Dzielniki napięcia i ADC

Chcę odczytać napięcie od 0-30 V za pomocą MCU ADC, który ma maksymalne napięcie wejściowe 3 V.

Początkowo myślałem o zastosowaniu dzielnika 100k-10k (więc 33V przekłada się na 3V), ale zgodnie z odpowiedziami na impedancję wejściową ADC na MCU , spowoduje to dodanie 3% błędu z powodu wejściowego prądu upływu; Szukam maksimum błędu 0,5%. Jednak przy niższych wartościach dzielnika ryzykuję uszkodzenie wejść MCU z powodu przepięcia (rezystory działają w parze z diodami zaciskowymi na wejściu). Zwiększam również rozpraszanie mocy w moich opornikach, które są małymi urządzeniami 0603, przystosowanymi do Maksymalnie 0,063 W. Jak mogę tego uniknąć? nb impedancja wejściowa nie jest krytyczna.

Nie martwię się o szybkość próbkowania, będzie monitorować napięcie akumulatora z maksymalną prędkością 100 próbek na sekundę.

adc

— Thomas O
źródło

zbudowałeś poprzedni? 3% było najgorszym przypadkiem opartym na najgorszym wycieku, chyba że robisz dużo, możesz je skalibrować.

— Kortuk

Kortuk, czy myślisz, że mógłbym dostosować jeden z oporników o 3% lub obsłużyć go w oprogramowaniu (skalować o 1,03x?)

— Thomas O

Mówisz, że chcesz wysokiej precyzji, niskiego poboru mocy przy bardzo niewielkich dodatkowych kosztach. Nie jestem pewien, czy to możliwe. Możesz skalibrować w oprogramowaniu, o którym wspominał Kortuk, ale w fantastycznym procesie, który wymaga czasu, który równa się pieniądzom.

— Kellenjb

W każdym razie sterowanie wejściem MCU ADC z dużą impedancją jest złe. Zwiększa czas ustalania i powoduje zniekształcenie itp. „Przetwornik ADC jest zoptymalizowany do sygnałów analogowych o impedancji wyjściowej około 10 kΩ lub mniejszej. Jeśli takie źródło zostanie zastosowane, czas próbkowania będzie nieistotny. Jeżeli źródło ma wyższą impedancję czas próbkowania zależy od tego, jak długo źródło musi naładować kondensator S / H, przy czym może się znacznie różnić. Użytkownikowi zaleca się stosowanie źródeł o niskiej impedancji z wolno zmieniającymi się sygnałami, ponieważ minimalizuje to wymagany transfer ładunku do czapki S / H ”

— endolith

Odpowiedzi:

Następnie użyj dzielnika napięcia z rezystorami, a następnie popampa. Alternatywnie użyj obwodu opamp, aby obniżyć napięcie, a możesz wykonać filtrowanie aliasów w jednym etapie!

— smashtastic
źródło

+1 użyj wzmacniacza

— operacyjnego

Nie stać mnie na wzmacniacz operacyjny. Niestety nie mam wystarczająco dużo miejsca. Mogę sobie pozwolić na bufor IC, jeśli są wystarczająco małe i są dostępne z 8 kanałami.

— Thomas O

Zwykle kupujesz tylko mały wzmacniacz operacyjny i podłączasz go jako bufor. national.com/mpf/LM/LMC7111.html SOT23 jest za duży?

— endolith,

Och, chcesz 8 kanałów.

— endolith,

użycie rezystorów o wyższej precyzji zmniejszy błąd dzielnika napięcia, drugim problemem jest doprowadzenie tego sygnału do ADC. To właśnie tam pojawią się niedokładności, stąd propozycja użycia bufora.

— smashtastic

Okej, od twojej odpowiedzi na mój komentarz myślę, że mogę pomóc w udzieleniu pełnej odpowiedzi.

Zbuduj to!

Zbuduj swój prosty dzielnik rezystancyjny. Ma to wiele zalet, dla jednego rozmiaru innym jest koszt.

Scharakteryzuj to!

