Hallo, die Technik wehrt sich wieder mal mit Pins and Levels: Ich baue gerade eine Langzeitüberwachung für einen Pegelstand. Sensor ist das HC-SR04 Ultraschall-Modul. Das ganze ist für absolut minimalen Stromverbrauch optimiert: alle acht Stunden wird die MCU per WD aus dem Tiefschlaf geholt, führt eine Messung aus, sendet das Ergebnis und legt sich wieder schlafen. Die Versorgungsspannung für den Sensor wird nur während der Messung per MCU-Port-Pin(s) zugeschaltet. Funktioniert unter Laborbedingungen perfekt. Problem in der Praxis ist die Stromversorgung. Zwei CR2032 würden völlig ausreichen, um das Ganze eine halbe Ewigkeit laufen zu lassen. ABER: in dem Moment, wo der Sensor seine Ultraschallsignale sendet, bricht seine Versorgungsspannung ein. Klar bei dem Innenwiderstand der Li-Zellen. Ich möchte gern bei den CR2032 bleiben. Also müsste ich die Versorgungsspannung für den HC-SR04 irgendwie puffern, so dass: * genügend Strombelastbarkeit für das Senden des Ultraschallsignals da ist * nicht zuviel Energie dadurch verloren geht, dass der Puffer mehr Ladung zwischenspeichert als benötigt wird und die dann in den nächsten 8 Stunden durch Leckströme als Raumheizung dient. -----> Tja, wie macht man das? <----- Gut dimensionierten Kondensator direkt an die Pins? Was sagen die Ausgänge denn zu den Strömen zu Ladebeginn??? Außerdem ist mir klar, dass ein Kondensator nur eine drittklassige Lösung ist, weil: wenn er den Strom liefern soll, muss er am Ende des Strompulses ja noch auf Betriebsspannung sein - die Restladung geht dann flöten. Was könnte denn eine bessere Lösung sein? Gibt es Ladungsspeicher in der Größenordnung von 1mF die vernachlässigbare Leckströme haben? Grüße, Ralph
einen Kondenser nur fuer den Sender verwenden und vor dem Gebrauch auf eine hoehere Spannung pumpen?
(Ehe jetzt Fragen kommen, wie man mit dem WD auf 8 Stunden kommt: gar nicht. In Wirklichkeit wacht er halt alle par Sekunden auf, inkrementiert einen Zähler und schläft weiter.)
mach mal schrieb: > einen Kondenser nur fuer den Sender verwenden und vor dem Gebrauch auf > eine hoehere Spannung pumpen? Also bitte fundierte Beiträge und keine Schüsse ins Dunkelblaue ;)
Wenn du U, I und t misst und den noch akzeptablen Spannungsabfall abschätzt, dann lässt sich doch die nötige Kapazität (parallel zur Spannungsversorgung) berechnen. Falls der Kondensator zu groß wäre, dann könnte ein "Supercap" sinnvoll sein. Für einen höheren Maximalstrom am Sensor könnten mehrere Pins parallel geschaltet werden.
Es sind bereits mehrere Pins als Treiber für den Sensor parallel geschaltet. Wie ich schon in im Eröffnungs-Posting schrieb, sehe ich ein Problem in den Leckströmen der Kondensatoren. Mir ist kein Kondensatortyp (auch nicht einer der Supercaps) bekannt, der es mit einer Li-Zelle aufnehmen könnte und den es in 1mF zu bezahlbaren Preisen gäbe. Allerdings bin ich eben auch kein Profi, und vielleicht gibt es sowas ja doch. Übrigens habe ich gerade die Daten des Ultraschall-Transducer-Treiber-ICs auf dem Sensor-Board nachgeschaut. Der verträgt 16V, die Transducer vermutlich auch - und Hunde gibt's hier keine :). Glaub zwar nicht, dass das jetzt weiterhilft, aber man weiß ja nie...
Du könntest auch den Kondensator erst kurz vor der Nutzung per Portpin zuschalten.
