Batteriestrom messen mit AVR

[Hans55]

Hallo!
Ich möchte mir für eine 12V Gelbatterie ein kleines Messgerät bauen, das mir die Spannung und den Strom anzeigt. Das mit der Spannungsanzeige am LCD funzt schon.
Ich verwende ein STK200 mit Mega8535. Am ADC Kanal0 messe ich die Spannung, am ADC Kanal2 möchte ich den Strom über einen Shunt (1mOhm) messen (Weil ich den hier rumliegen habe). Messbereich soll 0,5 .... 100A sein. AREF habe ich auf 4V.

Jetzt hab ich mir gedacht ich greife die Spannung am Shunt ab und verstärke mit einem OP um 40 fach. Sollte man da nochwas beachten? Welcher OP etc?

d.h.
1A = 1mV x 40=40mV .... 100A = 100mV x 40 = 4V

4V/ 1023 = 3,91mV Auflösung.

Könnte das so funktionieren?

Ich würde den Shunt in die Masseleitung der Batterie einschleifen.
Erstmal interessiert mich der Strom nur in einer Richtung d.h. der Verbrauch. Wenn das funzt solls natürlich auch bei der Ladung gehen.

Für eure Hilfe wäre ich Dankbar!
Gruß
Hans

[DerWarze]

Könnte so klappen. Nur die OPV Schaltung so aufzubauen das es über den gesammten Bereich einigermassen genau bleibt ist nicht ohne.

Ich empfehle einen Strom-Meßverstärker wie den LMP8271, LTC6104 oä. zu nehmen. Damit spart mann sich eine Menge Arbeit mit Offsetabhleich etc. Sind zwar nicht für Cents zu haben aber ein für diese Aufgabe brauchbarer OPV ist auch nicht viel billiger.

Brauchst Du wirklich 100A? Wenn Ja würd ich das auf einer Dickkupfer -Leiterplatte aufbauen.

[Hans55]

Hallo !
Erst mal Danke für die Antwort.
Ich hab mir gerade die Datenblätter besorgt, die sind gerade richtig meine ich. Damit könnte ich sogar beide Stromrichtungen messen.Ich muss mal sehen obs die beim Conrad oder Reichelt gibt.

100A muß nicht unbedingt sein aber aber so um die 30A wäre nicht schlecht.

Hast du die schon mal eingesetzt?
Gruß
Hans

[DerWarze]

Ja den LMP setze ich oft ein, bisher gute Erfahrungen. Das schöne an dem Teil ist das wenn für ADC und Messverstärker die gleiche Ref-Spannung verwendert wird die mögliche Schwankung dieser nicht auf die Genauigkeit auswirkt. Ich kauf die Dinger bei Farnell, Spoerle müsst die auch haben aber nur große Stückzahlen. Kann man aber auch bei National als Muster schnorren wenn 2-3 Stück reichen. Der grosse C hat so was warscheinlich nicht wie ich den Laden kenne.
Da ich aber auch oftmals in der Highside messen will und Spanungen bis 70V hab hab ich mir mal ein Paar Muster vom LTC besorgt aber noch nicht getestet.

Bei Maxim gibts auch einige recht interessante Teile zum Thema Strommessung.

[Hans55]

Hallo!
Ich hab mir heute bei Mercator ein paar LMP8270 und ..71 bestellt, nachdem ich beim Conrad (hier ganz in der Nähe) keine bekommen habe.
Ich wollte eine Skizze in den Text hier einfügen, aber irgendwie krieg ich die nicht rein.
Nun versuch ich die Schaltung ohne Skizze zu erklären:

Ich hab einmal die 12V GEL-Batterie, vom Plus der Batterie geht's zu den Verbrauchern. In der Rückleitung von den Verbrauchern hängt ein Shunt von 1mOhm, die andere Seite des Shunt geht auf Batterie Minuspol.

Bei 30A Maximalstromfluß sind das 30mV am Shunt. Laut Datenblatt ist das zuviel, da am LMP8270 am +IN/ -IN nur 1mV maximal anliegen darf.
Also muss ein Spannungsteiler davor : Oben 100k Poti/ unten 1k Fest.

