12-24V an µC messen

[tzwaehn88 (Gast)]

Hallo Zusammen,

ich zerbreche mir nun schon sehr lange den Kopf darüber, wie ich an 
einem Mikrocontroller (3,3V) Spannungen bis 24V digital messen kann. 
Sprich, Spannung bis etwa 6V werden als Low erkannt und alles darüber 
als High. Eine galvanische Trennung wäre nicht verkehrt.

Bei meiner bisherigen Schaltungskizze (siehe unten) mit Zenerdiode und 
Optokoppler bekomme ich durch den großen Eingangsspannungsbereich 
Dimensionierungsprobleme mit den Widerständen, es sei denn, ich nehme 
Leistungswiderstände. Aber da das ganze in SMD aufgebaut werden soll und 
in mehrfacher Ausführung (10+ Kanäle)
kommt dies nicht in Frage.

Wahrscheinlich steh ich mal wieder auf dem Schlauch und das Problem ist 
leicht lösbar. Google hat mir bis jetzt leider nicht weiterhelfen 
können.

Wäre toll, wenn jemand eine Idee hätte.

Gruß, Sven.







                                                       Vcc
       12-24V   __          __         Opto          |
         ------|___|---o-- -|___|--o |-----------|     |
                       |           | |           |     |
                       |           o-| |       | |-----o
                       z             | V ->  |/  |
                       A             | -    -|   |
                       |           o-| |     |>  |
                       |           | |         | |-------o------µC
          -------------o-----------o |           |       |
         GND                         |-----------|       |
                                                         |
                                                        .-.
                                                        | |
                                                        | |
                                                        '-'
                                                         |
                                                        GND

[Borsty B. (mantabernd)]

Hi,

wenn ich das richtig verstanden habe dann sollte ein Spannungsteiler im 
Verhältnis 10:1 dein Problem lösen.

Sprich bei 12V liegen 1.2V an, bei 24V 2.4V. In diesem Fall bleiben wir 
innerhalb der Betriebsspannung von 3.3V.

Die Messwerte ermittelt dir dann entweder der Komparator oder der AD 
Wandler.

Dazu gibt es im Internet aber haufenweise Informationen, das sind ganz 
grundlegende "Einsteigerproblemchen".

Gruß
Bernhard

[tzwaehn88 (Gast)]

Vielen Dank Bernhard für deine Antwort.
An einen simplen Spannungsteiler habe ich natürlich auch schon gedacht, 
nur habe ich dort keine galvanische Trennung und eine eventuelle 
Überspannung zerstört meinen µC. Das System soll im KFZ eingesetzt 
werden.
Daher wäre mir eine Lösung mit Optokoppler lieber. Oder denkt ihr, dass 
das nicht Not tut?

Gruß, Sven.

[Cyblord -. (cyblord)]

tzwaehn88 schrieb:
> Vielen Dank Bernhard für deine Antwort.
> An einen simplen Spannungsteiler habe ich natürlich auch schon gedacht,
> nur habe ich dort keine galvanische Trennung und eine eventuelle
> Überspannung zerstört meinen µC.

Wie soll eine Überspannung das machen? Eine Überspannung wird durch die 
Clamping-Dioden im Controller abgeleitet. Durch den Spannungsteiler (mit 
z.B. einem 10k Widerstand) kann dort kein großer Strom fließen.

gruß cyblord

[René B. (reneb)]

- Muss das alles unbedingt galvanisch getrennt ablaufen, oder gehen auch 
zusammengeschaltete GND Potentiale?
- Willst du die Spannung messen (ADC) oder willst du nur unterscheiden 
zwischen 12/24V "vorhanden" und "nicht vorhanden"?

Falls Trennung und ADC unnötig, dann geht ein R-Teiler am µC-Pin.

Falls Trennund notwendig, aber kein ADC => Opto, aber bitte mit 
Verpolschutzdiode zur IR-LED.

Falls getrennt und ADC notwendig => Wirds komplizierter.

[ich (Gast)]

es gibt auch Optokoppler, die wenig LED-Strom brauchen. Der ACPL-064L 
ist z.B. mit 0.7mA(typ)/1.3mA(max) spezifiziert und hat als Bonus einen 
CMOS-Digital-Ausgang. Der HCPL-2731 braucht noch weniger, hat aber nur 
den normalen Transistor-Ausgang mit den riesigen Toleranzen. Der läuft 
hier auch für 230V Logik-Pegel ;)

[Ernst O. (ernstj)]

Probier mal, in deinem Schaltbild den Optokopplerausgang und den 
Pulldown-Widerstand zu vertauschen. Dann wird dein Controller Eingang 
auf 0 gezogen, wenn die LED im Optokoppler an ist, so wie du das 
geschaltet hast ist das nicht gut. Die Signalinvertierung kann ja 
softwaremässig kompensiert werden.

[tzwaehn88 (Gast)]

Hey Leute,
vielen Dank für die rege Beteiligung.

- Die galvanische Trennung von Eingang und µC ist eine Vorgabe meines 
Betreuers (das ist für meine Masterarbeit)

- Es muss nur zwischen Spannung ein (~6-24V) und Spannung aus (0-~6V) 
unterschieden werden, also keine AD-Wandlung

Wenn ihr meint, dass die galvanische Trennung nicht Not tut und ein 
simpler Spannungsteiler den Zweck ausreichend erfüllt, werde ich noch 
mal mit meinem Betreuer reden. Er meinte zu dem Dimensionierungsproblem 
der Widerstände, dass ich meine Verschaltung erst einmal auf 12V 
auslegen soll. Und dann mal nachrechnen, ab welcher Spannung das erste 
Bauteil gebrutzelt wird. Sind dies nur 18V, ist es auch nicht weiter 
schlimm.

@ernst: Die Invertierung am Ausgang ist kein Problem, kann ich machen.

[Harald W. (wilhelms)]

tzwaehn88 schrieb:

> Das System soll im KFZ eingesetzt werden.

Dann Hast Du noch ganz andere Probleme:
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23
Gruss
Harald

[Wolfgang (Gast)]

tzwaehn88 schrieb:
> - Die galvanische Trennung von Eingang und µC ist eine Vorgabe meines
> Betreuers (das ist für meine Masterarbeit)

Das setzt auch eine galvanische Trennung der Stromversorgung deines µC 
vom Bordnetz voraus, aber wozu?

Bei Einsatz eines Optokopplers wäre dein Problem also nicht der Schutz 
des µC, sondern die Einhaltung des Arbeitsbereiches für die LED des 
Optokopplers.
Ein KSQ mit ausreichendem Eingangsspannungsbereich sollte den Problem 
auf jeden Fall lösen. Ein T-Glied aus zwei Widerständen und einer 
Überspannungschutz- oder Zener-Diode würde den Dynamikbereich 
einschränken, ein Kondensator Transienten abschwächen.