LED als Sensor - ADC_Messung funktioniert nur, wenn ein Multimeter angeschlossen ist.

[Jimmybot]

Guten Abend RN-Gemeinde!

Ich habe mal wieder ein Problem und weis einfach nicht mehr weiter.

31830
Den Schaltplan habe ich aktuelle auf mein Steckbrett aufgebaut. Dieser ist ein Teil aus einer späteren Matrixschaltung von 9 LEDs, habe aber zu Testzwecken nur eine LED mit beschaltung aufgebaut.
Die angezeigten Spannungen sind im "Sensobetrieb" und am ADC-EingangµC wird auch über dem Multimeter eine Spannungsänderung von 0,6 bis 5V in Abhängigkeit vom Lichteinfall gemessen.
Der ADC im µC läuft, da ich zum testen an einen anderen Port LEDs geschaltet habe, die mir das ADC-Ergebnis anzeigen.


Nun habe ich das Problem, dass das ADC-Ergebnis (somit auch die Spannung am Emitter vom T12) sich nur ändert, wenn ein Multimeter angschlossen ist. Entferne ich diesen, bleibt die LED anzeige fest auf einen Wert stehen.

Dann habe ich einen Impedanzwandler dazwischen geschaltet und hatte das selbe Spiel. Messe ich mit dem Multimeter am Eingang des Wandlers, also direkt Emitter vom T12 läuft die Schaltung.
Nehme ich das Multimeter weg und messe am Ausgang vom Impedanzwandler bleibt die Spannung bei ca 3,6V stehen. Egal wieviel Licht einfällt.

Hat jemand eine Idee, was das Multimeter in der Schaltung macht, damit diese funktioniert?

Gruß
Jim

[i_make_it]

Lass mich raten das Multimeter hast Du zwichen dem ADC Eingang und GND?
Damit kann die Spannung über das Multimeter gegen GND abfließen, das Multimeter dürfte also als hochohmiger Pulldown Wiederstand arbeiten.

Also einfach einen GROßEN Wiederstand als Pull Down gegen GND.

[Jimmybot]

Danke für den Tipp. Habe heute morgen mal schnell 10x 82kOhm angeschlossen. Dieser dann 820kOhm großer Widerstand ist schein bar nicht groß genug. Leider habe ich in meinen Sortiment nur ein 82k als größtem Widerstand. Ich überlege mir gerade, wie ich ein sehr großen Widerstand realisieren kann.

[i_make_it]

Je kleiner der Pulldown Wiederstand, um so mehr Strom fließt und um so mehr wird die Spannung gegen 0V gezogen.
Es muß also ein großer Wiederstand sein, damit der Spannungswert nicht verfälscht wird, aber halt nicht unendlich, damit die Spannung sinken kann wenn sie an der Quelle (LED) sinkt.
Bei einem Voltmeter strebt man einen unendlichen Innenwiederstand an um die Messung nicht zu vrfälschen.
Da das aber nicht so ohne weiteres möglich ist, nimmt man möglichst große Wiederstände im Megaohm Bereich bis zig Megaohm.
Eventuell erst mal Googeln nach Schaltplänen für selbstbau Digitalmulitmeter und da dann die Wiederstandswerte nachsehen, für den Messbereich den dein Multimeter hatte als Du es benutzt hast.
Der Innenwiederstand ist dann größer wie dieser Wiederstand.
Also sollte es mit einem solchen Wiederstand oder einem etwas größerem funktionieren.
Eventuell mal einen 1 Megaohm Spindeltrimmer (Poti) und ein paar Festwiederstände ab 1Megaohm holen und dann den besten Wert ermitteln.
Das wäre dann die empirische Methode.
Oder halt im Datenblatt des µC nachdehen was da für die Analogeingänge steht und dann von Da aus weitersuchen nach Daten oder Bespielschaltungen bzw. durchrechnen.

[radbruch]

Hallo

Mit analogen Schaltungen kenne ich mich gar nicht aus. Entschuldigt deshalb die Frage: Warum so kompliziert?

