Spannung und Stromstärke messen

[extremesports]

Hallo,

ich stehe vor einem Problem und hoffe auf eure Hilfe.

Ich bin dabei einen mobilen Roboter zu bauen, der über ein UMTS Modem (Surf-Stick) den Kontakt zu einem Server herstellt und Daten an diesen sendet. Unter anderem soll der Roboter die aktuelle Spannung und Stromstärke des Systems und seines Akkus senden.

Mein Problem ist jetzt, dass ich nicht so richtig dahinter komme, mit welchen Sensoren ich das ermitteln kann.
Unter anderem ist an Bord meines Roboters ein ATmega 8 oder ATmega 16. ADC ist also vorhanden falls das weiter hilft. (Sollte doch zur Spannungsmessung des Systems mgl. sein?)

Das System wird mit 5 Volt betrieben. Der Akku soll voraussichtlich ein 9,6 Volt Ni-MH Powerpack sein. Das hängt aber noch von den verwendeten Motoren ab. Da ich alles so klein wie mgl. halten möchte, könnte es auch sein, dass ich doch "nur" einen Volt Ni-MH Powerpack verwenden werde.

Hoffe ich hab genug Infos gegebn, dass ihr euch mein Problem vorstellen könnt...

Viele Grüße ext.

[Hubert.G]

Zur Spannungsmessung brauchst du nur einen Spannungsteiler wenn die Eingangsspannung über den 5V liegt. Vom Spannungsteiler direkt auf den ADC.
Für die Strommessung bieten sich ICs an die ohne Spannungsabfall messen, wie der ACS715. Da gibt es aber sicher noch einige andere Typen.

[extremesports]

@ Hubert.G : Danke für deine Antwort. Dann ist das mit der Spannungsmessung ja nicht sonderlich kompliziert.
Der ACS715 schaut echt gut aus. Bis 5 Volt ist er einzusetzen - laut Datenblatt. Also für mein System um den Verbrauch zu ermitteln optimal.
Für den Akku, um auf die Restkapazität und zu erwartende Laufzeit zu schließen brauche ich aber auch noch einen Sensor, der mehr als 5 Volt mitmacht. Leider habe ich dafür noch keinen finden können.

Grüße ext.

[Hubert.G]

Die 5V beim ACS715 hast du nicht richtig gelesen, das ist die Betriebsspannung die du ja auch für deinen µC brauchst.
Der Spannungsunterschied zwischen Meßspannung und Betriebsspannung kann bis zu 2kV betragen.

[extremesports]

@Hubert.G : Danke für den Hinweis - da war ich vorhin wohl zu schnell und oberflächlich mit dem Datenblatt. Jetzt hab ich es auch gefunden.
Heißt ich könnte auch messen, wie groß die Stromstärke ist, wenn bis zu ungefähr 2000 Volt anliegen?

Und um das noch mal kurz grundsätzlich klar zu bekommen:
Ich kann um eine Spannung zu messen einfach durch Spannungsteiler(um unter 5 Volt zu kommen) und ADC-Auswertung die Spannung in Volt ermitteln. Dazu lege ich einfach einen Abzweig vom Leiter an dem ich messen möchte an den ADC(bzw. an den Spannungsteiler).
Um aber eine Stromstärke zu messen(wodurch ich ja den momentanen Energieverbrauch feststellen kann oder die verbleibende Kappazität des Akkus) brauche ich ein IC, wie den ACS715. Damit kann ich dann die Stromstärke in Ampere feststellen indem ich den IC parallel zum Leiter schalte und den Vout Pin an ein ADC des µC klemme.

Ich hoffe das habe ich jetzt richtig verstanden - sonst korrigiert mich bitte.

Danke und viele Grüße ext.

[Hubert.G]

Es ist alles fast richtig. Nur das mit dem parallel schalten nicht. Du musst einen Leiter durch den IC schalten. Dafür sind die Pin IP+ und IP- .
Am VIOUT Pin hast du dann eine dem Strom entsprechende Spannung anliegen. Diese kannst du dann an den ADC anlegen.

