Temperatur- und 12V Spannungsmessung

[Williboy]

Hallo,

ich bin bei meinem ersten Projekt mit einem µC und möchte mit 7 Temperatur- und 5 Spannungsmessungen auf einem Atmega 128 anfangen (ist schon der kleinste Prozessor, den ich auf einem Display3000-Board bekomme :D ).

Da das Board hoffentlich funktionsfähig geliefert wird, habe ich für mich aus vereinfachungsgründen die Grundschaltung für den Prozessor nicht mit eingezeichnet (habe mich auch so schon gequält, bis ich es in Eagle endlich so weit hatte).

Meinen derzeitigen Schaltungsentwurf habe ich angehängt.

Jetzt zu meinen eigentlichen Fragen:
1. Wird die Spannungsmessung über Batterie 1 mit dem Spannungsteiler und den Optokoppler so funktionieren und habe ich den Optokoppler überhaupt richtig geschaltet in der Zeichnung? Bei den Batterien handelt es sich jeweils um 12V-Akkus in einem Fahrzeug. Sollte die Grundschaltung richtig sein, denke ich je nach Beschaffungskosten auch über den Einsatz von PC827 oder PC847 nach. Meine Annahme dabei ist, dass der Optokoppler auf der Sensor-Seite die gleiche Spannung ausspukt wie ich auf der LED-Seite einspeise.

2. Wie lange wird der Optokoppler das geschätzt mitmachen, wenn er rund um die Uhr im Einsatz ist?

3. Habe ich den DS18B20-Temperatursensor richtig geschaltet?

4. Es sind immer wieder von Abblockkondensatoren und Widerstände vor den Eingängen vom µC in verschiedenen Threads zu lesen. Müssen in meine Schaltungen auch noch welche rein und wenn ja wo und mit welchen Werten und Bauarten?

Die Schaltung muss ich dann natürlich bei allen anderen Batterien noch anpassen, die funktionieren nicht so wie ich es mir anfangs vorgestellt habe.

Habe leider kaum Schaltungen bisher gefunden, an denen ich mich orientieren konnte.

Vielen Dank für Eure Tipps und Hilfestellungen.

Gruß Williboy

[Tido]

Hi,

ich kann mir hier auf der Arbeit die Datei leider nicht ansehen, aber so wie ich dich verstehe, wird das mit dem Optokopplern so nicht funktionieren.
Warum misst du die Spannung der Batterien nicht über einen Spannungsteiler direkt am AD-Port?

[dennisstrehl]

Das mit dem Optokoppler funktioniert so wirklich nicht. Es gibt spezielle lineare (oder besser: linearisierbare, weil man das mit nem zus. OpAmp macht) Optokoppler, damit kann man sowas (ähnliches) machen.

Das mit den Spannungsteilern für die Batterien auf der linken Seite funktioniert ohne Masseverbindung nicht.

[Besserwessi]

Ein Widerstand vor dem AD Eingang hilft etwas gegen Überspannungen. Bis etwa 10 Kohm sind nach dem Atmel Datenblatt erlaubt ohne das merkliche Fehler auftreten. Wenn die Spannungsteiler hochohmiger wären können die Auch gleich die Funktion des Widerstandes mit übernehmen.

Die Optokoppler geben ein Stromsignal aus. In erster Näherung ist der Strom auf der Ausgangsseite proportional zum Strom auf der Eingangsseite. Leider ist das aber temperaturabhängig und damit so einfach nicht zur Messugn geeignet. Optokoppler sind fast nur für Digitale Signale geeignet. Wenn der Strom nicht zu hoch ist, ist der Dauerbetrieb kein Problem, die Lebensdauern sind ähnlich wie bei LEDs.

Es gibt relativ teure Isolationsverstärker um ohne direkte Masseverbindung eine Spannung zu messen. So wie gezeichnet funktionieren auch die Spannunsteiler zur Spannungsmessung noch nicht. Es fehlt da eine passende Maseverbindung und zum Teil sind die Spannungen zu hoch. Wegen der relativ kleinen Widerstände könnte so auch schon der Controller beschädigt werden.

[Williboy]

Hi,

Schaltung an Batterie 2 so (hatte ich ursprünglich so)? Wenn ich das mit allen 4 Stück mache, funktioniert das ohne Batterien und µC zu beschädigen?

Gruß Williboy

[Williboy]

Hallo Besserwessi,

wieso funktionieren die Spannungsteiler noch nicht? Ich bin von max. 15V über dem Akku ausgegangen und wenn ich mich nicht verrechnet habe dürften über R1 nur max. 3,75V und 0,00375A ankommen.

