste...

Eine Beschreibung von Operationsverstärkern gibt es auch hier. https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker
Addieren kann man auch über Mittelwertbildung (Zusammenführen über gleiche Widerstände) wenn man dann noch mit der Anzahl der Quellen multipliziert (positive Verstärkung Bild 1a). Entsprechend kann man bei Zusammenführung über unterschiedliche Widerstände die Signale auch gewichten.

Die Thermoscanner sind sicher ein eigenes Thema wert. Ein einfacher Scanner ist hier beschrieben, unter:
Thermische Abbildung
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=15156
Manfred

[PICture]

Hallo Paracetamol!

Es geht mit einem OP. Als Vc kann +VCC verwendet werden. Um genau Uo=0V am Ausgang zu haben ist leider eine kleine negative Versorgungsspannung für den OP notwendig.

Die 0V am Ausgang lässt sich genau einstellen, wenn als Teil von R3 ein Trimmpoti angewendet wird. Um sehr hoche Eigangsresistanz zu haben würde ich ein OP mit FET-Eingängen empfehlen.

Uo = Ui ( 1 + R1 / R2 ) - Vc R1 / R3

MfG


R3 R1
___ ___
+Vc >-----|___|-+-|___|-+
| |
R2 | |
___ | |
+-|___|-+ VCC |
| | + |
=== | |\| |
GND +-|-\ |
| >--+-----> Uo
Ui >-------------|+/
|/|
-
VCC

[Paracetamol]

hier ein kleines Upate wegen Thermografiekamera
Das Voltcraft-Ding wird mit 2 um 90Grad versetzt aufgeklebten Servos bewegt. Als Vorverstärker für ADC im Mega128 C-Control habe ich die reine Lehre befolgt und einen Instrumental Amplifier mit 3 OPAMPS plus einem OPamp zur Generierung der symmetrischen Spannung aufgebaut; passt alles in einen Käfer mit 9VBlock als Versorgung bei 2.5 mA.
Voltcraft gibt für die Optik D=8:1 für das Meßgerät an; ein Scan dauert so 10 Minuten bei 122 x 102 Pixeln Auflösung. Recht erstaunlich, daß trotz der miesen Optik ein Bild zustande kommt. Bild ist Laptop bei der Arbeit; Farbpalette mußte auch erst nach viel Try&Error generiert werden.
Sorry daß ich kein generic Mega8 in ASM sondern den (echt!) überteuerten Conrad Mega128+Application Board verwende, ich war zunächst an schnellen Resultaten interessiert. Die einfache Programmierung habe ich mir mit Geld in die Hardware erkauft. Fazit: es geht!!
Gruß

[Paracetamol]

Zum Vorgang:
Mega128 digitalisierst über Preamp den Voltcraft mit 10 Bit und steuert dabei 2 Servos zwecks Ablenkung an. Mega128 winselt Daten per RS232 in ASCII an Laptop. Auf Laptop läuft ein Reflection Script und nimmt Daten an Seriell entgegen. Once finished, another Reflection Script generates a .TGA (Targa) Bilddataei, ist recht einfach byteweise mit 24Bit (Ein Byte je R, G, B) per Pixel zu erzeugen. Dieses Script muß die empfangenen ADC-Werte auf eine (von mir) generierte Farbpalette mappen. Ausgabe ist ein Targa-File, daß man sich mit (z.B.) IrfanView anschauen kann.
Das Bild: Ich im Keller, an der Decke verlaufen offen zwei Heizungsrohre (Auflösung reicht nicht für Vor-und Rücklauf). Die Sprechblase, die mir aus dem Kopf ragt, ist die Heizung an der Wand hinter mir, begrenzt durch meine Schulter und einen Umzugskarton links. Die Wand links ist signifikant kälter als das Fenster inmitten des Bildes.
Gruß

[MeckPommER]

Ui, also das sieht besser aus, als ich es erwartet hätte. Habe mir das Datenblatt vom Sensor mal angeschaut und erwartet, das es viel verschwommener wird.
Wäre der Sensor günstiger, hätte mich sowas auch gereizt. Interessant wäre, ob man die Optik noch etwas tunen kann um grade auf größere Entfernungen kleinere Bereiche zu messen.

Respekt, mal was Anderes als die tausenste "ich fahre gegen ne Wand und werte nen Taster aus"-Realisierung :)

Gruß MeckPommER

P.S.: nur so ein Gedankengang - vielleicht für eine spätere Version noch eine SD-Card an den Controller (z.B. Atmega32) basteln auf der direkt Bilder abgelegt werden. Aus den Daten eine BMP zu generieren sollte eigentlich nicht das Problem darstellen.