Parallel zum 1k Festwiderstand gehe ich auf +IN und -IN des LMP8270.

An Pin 6 (Vs) schließe ich +Vcc = 5V des AVR an.
Von Pin5 (OUT) geht's direkt in den Eingang des AVR ADC Kanals.

Dann gibt's noch einen C der zwischen A1/ A2 und GND hängt. Wie groß soll der sein? 10n ist das ok?

Meinst du das passt so?

Gruß
Hans

PS: Die Antwort dauert einige Zeit, da die Dinger Heute erst bestellt wurden.

[DerWarze]

Mit den 1mV musst Du dich verlesen haben!
Da das Teil in der Standardschaltung V=20 hat wären da ja nur 20mV Ausgangsspannung. Bei mir laüft das Teil mit bis zu 150mV Spannung am Shunt

Die beiden Eingangsanschlüsse müssen direkt und ohne Umwege an den Shunt (Praktisch wenn er Kelvinanschlüsse hat - daran)

Der Kondi an a1/2 sollte unbedingt drann. Die Grösse hängt davon ab wie schnell Werteänderungen erkannt werden sollen. 10n ist für die Batterieüberwachung zu wenig 100n -1µ sind besser.

[Hans55]

Mensch, du hast recht.
Danke.

Mein Shunt 50mV = 50A ist auch recht mikrig.
Das gibt am Ende bei 30A am Shunt auch nur 30mV x 20= 0,6V am ADC.
10mOhm wäre besser.

[Besserwessi]

Der 1 mOhm shunt ist nicht zu klein. Bei einem größeren shunt hat man eher Probleme mit der Abwärme und den daraus möglicherweise entstehenden Thermospannungen. Bei 50 A und 50 mV sind das auch schon 2,5 W. Gerade wenn man nur den 10 Bit Wandler im AVR benutzt macht es gar nichts wenn man nur 50 mV an Spannung messen muß, dass sind dann innerhin noch 50 uV pro LSB.

[Hans55]

Ok, Danke für die Antwort!
Dann bin ich beruhigt. Ich hab nämlich nur den einen.
Die ICs LMP8270 und ..72 für die Strommessung sind auch gerade angekommen, hat ja super geklappt
Allerdings sind das welche mit SMD Anschluss, dh. das wird ein Gefummel.
Gruß
Hans

[DerWarze]

Ja die gibts, wie die meissten modernern IC's, nur noch in SMD. Aber der ist ja als SO8 recht gut zu händlen. Nehm ja seit langen fast nur noch SMD-Teile (bin sowiso zu faul zum Bohren ;-) )

Im Datenblatt steht aber auch drin wie man die Verstärkung durch 1-2 Widerstände zusätzlich erhöhen kann.

[Hans55]

Oh Mann,
dieses kleine Ding ist 4mm lang, keine 3mm Breit und hat 8 Beine.
Ich hab den LMP8270 eingesetzt. Aber irgendwie kommt hinten noch nicht das raus, was ich erwarte.

-Durch den Shunt fließt ein Strom von 2,1 A.
-An den Eingängen +IN/ -IN des LMP8270 liegen 2,1mV. Das ist ok.
-Am OUT des LMP8270 und am ADC Eingang des AVR sind 45,4mV.
Wegen V=20 des LMP8270 scheint das auch ok zu sein.
-Damit ich jetzt auf meine 2,1A komme muß ich nochmal den Faktor 2
einfügen, das ist mir noch nicht so recht klar.

Außerdem hab ich Probleme wenn ich mit dem Funkgerät das an der Batterie angeschlossen ist auf Senden gehe.
Hier gibts vermutlich direkt Einstrahlung in den fliegenden Aufbau.

