AD-Wandler als Spannungsmesser für 12 Volt ? Wie ?

[The-Real-Joker]

Hallo,
ich habe für die Motoren meines Bot eine 12Volt (10*1,2Volt Akkus) Stromversorgung. Für die Steuerelektronik hab ich einen 7805 verwendet und so meine 5 Volt. Jetzt möchte ich, dass der Bot weiß wenn ihm der "Sprit" ausgeht.
Ich denke das das am besten mit einem AD-Wandler geht. Die vertragen aber meistens nur 5 Volt - TTL eben-. Nur die 5 Volt die der Bot hat kann ich ja nicht nehmen da die bis ca. 9 Volt stabil sind. Also muss ich direkt an das Akku-Pack gehen. Da ich einen 90s8515 als brain nutze benötige ich einen externen AD-Wandler.
Wie mach ich das jetzt ?

Könnt ihr mir auch einen passenden AD-Vorschlagen ? Die teile gibt es ja auch mit seriellen ausgängen ? Wie steuer ich die an ?

Gruß Joker

[bad-joker]

Hallo
Das kannst du mit einen einfachen Spannungsteiler machen. Mit zB zwei Widerständen a 100k und 200k. Somit fallen am 100k Widerstand ca. 1/3 der Spannung (max. 4 Volt) ab. Du kannst aber auch einen einfachen invertierneden Verstärker einsetzten mit einer Verstärkung (Abschwächung) von 0.3.
Grüsse
Tom

[The-Real-Joker]

Hi,
also meinst du, das ich die 12 Volt auf ca. 5 runterbrechen soll damit der AD-Wandler mit der Spannung zurechtkommt ?

Ich will ja nicht einfach eine "ein bit" Anzeige haben
- 0 zuwenig Spannung -
- 1 gernug Spannung -

es sollten ja schon ein paar mehr Schritte dazwischen liegen, damit der Bot nacheinander seine Systeme abschaltet - je nachdem wie weit die Spannung gefallen ist.

Gruß Joker

[recycle]

es sollten ja schon ein paar mehr Schritte dazwischen liegen, damit der Bot nacheinander seine Systeme abschaltet - je nachdem wie weit die Spannung gefallen ist.


ich weiss nicht genau, wie es beim 90s8515 ist, aber die ATMegas haben 10 bit AD-Eingänge. Das reicht für etwas mehr als die Unterscheidung von an und aus, genaugennommen für 1024 Abstufungen.
Selbst mit einem Spannungsteiler von 1/3, Digitalisierungsfehler, Toleranz der Widerstände usw. sollte das noch völlig ausreichen um rechtzeitig zu erkennen, wann deine Akkuspannung in die Knie geht.

[bad-joker]

@Joker
Ich verstehe jetzt dein Problem nicht ganz. Die 4Volt kannst du ja mit deinem 10 Bit AD gut messen.
Tom

[The-Real-Joker]

Hi,
die 90s**** haben keine AD-Eingänge, den muss ich extern anschließen. Werde wohl einen TLC 549 nehmen. Der hat 8 Bit Auflösung... sollte ja reichen. Ich bin noch einsteiger (aber mein erster Bot düst wschon durch die gegend :-) ) und wollte noch schnell nachfragen ob ihr mit Spannunsteiler Widerstände meint oder ob es auch bausteine gibt welche unabhängig von der eingangsspannung eine ausgangsspannung liefern welche 1/3 kleiner ist als die eingangsspannung.

Gruß Joker

Also wie gesagt mit nem invertierenden Verstärker (Abschwächer zB. mit LM324) würds gehen, aber ich würd den Spannungsteiler vorziehen. Das bischen Leistung was du dabei verbatest würde dein Verstärkebaustein auf jeden Fall auch benötigen.
Tom

[bad-joker]

ups vergessen einzuloggen

[Manf]

Hi,
die 90s**** haben keine AD-Eingänge, den muss ich extern anschließen. Werde wohl einen TLC 549 nehmen. Der hat 8 Bit Auflösung... sollte ja reichen. Ich bin noch einsteiger (aber mein erster Bot düst wschon durch die gegend :-) ) und wollte noch schnell nachfragen ob ihr mit Spannunsteiler Widerstände meint oder ob es auch bausteine gibt welche unabhängig von der eingangsspannung eine ausgangsspannung liefern welche 1/3 kleiner ist als die eingangsspannung.

Gruß Joker
Spannungsteiler sind im allgemeinen die Widerstände.

Wenn man einen Spannungsteiler mit Kondensator beschaltet und den Kondensator entläd, dann dauert es unterschiedlich lange, je nach zu messender Spannung, bis die Schaltschwelle wieder erreicht wird.

Man kann auch den Spanungsteiler mit einem Widerstand und einem einstellbarem PWM Wert bslasten, um festzustellen, bei welchen PWM Wert die Schaltschwelle gerade erreicht wird.
Manfred

[The-Real-Joker]

Invertierenden Verstärker
LM324 das Teil hällt ja bis 30 Volt aus. Wie muss ich den Baustein beschalten, das er mir max 5 Volt ausspuckt ?