[Paracetamol]

Nach der x-ten Aufnahme von mir mit glühendem Kopf (ich scheine zu leben und kein Untoter/Vampir zu sein) mal eine Aufnahme mit unbedecktem Oberkörper (Jeans habe ich immer noch an, daran wird sich auch nix ändern!)
Es ist essentiell, der Kamera bzw dem Scanner echte Temperaturunterschiede anzubieten... ansonsten bekommt man ein farbiges Bild mit Null Aussage. Die Optik ist immer noch mies und die Auflösung deshalb erträglich, weil ich nicht mehr als 50cm vorm Scanner sitze. 122x102 Pixel auf .ca 90x80 Grad Gesichtsfeld! Der fette Pickel an meiner Schulter immer noch die Heizung im Hintergrund.
P.S: In den Schritt schauen verboten! Nochmal: Hose an!
P.P.S.: Abnehmen wäre mal wieder angesagt.
Gruß

[Paracetamol]

Hier also ein Pic der hochqualitativen x-y-Ablenkeinheit.
Man beachte die Mechanik. Die feinmechanische Symbiose aus deutscher Handwerkskunst, gepaart mit den Ansprüchen an wiederholbarer Genauigkeit im Micrometerbereich.
Anders formuliert: PWM aufsetzen und Servos zusammen bappen, fertich.

[Crazy Harry]

super arbeit - respekt :)

wir haben hier @ work eine thermokamera und so wie mir der kollege der damit arbeitet gesagt hat, unterliegen thermokameras irgendwelchen rechtlichen bestimmungen und können so nicht einfach gekauft werden. bei dem hier vorliegenden gerät mußte über (lacht nicht, das ist wirklich wahr !) den amerikanischen geheimdienst irgendwelche genehmigungen eingeholt werden und dann erst kam es zur auslieferung durch die herstellerfirma. das gerät darf auch das firmengelände nicht verlassen.

[Majus]

Hi,
ist zwar schon was länger her, aber gibt es die Möglichkeit an dein Programm (PC und AVR) zu kommen? Ich besitze das gleiche Messgerät und hätte grade Lust auf so eine Spielerei!

Majus

[Paracetamol]

Hi Majus,

das AVR-Programm habe ich letztes Jahr weiterentwickelt (den sourcecode immer überschrieben) und die Source für PWM-Ansteuerung von Servos gibt es nicht mehr.
Die X-Y-Abtastmechanik ist aufwendiger geworden, statt Sevos gibt es 2 Schrittmotoren.
Die 2 PC Programme basieren auf Reflection (ein scriptfähiges Terminalprogramm); dies habe ich aus 2 Gründen benutzt:
1) Seit Turbo Pascal 6.0 habe ich eigentlich nie wieder für PC programmiert. Ich lehne es ab, eine GUI (graphic user interface) nur für mich allein zu programmieren. Objektorietierung lehne ich ab, dabei ist Reflection teilweise objektorientiert. Das ist O.K., solange ich nur die Hilfefunktion frequentieren muß um zu einem Ergebnis zu kommen.

2) Ich kenne Reflection vom Job her. Auch schon wieder lange her.

Das Targa Format habe ich gewählt weil es einfach byteweise auf die Platte zu schreiben ist. Google is your friend.

Bastelst du eh mit Hardware, sollte das bisschen Programmierung (AVR & PC) mit drin sein - und das sage ich als PC Programmier-Hasser.

Leider gibt es keine vorgefertigte Softwarelösung von meiner Seite, es ist alles sehr speziell auf meine Programmierfaulheit abgestimmt ;-)

[Majus]

Hi,

ok, ich hätte meine Version sowieso mit Schrittmotoren gebaut. Das AVR-Programm ist ja in ein paar Minuten zusammengestrickt.
Ich dachte du hättest vielleicht nen "Serieller Datenstrom vom AVR zu Targa Bild Konverter geschrieben. Der hätte mir als PC-Programmier-Hasser sehr geholfen. (Hey, wir könnten nen Club gründen!)
Trotzdem Danke! Dann muss ich wohl selber rann...

Vielleicht schaffe ich es ja das Bild direkt im AVR zu generieren und einfach per Hyperterminal als Datei zu empfangen. Pollin hat aber auch günstige Grafik-LCDs. Vielleicht kann man damit ne kleine Spielerei bauen...

Gruß
Majus