Gruß
Hans


So schauts aus:


'///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
'Die Taster 0,1,2,3 mit Intr Routine abfragen
' STK200 und ATMEGA8535
'///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
$regfile = "M8535.dat"
$crystal = 8000000 ' Interner Takt des AVR

Config Lcd = 20 * 4
Config Lcdmode = Port
Config Lcdbus = 4
Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portc.4 , Db5 = Portc.5 , Db6 = Portc.6
Config Lcdpin = Pin , Db7 = Portc.7 , E = Portc.3 , Rs = Portc.2

Config Portd = Input
Config Portb = Output
Portb = 255
Cls
Wait 1

Umess:
Dim Adu_wert2 As Word
Dim Uadc2 As Single
Dim Umes2 As Single
Dim I As Single

Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Off
Start Adc

Do
Adu_wert2 = Getadc(2)
Uadc2 = Adu_wert2 * 0.00391 'AREF=4V ==> 4/1024=0.00391
Umes2 = Uadc2 * 21.48 'Verstärkungsfaktor LMP8270
' Umrechnung für Strom
I = Umes2 * 2 ' Da bei einer UADC= 40mV gleich 2A entspricht


'LCD Anzeige
Cursor Off Noblink
Locate 1 , 1 : Lcd "Uadc2= " ; Fusing(uadc2 , "##.#####")
Waitms 300
Locate 2 , 1 : Lcd "Umes2= " ; Fusing(umes2 , "##.#####")
Waitms 300
Locate 3 , 1 : Lcd "I= " ; Fusing(i , "##.#")
Waitms 300

' LCD Anzeige wenn kein Strom fließt:
'//////////////////////////////////////
'// Uadc2= 0.00391
'// umes2= 0.08844
'// I=
'//
'//////////////////////////////////////
' d.h die Anzeige kommt von toggeln eines Digits, 0.00391 x 22.62 =0.08844

' LCD Anzeige wenn 2,1A durch den Shunt fließen:
'//////////////////////////////////////
'// Uadc2= 0.00391
'// umes2= 0.08844
'// I= 1,9
'//
'//////////////////////////////////////
'

[Hans55]

Hallo!
Jetzt hab ich den Fehler mit den Faktor 2 gefunden
Im Programm an der Selle: I = Umes2 * 2.
Ich wußte nicht warum ich nochmal den Faktor 2 brauche um die Richtige Anzeige für I zu erhalten.
Immer dann, wenn im Nachbarkanal ADC0 auch die Spannung 12V gleichzeitig gemessen wird, verringert sich die gemessene Stromstärke um den Faktor 2.
Wenn ich die Eingänge für die Spannungsmessung (+ und -) am ADC0 abziehe ist alles so wie es sein soll bei der Strommessung.
Was ist denn das für ein Käse? Kann ich da was entstören?
Gruß
Hans

[Besserwessi]

In dem Basicprogramm ist ein Fehler ebi der Stromberechnung:
Man muss duch den Verstärkungsfaktor teilen,nicht damit multiplizieren. Außerdem muß man noch duch den Widerstandswert (1mOhm) teilen. Dann fällt auch der komische Faktor 2 weg. So kommt für 21.48^2 * 2 halt ungefähr 1000 raus und der Fehler fällt nicht sofort auf. Eventuell muss man auch noch einen kleinen Offset berücksichtigen.

Zum Entstören sollte man zwischen OP bzw. Strommessverstärker und den ADC Eingang ein Widerstand von ca. 5-10 kOhm sein. Ggf kommt noch ein kleiner Kondensator (100pF-1nF) vom adc-Eingang nach AGND. Manche langsame OPs reagieren auf HF Störungen vom ADC Eingang. Der Wiederstand begrenzt außerdem den möglichen Eingangsstrom falls der OP mehr Spannung als der Controller hat.
Wenn man Zeit hat sollte man den ADC mehrfach auslesen: ggf. den ersten Wert nach dem Umschalten verwerfen, und dann z.B. 50 Werte aufsummieren. Man kriegt dadurch etwas mehr Auflösung und wird weniger empfindlich gegen Störungen.

Die Wechselwirkung mit der Spannungsmessung am Nachbarkanal könnte durch eine Masseschleife zustande kommen.

[Hans55]

Das versteh ich nicht.

Bei einem Strom von 2A durch den Shunt (Rs=1mOhm) liegen 2mV am Eingang des OPV.
Wenn der ein V =20 hat muß ich denn das nicht mit dem eingelesenen Wert Multiplizieren?

Irgendwie kapier ich gar nix mehr.