Ich habe mal den Leckstrom von einigen Elkos (1000µF bis 2200µF) für 5V gemessen. Dieser lag weit unter 1µA. Nur bei einigen Mainboard-Elkos (winzig und nur 6.3V Spannung statt 10V bis 16V) war dieser tatsächlich mit etwa 30µA riesig. Falls unbedingt einer mit hohem Leckstrom verwendet werden muß (Größe), dann wäre er wohl besser am Port-Pin statt an der Batterie aufgehoben. Einen ATTINY würde der Elko am Port-Pin übrigens nicht überlasten. Wenn der Elko am Port-Pin sitzt, dann würde nur alle acht Stunden die Restenergie verpuffen. Das wären bei einem 1000µF Elko etwa 13mJ Verlust (1/2*C*U^2 bei U=5V). Das entspräche im Mittel einen "Stromverlust" von 0.1µA (U*I*t = 1/2*C*U^2 bei U=5V und t=8*3600s). Der Watchdog bei einem ATTINY benötigt viel mehr (etwa 5µA). Sieht doch eigentlich gut aus (wenn ich mich nicht verrechnet hab).
Stimmt, ich hatte das auch schon mal überschlagen, muss dabei aber irgendwo 'ne 10^3 verbummelt haben. Also danke für den Tipp. Hab's dann gleich mal ausprobiert. Geht leider nicht direkt am Port-Pin. Der Port hat überlebt, aber der Controller des Sensormoduls (ein STC11F von den Chinesen) mag scheinbar den langsamen Anstieg der Spannung nicht. Na ich häng erstmal 'nen Transistor an den Port-Pin und darüber dann das Ultraschallmodul direkt an die Knopfzellen + Kondensator. Wenn das nicht hilft, klemme ich stattdessen die Treiberstufe für den Transducer von der Spannungsversorgung des Ultraschallmoduls ab und über einen Transistor geschaltet direkt an die Knopfzellen + Kondensator, um die Strompfade für MCU und Transducer zu trennen. Und dann melde ich mich nochmal und sag Bescheid, was funktioniert hat - oder auch nicht :/
Versuch 1 (Ultraschallmodul als Ganzes über pnp-Transistor geschaltet) funktioniert schon mal. Allerdings scheint mir das Teil jetzt empfindlicher auf Störungen des Schallfeldes zu sein als es das mit stabiler Stromversorgung war. Für meine Zwecke egal, da ideale Verhältnisse, aber jetzt will ich's wissen: Versuch 2 folgt...
Beim Ultraschallmodul gibt es vielleicht sehr kurze aber hohe Strompeaks und durch den Transistorinnenwiderstand bricht die Spannung zu sehr ein. Zwei Kondensatoren (47µF und 0.22µA) am Ultraschallmodul könnten dann helfen. Bei kleinem Elko würde die Sendeleistung während des Entladens schnell sinken. Ich weiss, dass einige IR-Empfänger das Sendesignal dann nicht mehr mögen, da sich die Verstärkungsregelung dann auf das Nutzsignal auswirkt. Ob das auch beim Ultraschallmodul so ist? Ein Test mit deutlich größerer Kapazität könnte das klären. Möglicherweise ist auch die Betriebsspannung für das Modul zu gering, weil der Elko vor dem Zuschalten des Moduls nicht lange genug aufgeladen war. Testweise mal gaanz lange (10 Sekunden) aufladen? Viel Erfolg!