Teraz zamierzasz również użyć mikrokontrolera, tutaj musisz scharakteryzować swój błąd. użyj bardzo dokładnego generatora napięcia, teraz sprawdź napięcia i sprawdź, jaki błąd faktycznie mierzy uC.

Przeanalizuj to!

Teraz robi się fajnie. Istnieje wiele rzeczy, które można zmierzyć.

Dokładność i precyzja

Największą rzeczą do zmierzenia tutaj jest powtarzalność błędu w punktach. JEŻELI za każdym razem, gdy przeciągasz, pojawia się inny błąd lub jeśli przeciągnięcie po innej ścieżce daje inny błąd w tym samym punkcie, nie jest to opcja. Często dzieje się tak w przypadku prądów upływowych. Ważną częścią jest tutaj to, że nie potrzebujesz wysokiej dokładności, tylko wysoki stopień precyzji. Jeśli potrafisz scharakteryzować swój błąd, twój uC może go naprawić. Jeśli masz dużą wariancję, musisz zmienić swoje rozwiązanie.

Co to jest kalibracja punktu X?

Teraz, jeśli masz wysoką precyzję, jak omówiono wcześniej, możesz przejść do poprawiania dokładności. Teraz, jeśli wykreślisz napięcie wejściowe w stosunku do napięcia wyjściowego, będziesz musiał zdecydować, ile „punktów odniesienia” potrzebujesz. Ładne urządzenia pozwalają na 1 punkt (lub punkt zerowy, bez potrzeby kalibracji). Wiele sond temperatury.

Kalibracja jednopunktowa

Obie linie mają to samo nachylenie, ale przesunięcie, więc wystarczy znaleźć wartość, którą należy dodać do punktu danych, aby go poprawić. Jest to idealna sytuacja, ponieważ każda nowa kalibracja potrzebuje tylko jednego punktu danych do ponownej kalibracji.

Kalibracja dwupunktowa

obie krzywe liniowe, być może przesunięcie i istnieje różnica nachylenia, potrzebujesz tylko dwóch punktów odniesienia i interpolacji liniowej, aby wyodrębnić swoje przesunięcie. Jest to nadal stosunkowo łatwe, wystarczy wziąć dowolny punkt, pomnożyć go przez skalar i dodać przesunięcie.

Jak widać, robi się bałagan, tym więcej punktów potrzebujesz. W pewnym momencie łatwiej jest po prostu wziąć każdy punkt danych i skorelować go z rzeczywistą wartością. Na przykład stwierdzenie, że 0000 to 1 V, 0001 to 2 V, 0002 to 1,5 V. Jest to bałagan i nadal działa tylko wtedy, gdy przesunięcia są powtarzalne. Może się to jednak zdarzyć.

Podsumowując

Mam nadzieję, że to pomoże, powiedz mi, czy potrzebujesz większej przejrzystości. Jeśli skończysz na zmiennym prądzie upływowym, który nie jest niezawodny, nadszedł czas, aby po prostu poradzić sobie z potrzebą bufora lub czegoś podobnego.

Widzę możliwość wysokiego błędu z wycieku, ale założę się, że błąd jest stosunkowo mały w większości zakresu, a kiedy jest, można go łatwo skorygować.

— Kortuk
źródło

Na marginesie: Wydaje się, że to mnóstwo pracy, ale w rzeczywistości jest to stosunkowo niewielka ilość pracy, aby utrzymać koszty komponentów na niskim poziomie.

— Kortuk

dobry komentarz! świetny sposób na zrobienie tego w oprogramowaniu. Twoja ostateczna metoda wyszukiwania tabeli jest prawdopodobnie najlepszą metodą. Jedyną wadą jest zużycie pamięci ROM, ale w przypadku 8-10 bitowego ADC na MCU powinno to być wykonalne.

— smashtastic

To zależy od danych, mam wiele różnych przypadków, wystarczyła kalibracja 1-punktowa. Tylko offset. A następnie wbudowanie sprzętu do automatycznej kalibracji się opłaca.

— Kortuk