Ist das denn nicht so?:
===============
Adu_wert2 = Getadc(2)
'AREF=4V ==> 4/1024=0.00391

Uadc2 = Adu_wert2 * 0.00391

'Verstärkungsfaktor LMP8270
Umes2 = Uadc2 * 20

Aber irgendwas ist falsch, ich bekomme nur Hausnummern raus sobald sich der Strom ändert.

Wie müßte es sein wenn ich bei 1mV = 1A angezeigt haben will und bei 50mV = 50A?

[Besserwessi]

Man will die Spannung am Widerstand berechnen. Die Spannung am Ausgang des Verstärkers ist 21 mal größer als die am Widerstand. Die gesuchte spannung ist also um den Faktor 21 kleiner. Also:
Uadc = 21 * Umess => Umess = Uadc / 21

Bei 4 V ref. entspricht ein LSB beim AD gerade 3.91 mV. Um die Spannung im mV zu bekommen also:
U(mV) = 3.91 * Getadc(2) / 21

Die Verstärkung ist übrigens noch etwas klein. Man könnte auch eine kleinere Referenzspannung wählen.

Sowohl der ADC als auch der Verstärker haben als Fehler einen kleinen, Offset. D.h. auch wenn kein Strom fließt wird der ADC nicht unbedingt 0 anzeigen. Wenn doch, ist der Offset eventuell negativ und man müßte das analog ändern.

[Hans55]

Hallo!
Nun hab ichs glaube ich verstanden. Danke!
Die Vref hab ich auf 2,56V verkleinert. Könnte bitte nochmal jemand den Code ansehen, ob man das so macht. Ich hab was mit Mittelwertbildung reingemacht, merke aber nicht allzuviel Unterschied bei der Anzeige.
Nimmt das Programm eigentlich immer einen neuen gewandelten Wert vom ADU für Umes? Oder ist das immer der gleiche? Dann hats wenig Sinn Oder?



'///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
'STK200 und ATMEGA8535
'Strommmessung
'///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
' I
' ! !\ V=20 (LMP8270)
' +----+------+ \
' # ! ! \
' #Rs ! Umes ! +-------####----+------> ADC Kanal2
' # ! =50mV! / 5k ! Uadc=1000mV (Wenn 50A Strom fließt)
' +----Y------+ / === 1n
' ! !/ !
' -+- -+-
' Rs=1mOhm
'
' 1mV =======> x 20 ==================> = 20mV = 1A
' 10mV =======> x 20 ==================> = 200mV = 10A
' 50mV =======> x 20 ==================> = 1000mV = 50A
'---------------------------------------------------------
'! Umes <-------- Uadc/20 <--------------- Uadc
'---------------------------------------------------------
'
'
' Vref= Extern= 2,56V mit Poti am STK200 eingestellt
'
'///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
$regfile = "M8535.dat"
$crystal = 8000000 ' Interner Takt des AVR => FuseBit!
Config Lcd = 20 * 4
Config Lcdmode = Port
Config Lcdbus = 4
Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portc.4 , Db5 = Portc.5 , Db6 = Portc.6
Config Lcdpin = Pin , Db7 = Portc.7 , E = Portc.3 , Rs = Portc.2

Config Portd = Input
Config Portb = Output
Portb = 255
Cls
Wait 1

Dim Wert As Word
Dim Offset As Word
Dim Uadc2 As Single 'Single= 4 Byte
Dim Umes As Single
Dim I As Single

Dim N As Byte
Dim Umes1 As Single

Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Off
Start Adc
'///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Do
Wert = Getadc(2)
Uadc2 = Wert * 0.002502 'VREF= 2,56V

'/////// Mittelwert für die Anzeige bilden /////////////////////////////////
N = 0
Do
Umes1 = Umes1 + Umes
Incr N
Loop Until N = 50
Umes1 = Umes1 / 51

Umes = Uadc2 / 20 'Umes= Wert am Shunt in V
I = Umes * 1000 'Umrechnung für Stromanzeige

'// LCD Anzeige /////////////////////////////////////////////////////
Cursor Off Noblink
Locate 1 , 1 : Lcd "Uadc2= " ; Fusing(uadc2 , "##.###")
Waitms 300
Locate 2 , 1 : Lcd "Umes= " ; Fusing(umes , "##.####")
Waitms 300
Locate 3 , 1 : Lcd "I= " ; Fusing(i , "##.#")
Waitms 300
Locate 4 , 1 : Lcd "Umes1= " ; Fusing(umes1 , "#.#####")
Waitms 300