Eine LED wirkt in Sperrrichtung wie eine Kapazität die sich in Abhängigkeit der Beleuchtung ändert, weil der interne Leckstrom bei Beleuchtung steigt (wenn ich mich recht erinnere). Mit einem Mikrokontroller kann man diesen Effekt recht einfach auswerten. Man "lädt" die LED in Sperrrichtung und wertet dann aus, wie lange das Entladen dauert. Das ist sogar ohne ADC machbar:

Kathode an 5V, Anode an µC-Pin. Pin auf Ausgang-Low schalten. LED wird geladen. Jetzt Pin auf Eingang umschalten und die Zeit messen (z.B. mit einer Zählschleife) bis der Pin wieder High wird. Fertig. Das funktioniert auch in einer Matix:


http://www.youtube.com/watch?v=MhpReBX-s7w

Der Ausschnitt aus dem Code:

case 0: DDRB &= ~2; // Anoden der gewünschten Zeile auf Eingang
while(!(PINB & 2)) // warten bis Pegel high erreicht ist
temp++; // solange Zähler erhöhen
return(temp); // Messwert zurückgeben
(Aus https://www.roboternetz.de/community/threads/50954-Ping-Pong-umprogrammieren/page3?p=495721)

Gruß

Micha

[Jimmybot]

Hallo

Mit analogen Schaltungen kenne ich mich gar nicht aus. Entschuldigt deshalb die Frage: Warum so kompliziert?

[...]

Gruß

Micha

Das Video kenne ich. Dieses Methode habe ich zuerst verwendet, aber wieder verworfen (Weil ich fest gestellt habe das es Teilweise zu lange dauert, bis der Pin ein Pegelwechsel festellt)

Ich wollte, dass jede LED einzeln von einandere bemerken, ob was darüber steht oder nicht und es muss zügig laufen, unabhängig davon wie hell es ist (wegen Matrix mit 22x22LEDs, aber zum testen erstmal 3x3).
So ähnlich wie hier:

https://www.youtube.com/watch?v=OLfF4b49MLs&spfreload=10
Nur ohne den IR-LED als Sensor bzw. Lichtquelle, sondern die LED an sich selber.

Ich meine mich zu erinnern, dass ich in deinen Thread gelesen habe, dass du nur jede Zeile einzeln ansteuern kannst. Ich lese dein Thread noch mal quer, wenn ich ein wenig Zeit finde.

Werde morgen mal ein Trimmer im MOhm Bereich auftreiben.

[radbruch]

Hallo

Ja, ich kann die LED bei der PingPong-Matrix immer nur zeilenweise auswerten.


Weil ich festgestellt habe, dass es teilweise zu lange dauert, bis der Pin einen Pegelwechsel feststelltUm die Einlesezeit generell zu optimieren kann man natürlich auch mehrere LED mit mehreren Pins gleichzeitig überwachen. Außerdem ist die Zeit bis der Pegel wieder High ist bei Hell deutlich kürzer als bei Dunkel. Wenn du also einen Schwellwert für "jetzt ist dunkel" definierst, kannst du beim Einlesen auch noch Zeit sparen, weil du nicht bis zum High warten mußt.


Ich wollte, dass jede LED einzeln von einandere bemerken, ob was darüber steht oder nichtEs wäre hilfreich, wenn man wüßte, wie du deine Matrix ansteuerst.

Gruß

Micha

[Jimmybot]

Gerade mit 2MOhm getestet. Schaltung funktioniert. Werde mal nach vollziehen, warum das so ist. Will ja in Zukunft vorher wissen, ob ich einen hohen Pulldown-Widerstand benötige. Danke für den Tip!


31834
Zur Erklärung wie die Schaltung funktioniert:

Beispiel für die LED1 (oben links):
Im Sensorbetrieb wird der Transistor T19 gesperrt, damit an der Anode keine 5V über den Arbeitswiderstand R10 anliegt. Die Kathode wird vom Controller auf 5V geschaltet und T1 wird ebenfalls angesteuert, damit er leitend wird. Nun kann ich eine Spannung am Emitter vom T12 messen, die in Abhängigkeit vom Lichteinfall ist.

Für den Leuchtbetrieb muss der Transistor T1 sperren und T19 Leitend. Zudem muss der Controller die Kathode auf GND schalten.