@Manf
Erst mal danke für einen Beitrag. Das ist auch eine gute Idee. Ich möchte erst einmal versuchen einen externen seriellen AD-Wandler zu nutzen. Dann nimmt der der Baustein ein paar Berechnungen ab :-)

Joker

[recycle]

Ich bin noch einsteiger (aber mein erster Bot düst wschon durch die gegend )

damit bist du dann schon wesentlich weiter als ich ;-)


und wollte noch schnell nachfragen ob ihr mit Spannunsteiler Widerstände meint oder ob es auch bausteine gibt welche

Mit einem Spannungsteiler sind normalerweise Widerstände gemeint.

Wenn du 2 Widerstände in Reihe schaltest, verteilt sich die Gesamtspannung proportional zu den Widerstandswerten der Widerstände.
D.h. wenn ein Widerstand 100k hat und der andere 200k, fallen an dem 100k Widerstand immer 1/3 der Gesamtspannung ab. Bei deiner Akkuspannung von 12 Volt wären das maximal 4 Volt, wenn die Akkuspannung runtergeht entsprechend weniger.



ob es auch bausteine gibt welche unabhängig von der eingangsspannung eine ausgangsspannung liefern welche 1/3 kleiner ist als die eingangsspannung.

Genau das ist bei dem Spannungsteiler der Fall.
Wenn die Akkuspannung auf 6 Volt runtergeht, fallen an dem 100k Widerstand auch nur noch 2 Volt, also 1/3 ab.

Du kannst dir einen Spannungsteiler auch ganz einfach selber ausrechenen, dann wird dir sicher klar wie der funktioniert.:

Bei einer Reihenschaltung fliesst durch beide Widerstände derselbe Strom und den kannst du mit I=Uges/(R1+R2) ausrechnen.
Die Spannung die an jedem einzelnen Widerstand berechnet sich mit:
U1=R1*I und U2 =R2*I.

Wenn die Gesamtspannung runter geht, geht auch der Strom runter und damit auch die Spannung an den einzelnen Widerständen.

Bei der Auswahl der Widerstände solltest du drauf achten, dass
- der Gesamtstrom nicht zu gross wird, weil dann deine Akkus schnell entleert werden.
- die Widerstände im Verhältniss zu zum Eingang deines AD-Wandlers aber auch nicht zu gross werden, weil dann das Messergebnis zu stark verfälscht wird.
- die Spannung an dem Widerstand an dem du misst nicht grösser wird als die maximale Spannung die dein AD-Wandler verträgt
- die Spannung an dem Widerstand an dem du misst nicht zu klein, wird, weil du damit Messgenauigkeit verschenken würdest.

[The-Real-Joker]

Danke recycle,
jetzt hab ich erst mal verstanden was ein Spannungsteiler wirklich ist.

------- Meine Art ein Zitat einzublenden :-) -------------
1 ) - der Gesamtstrom nicht zu gross wird, weil dann deine Akkus schnell entleert werden.
2 ) - die Widerstände im Verhältniss zu zum Eingang deines AD-Wandlers aber auch nicht zu gross werden, weil dann das Messergebnis zu stark verfälscht wird
------------------------------------------------------------------

Wie kann ich 1) verhindern ?
2) versthe ich nicht so ganz ? Der AD-Wandler will doch nur seine Spannung und seine minimun mA. Oder ? Was meinst du mit Widerstand ?

[uwegw]

Wie kann ich 1) verhindern ?
einfach die beiden widerstände so groß wählen, dass der strom, der durch sie fließt, gegenüber dem stromverbrauch der restlichen schaltung vernachlässigbar ist.
eine möglichkeit wäre zb 12 kiloohm und 18 kiloohm. dann fließen bei vollem akku nur 0,4mA... und der rest der schaltung (insbesondere der antrieb) zihet ja viel mehr strom...


2) versthe ich nicht so ganz ? Der AD-Wandler will doch nur seine Spannung und seine minimun mA. Oder ? Was meinst du mit Widerstand ?

der ADC zieht einen (sehr kleinen) eingangsstrom. dies wirkt dann so, als ob man stattdessen einen großen widerstand anschließen würde.
dieser widerstand verschiebt die spannungsverhältnisse im spannungsteiler, weil sich der untere widerstand etwas verkleinert, da ihm ja der ADC paralle geschaltet wird. ADCs werden aber auf möglichst kleinen eingasgsstrom hin optimiert, sodass dieser effekt kaum ins gewicht fallen dürfte...

[recycle]

Wie kann ich 1) verhindern ?

In dem du grosse Widerstandswerte wählst. Die Reihenschaltung aus den beiden Widerständen schliesst du ja direkt an deinen Akku an.
Der Strom durch die Widerstände berechnet sich aus I=U/R, d.h. je grösser der Widerstand, desto kleiner der Strom der deinen Akkus entnommen wird.