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@Arsenico Tut mir leid, mit Denken hab ich's in meiner Freizeit nicht so :D @Supercap et al Die MCU des Ultraschallmoduls scheint tatsächlich einen Brown-Out-Reset ausgelöst zu haben, wenn die Spannung tief genug eingebrochen ist. Fazit Die praktisch bei mir einwandfrei funktionierende Variante sieht jetzt so aus: - 2 CR2032 als Spannungsquelle - Seriendiode um die Spannung bei vollen Zellen unter den (durch die MCU des Ultraschall-Moduls bestimmten) zulässigen Maximalwert zu drücken - Versorgungsspannung des Utraschallmoduls über pnp-Transistor an einem Port-Pin (dabei >=16ms power-on boot time berücksichtigen - experimentell ermittelter Wert, das Datenblatt schweigt sich aus) - Kollektor von Q2 auf dem Board des Ultraschall-Moduls von den +5V des Moduls getrennt und direkt an die Knopfzellen gehängt - 100uF direkt parallel zu den Knopfzellen Der Leckstrom des Elkos ist mit <2uA in der Tat klein gegen den Verbrauch des Watchdog-Timers der steuernden MCU, also kein ernstzunehmendes Problem, solange man da nicht noch mit 'ner externen Echtzeituhr rumspielt. Und selbst dann ist es noch tendenziell akademisch (würde also zu mir passen :D ). Die Entkopplung der Versorgung der US-Treiber vom Rest ist nicht zwingend notwendig, erlaubt aber die Seriendiode in der Spannungsversorgung und damit die Einhaltung der Grenzwerte. Hoffe die Info hilft dem einen oder anderen. Hier noch eine für mich nicht mehr wichtige, aber ungeklärte Sache: Als ich die Versorgungsspannung des Ultraschall-Moduls noch direkt über Port-Pins und nicht über einen pnp-Transistor bereitgestellt hatte, habe ich ein Oszillogramm der Versorgungsspannung gesehen, was mir völlig rätselhaft ist - siehe Anlage. Sorry für die miserable Bildqualität, aber man sieht das Wesentliche. Zum Bild: 5ms & 1V pro Raster, 20ms Vcc high zum Booten (nach 15ms ein kurzer Ripple - da ist die MCU mit Booten fertig), nach den 20ms Triggerimpuls für den Start der Messung -> 40kHz-Puls. Noch bevor von der Laufzeit her (ca 2x70cm = 4ms) das Echosignal eingetroffen ist, bricht die Versorgungsspannung(!) komplett ein - als ob meine steuernde MCU den Hahn zugedreht hätte. Das tut sie aber nur dann, wenn das US-Modul mit einem High-Puls geantwortet hat (der programmierte Software-Timeout ist mit 32ms nach Triggerung noch weit entfernt) - und das kann eigentlich nicht sein, bevor die Schallwelle zurückgekommen ist. Und selbst wenn meine Steuerung da abgeschaltet haben sollte: wieso erholt sich das Ganze wieder und beginnt von Neuem??? Es gibt dafür definitiv keinen Code. Kann es sein, dass der ATmega den ich für die Steuerung der Versorgungsspannung benutze eine Schutzschaltung für die Port-Pins besitzt, die diese ggf. abregelt? Ich habe im Datenblatt nichts derartiges gelesen, aber vielleicht habe ich etwas übersehen? Na ja, nur mit 'nem Analog-Oszi ist es etwas Quälerei, die Abläufe nachzuvollziehen. Hab's deswegen aufgegeben.
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So ganz verstanden hab ich das jetzt nicht. Wenn aber die Versorgungsspannung derart einbricht, dann liegt es nach meiner Meinung ganz sicher daran, dass der tatsächliche Maximalstrom höher liegt als der von Dir angenommene. Hier ist VCC sogar weit unterhalb der Brownout-Grenze. Die CPU führt dann irgendwas im Programmspeicher aus, startet neu, schaltet Pins, ... - sie läuft halt Amok (ein Brown-out Detector ist ja nicht aktiv). Für mich liegt der Fehler in der Dimensionierung: Wenn z.B. der VCC-Elko 1µF hat und der Pin-Elko 5µF, dann bricht VCC kurzzeitig auf 1/5 der ursprünglichen Spannung zusammen (die CR2032 Batterie ist ja bei solchen Strömen völlig wirkungslos) -> das Ganze ist nicht funktionsfähig. Der Pin-Elko muss ausreichend sein, um die Energie für einen Meßzyklus zu speichern und der VCC-Elko muss ausreichend sein um einen BrownOut während des Pin-Elko-Ladevorgangs zu verhindern. Wenn der Pin-Elko nicht am Stück sondern gepulst geladen werden würde, dann könnte der VCC-Elko übrigens kleiner gewählt werden. Mit 2 bis 4 AAA Batterien wäre alles einfacher. War aber anscheinend keine Option. Alles nur Gedankenspiele. Du hast ja bereits eine Lösung. PS: Ich bin neugierig: Welcher Pegelstand wird da eigentlich überwacht?