Habe ich da beim rechnen geschlafen und mich verrechnet? Am Controller dürfen doch max. 5V ankommen oder nicht?

Gruß Williboy

[dennisstrehl]

Die Batterien haben immer noch keine Masseverbindung. So kannste sowieso nix messen.

[Williboy]

Hallo dennisstrehl,

an Batterie 2 habe ich die Masse verbunden. Ich weiß, dass ich alle anderen Batterieschaltungen anpassen muss. Ich hätte gerne nur erst mal eine vermutlich funktionierende Schaltung.

mfg Williboy

[dennisstrehl]

Sorry, das hab ich glatt übersehen. Über B3 hast du jetzt aber 24 Volt und über B4 sind's 36 Volt, deshalb müssen die Spannungsteiler noch angepasst werden. Dann funktioniert es prinzipiell, aber man muss noch beachten, dass man dann nur die Gesamtspannung misst. Die Spannungen für die Batterien B3 und B4 sind dann B3-B2 bzw. B4-B3.

Die DS18B20 sind aber alle nur an Vcc und Masse angeschlossen, fehlt da nicht eine Verbindung zum Mikrocontroller? (Ich kenn die Dinger nicht so genau)

Gruß

[Hubert.G]

Du hast den I/O der DS1820 über 4k7 an +5V gelegt, die +5V aber auch an PA1. Es müssen alle I/O verbunden werden, nur ein 4k7 nach +5V und die I/O an PA1.
Im Datenblatt gibt es dazu die verschiedenen Konfigurationen.

[Williboy]

Hallo dennisstrehl,

ich habe heute jede einzelne Batterie über Plus- und Minuspol gemessen und jede hatte zw. 13,4 und 13,5V. Damit sollten die Spannungsteiler m. E. über jeder einzelnen Batterie funktionieren.

Hallo Hubert,

habe Deinen Hinweis hoffentlich richtig übersetzt.

Habe die Schaltungszeichnung angepasst. Vielen Dank für die Hinweise von Euch beiden.

Passen die Schaltungen jetzt?

Danke Williboy

[Henry]

Hallo,

wenn ich das richtig gesehen habe, dann hast Du die Akkus laut deinem Plan kurzgeschlossen.
Auf Deine Masse gehen jeweils der Plus- und Minuspol der einzelnen Zellen.
Das wir dann ganz schön rauchen.

Ich habe Dir auf einem Ausschnitt mal rot markiert was ich meine (siehe Anhang)

[Hubert.G]

Das mit dem DS1820 I/O sollte so passen.
Die Batteriespannungen musst du gegen GND messen, wie "Henry" schon erwähnt.
Die Verbindungen von R4, R7 und R10 zum jeweiligen -Pol der Batterie weglassen. Dafür musst du die Spannungsteiler neu anpassen, da die Spannungen der darunterliegenden Batterien dazu addiert werden.

[Crazy Harry]

das hat zwar nichts mit deiner frage zu tun, aber da hast du dir ganz schön was vorgenommen wenn du als erstes projekt gleich dieses display verwendest ;)

[Williboy]

Hallo Henry, hallo Hubert,

vielen Dank für Eure neuerlichen Bemühungen! Mir ist das mit dem kurzschließen noch nicht ganz klar (muss ich noch mal drüber grübeln), aber ich gehe davon aus das Ihr es besser wisst.

Die Spannungsteiler werde ich dann mir gleich noch mal vornehmen müssen und die Schaltungen anpassen.


Crazy Harry,

vielen Dank für die Motivation. Mein kleines Erstprojekt muss ja nicht morgen gleich fertig sein und es ist meines Erachtens egal, ob ich die Displayausgabe auf diesem oder einem anderen LCD-Display lerne. Eine Beispiel-CD ist auch dabei, damit sollten die ersten Schritte machbar sein.

Ansonsten habe ich das Gefühl, in diesem Forum gut aufgehoben zu sein. Da gibt es dann vielleicht auch jemanden, der mir bei Problemen einen guten Tipp hat.

Derweil wünsche ich Euch noch einen schönen Abend.

Gruß Williboy

[Besserwessi]

Der Kurzschluß kommt dadurch, das hier der Minuspol der Batterien mit Masser verbunden wird. Leider ist wie ober im Bild sher schön gezeigt der Minuspol der einen batterei mit dem Pluspol einer anderen Verbunden.