Für die Matrix habe ich mir gedacht, dass ich ein Multplexverfahren benutze. Dabei wird für den Sensorbetrieb Spalte für Spalte vorgegangen und in der Spalte dann LED für LED.
Nehmen wir an, dass die linke Spalte im Sensorbetrieb ist und die anderen beiden Spalten im Leuchtbetrieb.
Dann wird T19 die 5V für die linke Spalte sperren. T20 und T21 bleiben leitend. Da noch auf allen Kathoden der LEDs 0V anliegt, leuchten die Spalten "Mitte" und "Rechts"
Jetzt wird werden die Transistoren T1, T4 und T7 angesteuert, damit sie leitend werden. Dann in der 1. Zeile die Kathoden auf 5V geschaltet. Die LED der Zeile sind dann alle aus. Dann an LED1 die Spannung messen und die Kathode wieder auf 0V schalten. Im Controller dann den Kanal für die 2. Zeile wechseln und dann die Kathoden der 2. Zeile auf 5V schalten. Spannung am Emitter vom T13 messen. Und so dann für Zeile 3 widerholen.
Dann die Spalte wechseln und wieder von vorne beginnen.
Für den Leuchtbetrieb wird dann jede einzelne LED angesteuer. Linke Spalte 5V und 1. Zeile 0v ergibt, dass nur LED1 leuchtet und alle anderen dunkel sind.

Jetzt muss ich das einwig geschickt timen, damit man die LED im Sensorbetrieb nicht flackern sieht. Spricht nicht immer alle 9 LEDs nach ein ander im Sensorbetrieb betreiben, sonden Paketweise verteilt. Daher auch diese Lösung. Laut Datenblatt braucht der ADC vom Controller 50-200µs (abhängig vom Takt und dem Taktteiler) für eine Wandlung. Wenn ich jetzt zB. eine Wiederholzeit von 10ms anstrebe und dafür 1ms für das Messen abdrücke, sollte man es nicht bemerken und ich habe eine ganze Spalte erfasst. Dann brauche ich 30ms um die Matrix einmal komplett zuerfassen. Das sollte schnell genug sein, damit man keine verzögerung bemerkt.


So... Viel Text aus meinen verwirtem Gehirn. Bin mir ziehmlich sicher, dass ich in meiner Vorstellung, wie das ganze funktionieren soll, noch ein Denkfehler drin ist. Aber da werde ich jetzt nach dem Verfahren "Try and Error" weiter machen.

[i_make_it]

Nun, der Collector von T1 hängt an 5V.
Die Basis von T1 hängt an 5V.
Die Basis von T12 hängt über T19 an 5V.
Der Collector von T12 hängt über T1 an 5V.
Der Ermitter von T12 geht auf den ADC Eingang.
Da der ADC ja Spannungen mißt, hat er idealerweise einen unendlichen Widerstand.
(praktisch einen sehr hohen)
Über LED1 kommt zwar nicht so viel Strom, aber wenn die Leckströme größer sind wie der vom ADC, dann bleibt die Spannung immer oben.

Da die LED nicht so viel Strom liefert, zieht wiederum ein zu kleiner Pulldown Widerstand den ADC Eingang ständig auf GND.
Es kommt also darauf an das Gleichgewicht zu wahren.
Fließt entsprechender Strom über LED1 muß der Pulldown Widerstand groß genug sein das sich eine Spannung aufbauen kann.
Fließt ein kleiner oder kein Strom über LED1 muß der Pulldown Widerstand klein genug sein, das die Spannung trotz Leckströme absinken kann.

Im Prinzip wie ein Ableitwiderstand bei einem ESD Armband. der statische Elektrizität mit einer ungefährlichen Stromstärke ableitet.

Da in einigen Treads ja grade das Wassermodell zum Erklären gut ankommt, auch hier mal:
Stell Dir Spannung als Wasserdruck vor und Strom als Volumenstrom (Menge pro Zeit)
Den Widerstand als Wasserhahn und den ADC als Druckmeßdose.