' So schaut die LCD Anzeige bei 50mV am Shunt aus:
'/////////////////////
'// Uadc2= 1.001
'// Umes= 0.0502
'// I= 50.0
'// Umes1= 0.05017
'/////////////////////

Loop
End




Gruß
Hans

[Besserwessi]

So wie das Programm ist, wird immer der selbe Wert Umes benutzt. In der Schleife zum aufsummieren muss der getAD() Aufruf stehen, denn da wird die Hardware abgefragt.

Für so ein kleines Projekt macht es noch nichts, aber man sollte bei Mikrokontrollern schon etwas auf den Speicherplatz (besonders RAM) achten. Fleisskomma-zahlen sind langsam und brauchen auch viel Platz. man muss auch nicht für jedes Zwischenergebnis eine extra Variable definieren, auch wenn es hier die Sache etwas übersichtlicher macht.

[Hans55]

Mensch Danke!
Jetzt merkt man wenigstens, dass sich an der Anzeige was ändert, die zappelt plötzlich nicht mehr so.

Das mit dem Speicherplatz einsparen ist so eine Sache, ich wüsste gar nicht wie ich das anders und mit weniger Variablen machen sollte. Außerdem muss ich jedesmal viel Text dazuschreiben, damit ich nach einer längeren Pause wieder weiß warum ich das so gemacht habe. Die letzten Tage haben Spaß gemacht, weil ich jeden Tag was neues dazugelernt habe. Als Hobbyprogrammierer ist manches auch nicht so einfach zu verstehen. Das kann aber auch am Alter (56) liegen und sicher auch daran, dass ich meist nur im Weihnachtsurlaub mit AVRs bastle weil ich dazwischen wenig dazukomme.

Jetzt muss ich noch die Spannungsmessung reinmachen und versuchen, dass ich das Übersprechen auf die anderen Kanäle weg bekomme, evtl. auch die fliegende Verdrahtung ändern.

Würde es was bringen, wenn ich in die Zuleitung vom Shunt zum Verstärkereingang in jede Leitung eine 100uH Drossel einbaue und evtl. noch direkt an die Eingänge ein kleines C von 1nF?

Gruß
Hans

[Besserwessi]

Die zusätzliche Filterung am Eingang würde nur in einer worklich HF verseuchten umgebung Sinn machen. Da sollte der Filter zwischen den beiden Stufen aureichen. Außerdem ist für das mitteln ganz gut, wenn der ADC ein paar Störungen abkriegt und nicht immer genau das gleiche mißt.

Kürzer könnte man das z.B. schreiben als:
I = Umes1/51 / 20 * 1000 * 2.56 / 1024 + Offset
, wobei Umess1 die Summe der ADCwerte als Integer ist.
Man muss dann aber etwas Kommentar dazu schreiben. Ein einigermaßener Compiler sollte die ganzen Konstantem schon beim übersetzen, also auf dem PC, zusammenfassen. Der AVR wird dann nurnoch eine Multiplication machen müssen.

[Hans55]

Das folgende versteht mein Compiler (Bascom) gar nichth.
"I = Umes1/51 / 20 * 1000 * 2.56 / 1024 + Offset "

Sonst bin ich am aufbauen einer neuen Platine mit Fädeldraht, dauert noch etwas bis ich mich wieder melde.
Einen Guten Rutsch an alle "Zuhörer".
Gruß
Hans

[Dirk]

Hallo Hans,

Das folgende versteht mein Compiler (Bascom) gar nichth.
"I = Umes1/51 / 20 * 1000 * 2.56 / 1024 + Offset "
Das wird man in mehrere Schritte zerlegen müssen:
I = Umes1 / 51
I = I / 20
I = I * 1000
... usw.

Gruß Dirk

[Besserwessi]

@dirk:
Ich habe nur wenig mit BASCOM gearbeitet, ist der Compiler wirklich so schlecht das er nicht mal ein paar Konstanten zusammenfassen kann und 2 Operatonen in einer Zeile ?