Man kann nur eine Batteriespannung so direkt messen. Für die anderen Spannungen könnte man jeweils einen Differenzverstärker (mit Operationsverstärker) benutzen. Wobei der Verstärker eher ein Abschwächer ist (Verstärkung < 1).

[Lif79]

ich müßte mir das erstmal aufzeichnen...

einfach an jede 12V Batterie einen A/D-Wandler der von der zu Messenden Batterie versorgt wird und dann kommunikation von A/D-wandler mit Opto-kopplern zum µC... (ich hoffe ich sehe das jetzt nich ganz falsch.... :-) )

[Volker-01]

Ich baue übrigens seit einigen Monaten an einem Batterie Management System für 14 in Serie geschaltete LiPo-Zellen. Jetzt, da das System endlich im Stadium des Prototyp 2 funktioniert, kann ich sagen das es ein ganz schön heises Eisen ist bei LiPo's.

Was bei dir aber genauso Probleme machen wird, wird sein, das du die einzelnen Batteriespannungen messen möchtest, wobei es eine vielfalt von Möglichkeiten gibt, die alle ihre Vor- und Nachteile haben.



Mit Spannungsteilern:

Vorteil:
- sehr einfach

Nachteile:
- genauigkeit lässt bei Messung der Batterien im oberen Spannungsbereich immer mehr nach.
- ungleichmäßige Belastung der Batterien

==> ganz einfach aber nicht sonderlich gut



Mit Differenzverstärkern:

Gute Möglichkeit für Batterien mit Spannungen bis maximal 30V bzw. 36V. Darüber hinaus wird die Beschaffbarkeit der OP's mit ausreichend hoher Betriebsspannung ein Problem.

Bei angestrebter Nutzung von OP's mit kleiner Betriebsspannung besteht das Problem das der Schaltungsaufwand stark ansteigt. Eine Variante die ich getsetet habe ist, das man jeweils eine kleine Schaltung an einer Zelle (bei dir Batterie) betreibt, die die Batteriespannung mit Hilfe eines OP's und eines Transistors auf einen Strom abbildet (Spannungsgesteuerte Stromquelle). Diesen Strom kann ma dann über einen Widerstand wider in eine Spannung wandeln, welche dann gemessen wird.

Vorteil:
- übersehbarer Schaltungsaufwand
- gute beschaffbarkeit der benötigten Bauteile

Nachteil:
- ungleichmäßige Belastung der Zellen

==> nicht ganz so einfach, aber gut beschaffbare Bauteile. Ungleiche Zellenbelastung kann zu Problemen führen, besonders bei kleinen Batterien.



Schaltmatrix mit Relais und potentielgetrennter Messung:

Umschaltmatrix mit Relais, ein AD-Wandler mit Potentialfreier Versorgung und Anbindung an den Controller.

Vorteile:
- einfache Umschaltmatrix
- keine ungleichmäßige Belastung der Zellen / Batterien

Nachteile:
- großer Energiebedarf für die Relais
- Mechanische kontakte können vibrationsprobleme aufweisen
- relativ aufwendige Messschaltung
- nicht ganz so billig



Schaltmatrix mit Optomos-Relais und potentialgetrennter Messung:

Umschaltmatrix mit Optomos-Relais, ein AD-Wandler mit Potentialfreier Versorgung und Anbindung an den Controller, wie auch schon zuvor.

Vorteile:
- einfache Umschaltmatrix
- keine ungleichmäßige Belastung der Zellen / Batterien
- geringerer Energiebedarf wie bei mechanischen Relais
- keine Vibrationsprobleme mit mechanischen Kontakten

Nachteile:
- nur für kleine Ströme sinnvoll (wenn nur zur Messung gedacht auf jeden Fall sinnvoll)
- relativ aufwendige Messschaltung
- nicht ganz so billig

Optomos-Relais sind günstig bei Pollin zu beziehen (AQV257)



Schaltmatrix mit Mosfets und potentialgetrennter Messung:

Umschaltmatrix mit Mosfets (potentialfrei angesteuert), ein AD-Wandler mit Potentialfreier Versorgung und Anbindung an den Controller, wie auch schon zuvor.

