10-20V Spannung messen mit µC

[Stefan E. (essig)]

Hallo,

ich möchte mit einem ATMega88 eine Spannung messen die in etwa zwischen 
10 und 20V variiert. Wenn ich einfach einen Spannungsteiler nehme, die 
zu messende Spannung herunterteile und dann messe habe ich ja nur die 
Hälfte der eigentlich möglichen Auflösung ausgenutzt (Spannungen 
zwischen 0 und 10V treten nie auf). Ich verliere also 1bit an 
Auflösung...

Daher hab ich mir die Beschaltung mit Zenerdiode aus der Schaltung im 
Anhang ausgedacht. Dazu möchte ich sagen, dass mir klar ist, dass die 
Zenerdiode, die Widerstände und auch die interne Voltage Reference des 
ATMega gewissen toleranzen unterliegen. Allerdings sind diese Toleranzen 
bei den Widerständen und Vref konstant, ich kann sie also messen und 
dann in Software recht einfach rausrechnen lassen.

Meine Frage bezieht sich daher eher auf die Zener-Diode: Wird die 
Zener-Spannung bei wechselnden Strömen (könnte ich hier ja z.B. 
einstellen auf 5-10mA) stark nichtlinear oder lässt sich das so recht 
gut realisieren?

Danke schonmal an alle die sich Gedanken machen!

Gruß
Stefan

[Sebastian G. (jaseg)]

Ich hab mal irgendein Zenerdiodendatenblatt rausgekramt:
http://www.fairchildsemi.com/ds/BZ/BZX84C18.pdf
Da ist das geplottet, sieht nicht so schlimm aus.

Als Alternative würde ich dir vorschlagen, mit  einem Op-Amp bei G=0.4 
oder so das Signal mit einer 10V-Referenz zu vergleichen (die dann ruhig 
eine Zenerdiode sein kann, da die Belastung konstant bleibt).

http://de.wikipedia.org/wiki/Subtrahierer

[Kurt (Gast)]

Von 10..20 V ändert sich unvermeidlich der Z-Strom.
Dazu noch der Temperaturgang.
Glücklicher, als mit 1/2 Auflösung wirste damit nicht.

[Stefan E. (essig)]

Ahh, ich hatte genau die selbe Zenerdiode im Sinn, offenbar hat Reichelt 
hier ein verkürztes Datenblatt eingestellt.

Das mit dem Subtrahierer wäre meine nächste Lösung gewesen, ich möchte 
das Ganze aber recht simpel halten vom Schaltungsaufwand her und da 
dachte ich ich frag lieber erstmal hier wie gut sich sowas realisieren 
lässt.

[Hans (Gast)]

Den AD-Wandler auf 12 Bit (oder mehr) pimpen. Es gibt dazu eine AN von 
Atmel. AVR 122 oder so. Einfach eine Suchmaschine losschicken.

[Johann (Gast)]

Hans schrieb:
> Den AD-Wandler auf 12 Bit (oder mehr) pimpen. Es gibt dazu eine AN von
> Atmel. AVR 122 oder so. Einfach eine Suchmaschine losschicken.

Oversampling funktioniert nicht bei Gleichspannung.

[Hans (Gast)]

> Oversampling funktioniert nicht bei Gleichspannung.

Natürlich funktioniert das! Hier ist die AN: 
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc8003.pdf

[Michael (Gast)]

Da die Steigerung durch Oversamling auf Mittelung beruht, setzt es 
zwingend voraus, dass der ADC-Ausgangswert, z.B. durch Rauschen auf dem 
Signal, hinreichend stark schwankt. Wenn der Wandler auf einem Wert 
klebt, nützt auch Mehrfachabtastung nichts.

Und dann ist natürlich die Frage, ob es nur um die Auflösung geht oder 
ob auch die Genauigkeit (Linearität, missing Codes) eine Rolle spielt.

[Stefan E. (essig)]

Die Spannung kommt von einem regelbaren Netzteil, ich werde heute abend 
mal mit dem Oszi schauen wie viel Ripple da drauf ist, dann kann ich mir 
das mit dem Oversampling überlegen.

Das mit der Zenerdiode scheint ja wegen unkalkulierbarer 
nichtlinearitäten leider nicht zu funktionieren...

[Hans (Gast)]

Michael schrieb:
> Da die Steigerung durch Oversamling auf Mittelung beruht, setzt es
> zwingend voraus, dass der ADC-Ausgangswert, z.B. durch Rauschen auf dem
> Signal, hinreichend stark schwankt. Wenn der Wandler auf einem Wert
> klebt, nützt auch Mehrfachabtastung nichts.
>
> Und dann ist natürlich die Frage, ob es nur um die Auflösung geht oder
> ob auch die Genauigkeit (Linearität, missing Codes) eine Rolle spielt.

Geht alles - nur Geduld. Hier noch eine AN von Atmel: 
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2559.pdf


> ... wie viel Ripple da drauf ist ...

Spielt keine Rolle. Auf jeden Fall die AVR121 vollständig durcharbeiten. 
Gegebenenfalls hier Fragen stellen.

[Harald Wilhelms (Gast)]

Stefan Essig schrieb:

> ich möchte mit einem ATMega88 eine Spannung messen die in etwa zwischen
> 10 und 20V variiert.
> Daher hab ich mir die Beschaltung mit Zenerdiode ausgedacht.

Ich würde statt der Z-Diode lieber den TL431 nehmen. Der ist kaum
teurer und wesentlich genauer.
Gruss
Harald