[Hans55]

Ich habs gerade nochmal probiert, ihm gefällt das nicht.

=> "Error 35: 3 parameters expected"

Naja macht nix, ich bin froh, dass es so funktioniert.

[Hans55]

Ups wo ist den meine Antwort von vorhin hingekommen?

Das mit der Anweisung hab ich nochmal probiert:
Diese Meldung kommt=> "Error 35 : 3 Parameters expected"
Er mags halt nicht. Die andere Lösung funktioniert ja auch.

[Besserwessi]

Ich habe es auch noch mal probiert, dieser Compiler kann scheinbar wirklich nur eine operattion pro Zeile.
Es geht aber indem man zumindestens die multiplicationen alle zu einer Konstante zusammenfaßt, und eine Konstante am anfang des Programms definiert:
Const C = 0.0025*1000 / 20 *2.56 / 1023 ...
oder so ähnlich. Diesen Teil sollte der Compiler dann wirklich schon am PC ausrechnen, und als Const geht auch mehr als ein einfacher Ausdruck.

[Hans55]

Ok, Danke!
Das werd ich auch so machen!

[Hans55]

Ich hab nochmal eine Frage zum LMP8270:
===========================
Im Datenblatt steht:

POWER SUPPLY DECOUPLING
In order to decouple the LMP8270 from AC noise on the power
supply, it is recommended to use a 0.1 μF on the supply
pin. It is best to use a 0.1 μF capacitor in parallel with a 10
μF capacitor. This will generate an AC path to ground for most
frequency ranges and will greatly reduce the noise introduced
by the power supply.

Ist das so gemeint:
O +5V
!
+----!! 0,1uF -----------! GND
!
+----!!10uF (Elko)-----! GND
!
!
+PIN 6
(Vcc) vom LMP8270


Gruß
Hans

[Besserwessi]

Fst richtig verstanden.
Der kleine Entkoppelkondensator gehört dicht an das IC, der 10 uF Elko kann auch weiter weg sein und ggf. auch für andere ICs mit benutzt werde. Wobei der LMP8270 nicht gerade schnell ist, sodass hier der Kondensator nicht unbedingt so nahe am IC sein muß, wie bei schnelleren Schaltungen.
Auch wenn der Aufbau der gleiche ist, geht es hier darum Störungen vom IC fernzuhalten und nicht wie beim Controller Störungen die vom IC ausgehen von der Spannungsversorgung fernzuhalten. Am besten macht man beides: wenig Störungen verursachen und die nicht an die empfindlichen Teile ranlassen.

[Hans55]

Ok, und danke für die Info!.

Gruß
Hans

[Trexis5]

Hallo,

erstmal danke an alle für diesen Post.
Damit habe ich es geschafft recht einfach eine Strommessung meiner Solaranlage zu bauen.

Nun meine Frage:
Ich möchte mehr im mA bereich messen, als so 0-1000mA.
Jetzt kann ich bis 2500mA messen und da ist mir der untere bereich zu ungenau.

Im Datenblatt:
http://www.national.com/ds/LM/LMP8270.pdf
auf Seite 11 ist das schön beschrieben wie man das Teil verstärken kann.

Nur wie rechne ich den Rg aus bzw. wie ändere ich das dann im Programm?
Momentan Rechne ich so:



Wert_strom = Getadc(1)
Uadc0 = Wert_strom * Adc_multi
Umes = Uadc0 / 20 'Umes= Wert_strom am Shunt in V
I = Umes * 10000 'Umrechnung für Stromanzeige

[Besserwessi]

Die Berechnung des Widerstandes ist dieletzte Formel. Für einen gain von 40 kommen da 200 kOhm raus. Eine deutlich höhere Verstärkung wird nicht empfohlen.
Im programm wird dann einfach der Wert für die Verstärkung von 20 auf den passenden Wert geändert.

[Trexis5]

Hallo,
was ist dann der passende Wert bei 200k? 40 anstatt 20?
Wie genau hast du das gerechnet?
Danke

[Trexis5]

Hi,

habe es selber rusbekommen.
Danke.
Bei einem 330kOhm habe ich Teiler von 28.69565217 anstatt 20