Vorteile:
- keine ungleichmäßige Belastung der Zellen / Batterien
- sehr kleiner Energiebedarf
- keine Vibrationsprobleme mit mechanischen Kontakten
- je nach verwendeten Mosfets auch für große Ströme geeignet

Nachteile:
- aufwendige Schaltmatrix
- relativ aufwendige Messschaltung
- nicht ganz so billig
- sehr kleine ungleichmäßige belastung der Zellen / Batterien

==> meine Wahl, da ich relativ große Zellen habe und ich die 4A Symmetrierschaltung nur einmal aufbauen wollte. Diese wird bei mir dann auch jeweils über die Schaltmatrix an die jeweilige Zelle angelegt.

Ungewollte Entladungen der Zellen sind bei mir übrigens keine mehr vorhanden, sobald ich alle FET-Switches öffne. Das heist, das die Zellen auch bei längerer Nichtbenutzung der Batterie nicht weiter durch meine Schaltungen entladen werden.

Gruß, Volker

[Williboy]

Hallo Volker,

erst einmal vielen Dank für die tolle Übersicht, ich bin begeistert =D>

Der Spannungsteiler erschien mir bisher als der einzig machbare für mich, das mit den Differenzverstärkern, Mosfets und Optokopplern blicke ich nicht (trotz einer Woche abendlicher Recherche, komme mit den gefundenen Texten und Teilschaltungsbildern nicht zurecht sie in meine Schaltung einzubauen) und auf die Idee das es mit Relais funktionieren könnte wäre ich nie gekommen.

OK das T-Gym ist auch fast 2 Jahrzehnte her und ist nicht gerade mein täglich Brot (aber das ist in erster Linie mein Problem).

Ich kann zukünftig auch auf 15 LiFePos umsteigen und hätte damit das gleiche Problem noch einmal und habe derzeit keine gute Idee was tun.
Wärst Du bereit Deine Schaltung zu posten oder mir zuzumailen?

Die mögliche Entladung wäre m. E. mein kleinstes Problem, da der DC-DC-Wandler sowieso ständig Strom zieht, da kann es auf die Ströme wohl kaum noch ankommen.

Bei den Batterien handelt es sich derzeit um 80-100Ah-Batterien, sind damit wohl nicht allzu klein.

Gruß Williboy

[Volker-01]

Hallo Williboy,

die Schaltng gebe ich nicht heraus, da ich nicht weis, wer die dann alles nachbaut und wie fundiert die Kenntnisse des jenigen sind. Ich habe die Schaltung zwar sehr ausfall- und funktionssicher gestaltet, aber gerade mit LiPo's ist nicht zu spassen. Aber das sind auch nicht die einzigen Gründe.

Wenn mein Roboter weiter gediehen ist, werde ich eine neue Webseite mit einigen Plänen meiner Elektronik und Fotos sowie eigenen Erfahrungen erstellen und ins Netz stellen. Wird aber wohl noch mindestens ein Jahr dauern. Jetzt bau ich als nächstes erst mal meine Motorsteuerung (2*650W Brushless bei ca. 48V Betriebsspannung). Wird bestimmt auch nicht ganz so einfach.

Gruß, Volker

[Crazy Harry]

sorry williboy - ich wollte dir dein projekt nicht vermiesen :cry:

nur hab ich auch 2 von den dingern rumliegen und die ansteuerung (besser gesagt die unterlagen) sind schon sehr suspekt ;) oder weiß der inzwischen was er tut ? :D

[Williboy]

Mein Projekt kannst Du mir damit nicht vermiesen! Ich habe deshalb die Hilfe im Forum gesucht, damit ich den Schaltungsumfang halbwegs abschätzen kann. Bei der Programmierung kommt normaler weise der Ehrgeiz und die Kreativität bei mir raus, deshalb ist für mich der schaltungstechnische Teil die größte Hürde.

Ich verbringe deshalb sehr viel Zeit derzeit damit, auf der Suche nach der besten Lösung Hard- uns Software für mich.

"oder weiß der inzwischen was er tut ?" - er wird sich ein preiswertes Controllerboard bei Pollin/ebay bestellen und die einzelnen Teile der Schaltung zusammenbauen und gucken ob er es hinbekommt mit einem LCD-Display. An der Idee mit dem Display3000-Board halte ich fest, da es das kompakteste Board mit Display und verfügbaren Gehäuse ist was ich derzeit gefunden habe.

Was willst Du für die beiden "Dinger" haben?

Gruß Williboy

[Crazy Harry]

Was willst Du für die beiden "Dinger" haben?
oh ich geb die nicht her: vielleicht finde ich ja mal die zeit was damit zu machen. wenn ich alle displays verkaufen würde, die bei mir rumliegen, könnte ich wohl viele glücklich machen :D