Du hast also ein Rohr an dem unten ein Wasserhahn ist und direkt daneben der Drucksensor.
Kommt jetzt von oben ein Wasserstrahl mit 10 Bar aber nur durch eine Kanüle einer Spritze, dann darf der Wasserhahn nur minimal aufgedreht sein, damit der Drucksensor die 10 Bar anzeigen kann. kommen von oben nur noch 5 Bar, kann über den Wasserhahn aber schnell genug Wasser abfleißen, damit sich der Druck abbaut.
Hängt oben ein C-Rohr von der Feuerwehr dran, muß man den Wasserhahn voll aufdrehen, sonst dauert es ewig bis der Druck abfällt nach dem man den Zufluß gedrosselt hat.

[Jimmybot]

Okay... jetzt wird es klar.
Mal kurz für mein Verständnis:

In den meisten Fällen wird ja ein Spannungsteiler genutzt, um die Spannung zu messen.
Wenn jetzt mein T1 mit T12 zusammen mein R1 wäre, der veränderbar ist, muss der 2MOhm Widerstand mein R2 sein.

Wenn man jetzt nur den ADC-Eingang betreibt ohne den 2Mohm, ist mein R2 unendlich groß.
Und das bedeutet, dass die Spannung die am R2 abfällt immer die max. Spannung sein wird, egal wie groß R1 ist.
Habe ich das grob richtig verstanden?

Andere Frage:
Warum hängt die Basis vom T12 über T19 an 5V, wenn T19 doch sperrt?

[Peter(TOO)]

Wenn man jetzt nur den ADC-Eingang betreibt ohne den 2Mohm, ist mein R2 unendlich groß.
Und das bedeutet, dass die Spannung die am R2 abfällt immer die max. Spannung sein wird, egal wie groß R1 ist.
Habe ich das grob richtig verstanden?
ATMegas haben typisch einen Eingangswiderstand im Bereich von 32-100MOhm.


Andere Frage:
Warum hängt die Basis vom T12 über T19 an 5V, wenn T19 doch sperrt?
Die ganze Schaltung ist nur ein Ausschnitt aus etwas komplizierterem. T12 und T19 dürften durch digitale Signale angesteuert werden.
Diese Schaltung dürfte mehrfach vorhanden sein und als Multiplexer arbeiten.

Am Collector von T19 dürfte auch eine höhere Spannung anliegen.
Wird dann T19 angesteuert leuchtet die LED.
Wird T12 gesperrt sollte wohl keine Spannung von dieser LED an den ADC-Eingang gelangen.

Allerdings funktioniert das Ganze so nicht sauber.

MfG Peter(TOO)

[Jimmybot]

ATMegas haben typisch einen Eingangswiderstand im Bereich von 32-100MOhm.
Danke für den Hinweis


Die ganze Schaltung ist nur ein Ausschnitt aus etwas komplizierterem. T12 und T19 dürften durch digitale Signale angesteuert werden.
Diese Schaltung dürfte mehrfach vorhanden sein und als Multiplexer arbeiten.
Richtig. Aller dings ist die Schaltung nicht Copy und Paste, sondern meine eigene Kreation.



Am Collector von T19 dürfte auch eine höhere Spannung anliegen.
Wird dann T19 angesteuert leuchtet die LED.
Wird T12 gesperrt sollte wohl keine Spannung von dieser LED an den ADC-Eingang gelangen.
Allerdings funktioniert das Ganze so nicht sauber.
MfG Peter(TOO)
Soweit Richtig.
Wird T19 angesteuert und hat die Kathode 0V leuchtet die LED.
Dabei muss aber der Collector von T12 von der Kathode getrennt sein.

Hier mal das Ganze in einer Logiktabelle




Basis
T19
Basis
T1
Kathode

Basis
T12
Emitter
T12


Leuchtbetrieb
5V
0V
0V

U_LED
?


Sensorbetrieb
0V
5V
5V

Ux_LED
Ux


U_LED: Vorwärtsspannung der LED
Ux_LED: Spannung von der LED in Abhängigkeit vom Lichteinfall
Ux: Licht abhängige Spanung die durch T12 verstärkt wurde

Was meinst du damit, dass das Ganze nicht so sauber funktioniert?


Nachtrag:
Ich glaube ich weiß was du meinst.
Die LED hat auch ein kapazitiven Wert, der nach dem Abschalten der Spannung an der Anode aber noch einwenig von der LED gehalten wird bis sich diese entladen hat. Ich muss mir was überlegen, wie ich die LED vor dem Sensorbetrieb entladen kann.:roll:

[Peter(TOO)]

Hallo,

Was meinst du damit, dass das Ganze nicht so sauber funktioniert?