[Sebas]

Hey das geht genau in meine Richtung.
Ich will für eine Ladestation eine Akkuüberwachung basteln, dazu will ich die Stromaufnahme messen. Aber der IC ist ja für 20A ausgelegt, ist da die genauigkeit im 1A bereich noch hoch genug?
mfg Sebastian

[extremesports]

Hmm... gute Frage.
Ich hab gerade noch mal das Datenblatt bezüglich Abweichung durchsucht. Auf Seite 5 ist ganz unten in der Tabelle eine durchschnittliche Abweichung von +- 1,5% angegeben - für 25°C .
Bei ungünstigen Umgebungsverhältnissen (hohe oder niedrige Temperatur) kann die Abweichung aber bis zu +- 6% betragen.
Die Grafiken auf Seite 7 und 8 (jeweils linke Spalte die 4.) gibt ja die auszuwertende Spannung zur gemessenen Stromstärke an. Leider beginnt der Graph erst bei 1,5 Volt was 5 bzw. 7 Ampere entspricht.
Ich denke aber, dass man auch in Bereichen um 1 Ampere gute Messergebnisse erziehlen kann, wenn man das Ganze mit dem ADC eines µC auswertet. Bei den ATmegas laufen die meine ich mit einer Auflösung von 10bit und wenn man dann nicht grob fahrlässig rundet sollten schon ausreichend genaue Ergebnisse rauskommen. Wenn man es genauer benötigt muss man sich eben nach einem IC mit höher auflösendem ADC umschauen...

@Hubert.G : danke für deine Mühe und die Aufklärung!!!

Grüße ext.

[Hubert.G]

Eine gute Auflösung erreicht man wenn man öfter misst und den Mittelwert daraus bildet. Mindestens 10 Messungen oder besser noch mehr.

[Valen]

...

Und um das noch mal kurz grundsätzlich klar zu bekommen:
Ich kann um eine Spannung zu messen einfach durch Spannungsteiler(um unter 5 Volt zu kommen) und ADC-Auswertung die Spannung in Volt ermitteln. Dazu lege ich einfach einen Abzweig vom Leiter an dem ich messen möchte an den ADC(bzw. an den Spannungsteiler).
...Prinzipiell stimmt das. Aber du muss doch den Batterie Spannung (nach ein Teiler oder nicht) messen gegen ein feste Spannungsreferenz? Sondern wirst du 'ein Teil von Vcc' messen gegen Vcc. Dann misst du nur den Spannungsteiler verhaltung selbst. Glucklich hat (fast) jeder AVR chip eine Spannungs referenz eingebaut wo gegen mann die Spannung am Teiler messen kann. Diese ist aber nicht 5 V, aber nominal 2,56 V bei zbs. den Atmega8. Also muss den Teiler die Batteriespannung weiter unter 2,56 teilen. Weil Batterie-überspannung auch möglich ist.

[Hubert.G]

Beim ATmega8 hat man drei möglichkeiten für die Spannungsreferenz.
Die 2,56V , VCC (Betriebsspannung) und eine externe Spannung.

[extremesports]

Wobei die externe Spannung, die als Referenz genutzt wird doch nciht höher als 5 Volt liegen sollte, oder? Sonst nimmt der ATmega doch bestimmt Schaden.
Ich hab eingentlich vor, VCC als Refferenz nutzen und das sind bei mir 5 Volt. Die Akkuspannung würde ich mit einem Spannungsteiler auf ungefähr 4 Volt bringen, dann ist auch Spielraum für Überspannung.

Grüße ext.

[PICture]

Hallo!


Ich hab eingentlich vor, VCC als Refferenz nutzen und das sind bei mir 5 Volt. Die Akkuspannung würde ich mit einem Spannungsteiler auf ungefähr 4 Volt bringen, dann ist auch Spielraum für Überspannung.

Nur wenn deine VCC für dich genug stabil ist, kannst du es so machen. Sonst würde ich interne Vref nutzen, was nur anderen Spannungsteiler für Akkus verlangt. ;)

[Sebas]

Hallo,
kennt jemand von euch einen ersatz für den ACS715 den es auch bei Reichelt gibt? Da hab ich nämlich grade eine bestellung am Start
mfg Sebastian

[Bernina]

Hallo. Der CSA-1VG könnte hier auch helfen. Es ist ebenfalls ein Hall-Sensor. Er misst den Strom aber ohne Durchschleifen des Stroms über einen unter dem IC durchgeführten speziell gestalteten Leiterzug. Siehe http://www.gmw.com/magnetic_sensors/sentron/csa/documents/CSA%20KIT%20summary%20v2.pdf

[extremesports]

@Bernina: Danke für den Link. Die Dinger schauen echt super aus!!! Die machen mir die Sache aber auch nicht sonderlich viel einfacher, da ich in mein Platinendesign genau so gut einen IC integrieren kann, durch den ein Leiter "durchgeschleift" wird...
Mal sehen für was ich mich letztendlich entscheiden werde.