ich stehe vor folgendem Problem. Ich habe ein Geraet mit 0…10V Schnittstelle ueber die zur Kommunikation lineare Daten uebergeben werden koennen, z.B. die Luftfeuchte, gemessen von einem Sensor. Dabei entspraechen dann z.B. 0V = 0% Luftfeuchte und 10V = 100% Luftfeuchte.
Die Spannung (0…10V) soll nun digitalisiert werden um mit einem Mikrocontroller weiterverarbeitet zu werden. Hier liegt nun mein Problem.
Nochmals die Daten:
zu digitalisierende Spannung: 0…10V
gewuenschte Aufloesung: 12 Bit
Der Mikrocontroller laeuft mit 5V, d.h. bei einem Eingangssignal von 10V muss hier eine Signalanpassung gemacht werden. Es stellt sich jetzt die Frage ob es ausreicht einen Spannungsteiler zu verwenden (z.B. 2*100k) und dann einfach die halbe Spannung abzugreifen und zu digitalisieren. Allerdings wird sich hier ein Problem mit der Genauigkeit einstellen, da zum einen sehr genaue Widerstaende genommen werden muessten, und zum anderen diese Rauschen.
Alternativ koennte man aber auch einen Instrumentationsverstaerker einsetzen mit der Verstaerkung 1/2. Ob dieser Aufwand aber wirklich noetig ist ist mir im Augenblick nicht ganz klar.
Das Problem ist eigentlich relativ trivial, es soll ja nur eine Spannung digitalisiert werden, allerdings bin ich mir bei dem einzuschlagenden Weg relativ unsicher.
Ich wuerde mich freuen, wenn der Ein oder Andere einige Tipps und Ideen haette, eventuell sogar ein Schaltungsbeispiel.
werden. Es stellt sich jetzt die Frage ob es ausreicht einen
Spannungsteiler zu verwenden (z.B. 2*100k) und dann einfach
die halbe Spannung abzugreifen und zu digitalisieren.
Ja, das reicht aus, aber i.a. nimmt man etwas kleinere R, z.B. 10K
Allerdings wird sich hier ein Problem mit der Genauigkeit
einstellen, da zum einen sehr genaue Widerstaende genommen
Nein, 1% Widerstände reichen i.a. aus und sind eigentlich gängig.
werden muessten, und zum anderen diese Rauschen.
Das Signalrauschen halbiert sich ebenfalls, jedoch bleibt das Johnson-Rauschen gleich, dass aber bei großen R größer wird. Ich würde mir aber eher Gedanken über das Bitrauschen des ADC machen. 12 Bit sind 4096 Steps, also eine Auflösung von 1,22 mV. Bei einemBitrauschen der normalerweise letzten 3 Bits, reduziert sich die Auflösung auf 9,8 mV, wobei hier das Johnson-Rauschen keine Rolle mehr spielt. Das Rauschen wird eh außerhalb durch einen elektrischen tiefpass, innerhalb durch einen rechnerischen Tiefpass (arithmetisches Mittel, Meridan usw.) minimiert.
Alternativ koennte man aber auch einen
Instrumentationsverstaerker einsetzen mit der Verstaerkung
1/2. Ob dieser Aufwand aber wirklich noetig ist ist mir im
Augenblick nicht ganz klar.
Unnötig. Die sind eher gut, um extrem kleine Signale zu verstärken.
Wenn es Dir wirklich so auf die Genauigkeit drauf an kommt, kannst Du einen Spannungsteiler aus 2 Widerständen und einem Potentiometer machen. Also zB so
und ein 1k Poti verwenden. Dann wird der Eingang mit 21k belastet. Ausgangswiderstand ist ca. 5k.
Am Poti kannst Du dann das genau Teilerverhältnis in bequemen Grenzen einstellen.
Da Du Luftfeuchtigkeit messen willst, die sich ja nur sehr sehr langsam ändert, würde ich parallel zum ADC-Eingang des µC noch ein relativ großen Kondensator hängen. Wenn Du zB 4.7µF hintust ergibt sich eine Zeitkonstante von tau = R*C = 5k * 4.7µF = 23.5ms. Der hat dann eine 3dB-Grenzfrequenz von 6.8Hz. Die 50Hz Netzfrequenz sind noch nicht recht unterdrückt. Du kannst dann auch einen größeren Kondensator reingeben, der braucht ja auch nur 5V aushalten und ist somit auch noch handlich klein.
und ein 1k Poti verwenden. Dann wird der Eingang mit 21k
oder besser ein 100Ohm-Poti, damit auch wirklich
fein abgeglichen werden kann.
belastet. Ausgangswiderstand ist ca. 5k.
Die Berücksichtigung von Eingangs- und Ausgangswiderstand
ist auch nicht unwichtig für die Genauigkeit.
Gegebenenfalls sind Spannungsfolger sinnvoll,
um Lasten anzupassen.
Da Du Luftfeuchtigkeit messen willst, die sich ja nur sehr
sehr langsam ändert, würde ich parallel zum ADC-Eingang des :µC noch ein relativ großen Kondensator hängen.
Wenn Du zB 4.7µF hintust ergibt sich eine Zeitkonstante
von tau = R*C = 5k * :4.7µF = 23.5ms.
Aber Vorsicht! Größere Kond. sind üblicherweise Elkos ?
Sowas sollte überhaupt nicht in den Signalweg einer
analogen Schaltung wenn hohe Genauigkeit gefordert ist !!!
Höchstens noch Tantal-C, wenn’s den sein muß.
Ein Rechentiefpaß ist eh viel effektiver und gegen
50Hz-Brummen hilft auch eine Netzsyschrone Abtastung
sehr gut.
Der hat dann eine 3dB-Grenzfrequenz von 6.8Hz.
Die 50Hz Netzfrequenz sind noch nicht recht unterdrückt. Du
kannst dann auch einen größeren Kondensator reingeben, der
braucht ja auch nur 5V aushalten und ist somit auch noch
handlich klein.
Elko ist zwar klein, aber nicht geeignet. Wirklich gut
sind nur Folien-C -> dann aber große Bauform.