Nachtrag:
Ich glaube ich weiß was du meinst.
Die LED hat auch ein kapazitiven Wert, der nach dem Abschalten der Spannung an der Anode aber noch einwenig von der LED gehalten wird bis sich diese entladen hat. Ich muss mir was überlegen, wie ich die LED vor dem Sensorbetrieb entladen kann.:roll:
Gut, habe ich richtig geraten.
1. Wenn T19 durchsteuert, liegen an dessen Emitter maximal 4.3V an.
An LED1 liegen dann 4.3V an der Anode und 5V an der Kathode.
Also -0.7V, da leuchtet noch lange nichts!

2. Mit T1 klemmst du zwar den Collector von T12 ab, aber da ist noch die BE-Diode von T12!
Wenn die LED leuchtet, liegt am Emitter von T12 die Anodenspannung von LED1-0.7V an.

Geht also so nicht!

MfG Peter(TOO)

[Jimmybot]

Hallo,

Gut, habe ich richtig geraten.
1. Wenn T19 durchsteuert, liegen an dessen Emitter maximal 4.3V an.
An LED1 liegen dann 4.3V an der Anode und 5V an der Kathode.
Also -0.7V, da leuchtet noch lange nichts!

MfG Peter(TOO)
Doch sie leuchtet, da an der Kathode 0V anliegen
31837


2. Mit T1 klemmst du zwar den Collector von T12 ab, aber da ist noch die BE-Diode von T12!
Wenn die LED leuchtet, liegt am Emitter von T12 die Anodenspannung von LED1-0.7V an.

Geht also so nicht!

Das ist im Moment mein Problem. Zwar nicht das ich hier was Messen will, wären die T19 durchschalte. Sondern, wenn T19 sperrt. Also die Restspannung der Kapazität der LED noch die Spannung hochhält.



PS:
Peter(TOO) ich glaube du hast dir den ersten Schaltplan angesehen, der ja nur ein Ausschnitt aus der Matrix ist und den Zustand im Sensorbetrieb festhalten soll.

[Peter(TOO)]

Hallo,

PS:
Peter(TOO) ich glaube du hast dir den ersten Schaltplan angesehen, der ja nur ein Ausschnitt aus der Matrix ist und den Zustand im Sensorbetrieb festhalten soll.
Scheint wohl so :-(
Geht aber so trotzdem nicht :-P

Ich nehme jetzt trotzdem nochmals das Alte:
R1, T1 und T12 kommen mal weg!

T12-E kommt an GND.
T12-C wird mit den anderen verbunden und kommt auf den ADC. Der ADC bekommt einen Pull UP.
T12-B kommt über einen Widerstand an LED1-A.

T1-E an GND.
T1-C an T12-B
T1-B an R1.
Allerdings dreht sich jetzt die Ansteuerung. Gemessen wird wenn an R1 0V anliegen.

Was ich jetzt nicht weiss, ist wie gross der Strom durch LED1 beim Messen ist.

MfG Peter(TOO)

[Jimmybot]

Hallo,
[...]

Ich nehme jetzt trotzdem nochmals das Alte:
R1, T1 und T12 kommen mal weg!

T12-E kommt an GND.
T12-C wird mit den anderen verbunden und kommt auf den ADC. Der ADC bekommt einen Pull UP.
T12-B kommt über einen Widerstand an LED1-A.

T1-E an GND.
T1-C an T12-B
T1-B an R1.
Allerdings dreht sich jetzt die Ansteuerung. Gemessen wird wenn an R1 0V anliegen.

Was ich jetzt nicht weiss, ist wie gross der Strom durch LED1 beim Messen ist.