2) versthe ich nicht so ganz ? Der AD-Wandler will doch nur seine Spannung und seine minimun mA. Oder ? Was meinst du mit Widerstand ?

Der AD-Wandler bzw. AD-Eingang hat aber auch einen Eingangswiderstand und dieser Eingangswiderstand liegt parallel zu dem Widerstand an dem du die Spannung misst.

Bei einer Parallelschaltung gilt Rges = R1*Re/(R1+Re)
D.h. wenn Re wesentlich grösser ist als R1, spielt Re kaum eine Rolle für Rges. Je kleiner Re im Verhältnis zu R1 wird, desto kleiner wird aber Rges.
Bei R1=Re sinkt Rges z.B. schon auf die Hälfte ab. Damit ändert sich dann natürlich auch das Spannungsverhältnis, dass du ursprünglich mal für deinen Spannungsteiler ausgerechnet hast.

D.h. du darfst die Widerstandswerte für deinen Spannungsteiler auch nicht zu hoch wählen, sondern solltest darauf achten, dass der Widerstand an dem du misst schon wesentlich kleiner bleibt als der Eingangswiderstand von deinem AD-Wandler.

Mal dir einfach mal deinen Spannungsteiler mit Eingangswiderstand des AD-wandlers auf und rechne es einfach mal mit ein paar Zahlenbeispielen durch, dann siehst du vermutlich was ich meine.


[edit] uweg war mit seiner Antwort mal wieder schneller fertig als ich

[The-Real-Joker]

Ich verneige mich vor Euch !
Danke für Eure (schnellen und guten) Posts !

Gruß Joker

PS : Bei Nachfragen werde ich den Thread noch ein wenig Vollposten :-)

[JensB]

Hey joker, Du solltest bei der Spannungsteilervariante noch ne Diode als Schutz benutzen, damit der Wandler im Fall des "Ablebens" nicht beschädigt wird. Kenne den TLC zwar nicht so gut, aber im Allgemeinen ist das so die Praxis....

Hier noch n interessanter Link http://www.franksteinberg.de/uni8ad.htm

[The-Real-Joker]

Hi,
ich kenne den TLC549 auch nicht wirklich gut. Der war halt der billigste AD-Wandler mit serieller ausgabe (ich will ja nicht ein ganzen port für den AD opfern :-) )

Wenn man nach dem Datenblatt geht kann man auch ohne großen Aufwand an den µC anschließen. Das einzigste was man eben noch machen muss ist einen Spannungsteiler vor den TLC zu hängen. Und was ein Spannungsteiler ist, weiß ich ja jetzt ( denke ich.... hoffe ich jedenfalls)

[JensB]

ja, aber denke auch an "EINE" Schutzdiode, denn was passiert, wenn ein ein Widerstand des Spannungsteilers den geist aufgibt?

Dann ist der Wandler ruckzuck platt und vielleicht sogar der µC....wer weiß...

[The-Real-Joker]

Du hast recht !
Wie funktioniert das mit der Schutzdiode ? Welche muss ich nehmen und wo wird die zwischengeschaltet ?

Gruß Joker

[Dirk]

Hallo Joker,

wenn Du den TLC549 nehmen willst, kannst Du bei einer Uref von 5V mit einer Auflösung von ca. 0,02V messen.

Ein guter Spannungteiler für Deinen 12V-Akku wäre ein 1/3-Spannungsteiler. Du könntest mit ihm dann bis 15V messen (Auflösung: 0,06V pro Digit). Dann kannst Du nicht nur die Entladung des Akkus gut überwachen, sondern auch die Ladung im Bot (bis 14,4V) kontrollieren.

Typische Widerstandswerte (1% Metallfilm) sind dafür z.B.:
-> 5,9 kOhm / 11,8 kOhm (Verlust: 0,7 mA, 0,008W)

Gruß Dirk

P.S.: Ein Schutz des A/D-Wandler-Eingangs ist nicht nötig. Sie sind recht gut gegen Überspannung geschützt. Auch der Spannungsteiler ist mit den Spannungen im Bot nicht "klein zu kriegen", d.h. ein Defekt fast unmöglich. Wenn Du dennoch auf Nummer "supersicher" gehen willst, kannst Du eine Z-Diode (Spannung >5V und <10V) parallel zum A/D-Wandler-Eingang legen. Das ist aber m.E. völlig überflüssig.

[The-Real-Joker]

Sehr gute Idee !
Hatte mir schon einmal überlegt den Bot direkt zu laden. Mit was lade ich den den 12 Volt (10*1.2 Volt) akku ? Und wie lange dauert das ? Wollte mir erst Hochleistungsakkus kaufen 2100mAh und dann ein profi schnelladegerät ( 4 Akkus in 36Min aufgeladen) Wenn ich jetzt z.B. die 10 Akkus in 1.5 - 2 Stunden laden könnte wäre das natürlich auch super :-)

Gruß Joker