MfG Peter(TOO)

31839
Habe ich deine Beschreibung richtig interpretiert?

Jetzt steige ich aber nicht ganz durch wie ich die Spannung messen kann.
Wenn an R1 0V anliegt wird GND an der Anode gesperrt. Die Fotospannung der LED steuert den Transistor T12 über R5 an und ergibt halt am Spannungsteiler zwischen dem Pull-Up Widerstand (R2) und dem Transistor dann die Spannung Ux.
Wenn mein eingerostetes Wissen sich nicht irrt, hängt R5 (der Vorwiderstand von T12-B) von der Größe des Stromes ab, der die Fotospannung speisen kann. Ich weiß, dass diese sehr gering ist. Werde das mal versuchen herraus zufinden.
Aber welche Funktion hat dann T1, außer GND an die Anode zu schalten. Um die Restspannung zu entladen, wenn die LED geleuchtet hat?

[Peter(TOO)]

31839
Habe ich deine Beschreibung richtig interpretiert?
Nicht ganz:

T1-C muss direkt an T12-B.

Der Rest stimmt so.

MfG Peter(TOO)

[Jimmybot]

meine Beschreibung auch?

[Peter(TOO)]

meine Beschreibung auch?
Das mit T1 stimmt nicht so ganz, weil die Schaltung anders ist.

R5 hat eine etwas andere Aufgabe.

Wenn die Basis von T12 an GND gelegt ist, hättest du einen Kurzschluss, wenn die LED leuchten soll.
R5 begrenzt diesen Strom.
R5 sollte so gross wie möglich gewählt werden, aber wiederum so klein, dass der Fotostrom keinen zu grossen Spannungsabfall erzeugt.
Ich schätze R5 so im Bereich von 1-10k.

Der Fotostrom wird dann von T12 noch verstärkt, je nach Transistor um den Faktor 200-600. Entsprechend musst du dann R2 wählen.

Auf Grund der ganzen Toleranzen, wirst du, bei gleichmässiger Beleuchtung, für jede Diode eine andere Spannung messen. Du wirst in der Software dann eine Tabelle mit dem Faktor für jede LED benötigen.

MfG Peter(TOO)
P.S. Ich gehe jetzt erst mal eine Runde pennen. Letzte Nacht war ich wegen einer Herzkatheter-OP im Spital, eigentlich keine grosse Sache. Aber die kommen jede Stunde Blutdruck etc. messen :-(

[Jimmybot]

Das mit T1 stimmt nicht so ganz, weil die Schaltung anders ist.
[...]
Wenn die Basis von T12 an GND gelegt ist, hättest du einen Kurzschluss, wenn die LED leuchten soll.
R5 begrenzt diesen Strom.
[...]


Also für den Fall, dass ich beim programmieren mist baue. Weil eigentlich sollte ja über T1 doch GND nicht an die Basis von T12 gelegt werden, wenn die LED leuchten soll.



Der Fotostrom wird dann von T12 noch verstärkt, je nach Transistor um den Faktor 200-600. Entsprechend musst du dann R2 wählen.


Der Transistortyp ist BC547A. Also laut Datenblatt eine Verstärkung von 110 bis 220.

Ich werde morgen R2 berechnen und dann deine Schaltung auf dem Steckbrett aufbauen.
Problem ist halt nur, dass ich nicht weiß wie groß der Fotostrom ist, da es mir heute abend nicht gelungen ist, was zu messen.
Also morgen mal Google bemühen, vielleicht gibt es Refernswerte.



Auf Grund der ganzen Toleranzen, wirst du, bei gleichmässiger Beleuchtung, für jede Diode eine andere Spannung messen. Du wirst in der Software dann eine Tabelle mit dem Faktor für jede LED benötigen.


Ich wollte beim Programmieren ein Array anlegen, wo die Werte abgelegt werden.



MfG Peter(TOO)
P.S. Ich gehe jetzt erst mal eine Runde pennen. Letzte Nacht war ich wegen einer Herzkatheter-OP im Spital, eigentlich keine grosse Sache. Aber die kommen jede Stunde Blutdruck etc. messen :-(

Da kann man nur einen erholsamen Schlaf wünschen und gute Besserung.

[Peter(TOO)]

Also für den Fall, dass ich beim programmieren mist baue. Weil eigentlich sollte ja über T1 doch GND nicht an die Basis von T12 gelegt werden, wenn die LED leuchten soll.
Nein, die Basis von T12 soll an GND gelegt werden, damit T12 sperrt.
Und T12 soll sperren, wenn die LED leuchtet oder nicht gerade diese gemessen wird.