Hallo Ralph, Ralph K. schrieb: > Das tut sie > aber nur dann, wenn das US-Modul mit einem High-Puls geantwortet hat > (der programmierte Software-Timeout ist mit 32ms nach Triggerung noch > weit entfernt) - und das kann eigentlich nicht sein, bevor die > Schallwelle zurückgekommen ist. Der Echo-Ausgang des HC-SR04 geht kurz nach Aussenden des Signals auf HIGH, und bleibt dann auf HIGH solange das Schallecho noch nicht empfangen wurde, und danach noch kurz so lange bis die Schalllaufzeit seit der LOW->HIGH-Flanke erreicht ist. Dann geht Echo auf LOW. Wenn du also bei LOW->HIGH abschaltest dann ist dass viel zu früh. Aber vielleicht hab ich dich auch nur missverstanden. Ein anderer Grund für den Einbruch könnte (reine Spekulation) das "Anschalten" des Mikrofons sein ... LG, Sebastian
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Sebastian Wangnick schrieb: > Aber vielleicht hab ich dich auch nur missverstanden. Hast Du :) > Der Echo-Ausgang des HC-SR04 geht kurz nach Aussenden des Signals auf > HIGH, und bleibt dann auf HIGH solange das Schallecho noch nicht > empfangen wurde Meiner Meinung nach kann das Sensormodul gar nicht kurz nach dem Senden den Echo-Ausgang auf High schalten. Zu diesem Zeitpunkt weiß es ja noch gar nicht, ob es ein Echo empfangen wird - und falls es das nicht tut, wird vom Modul laut Beschreibung ja kein High-Pulse am Echo-Ausgang erzeugt. Das deckt sich auch mit meiner Beobachtung. > Ein anderer Grund für den Einbruch könnte (reine Spekulation) das > "Anschalten" des Mikrofons sein ... Interessante Idee, das könnte in die richtige Richtung gehen.
2 Fragen: Welchen Strom braucht Dein US Modul? Was kann eine CR2032 ? Ist das der 3V - 240mAh Typ ? Welchen Strom kann man sich damit erlauben ohne dass alles zusammenbricht ?
Arsenico schrieb: > Welchen Strom braucht Dein US Modul? Das kann ich nicht beantworten. Laut "Datenblatt" 12mA wenn aktiv. Aber was die da zeitlich gemittelt haben - sprich: welche Spitzen darin versteckt sind - kann ich nicht beurteilen. > Was kann eine CR2032 ? Ist das der 3V - 240mAh Typ ? > Welchen Strom kann man sich damit erlauben ohne > dass alles zusammenbricht ? Genau dieser Typ. Dass der damit völlig überfordert ist, habe ich dann auch schnell mitbekommen. Aber bei geeigneter Auslegung scheint es ja dann doch noch ganz gut zu funktionieren. Was wäre denn eigentlich die ideale Spannungsquelle für meinen Zweck (also lange Lebensdauer bei einigen uA Dauerstrom und kurzen Pulsbelastungen alle paar Stunden? Ich frage vor allem deshalb, weil ich noch einen zweiten Sensorhub bauen will, der dann zuverlässig ganzjährig draußen arbeiten muss. Die Stromspitzen liegen bei diesem dann aber bei etwa 100mA :-O Problem ist auch die mechanische Bauweise: ideal wäre so flach wie möglich und trittstabil - sonst wird das Gehäuse teurer als die Elektronik (für Zweifler und Mitdenker: die Elektronik wird in einem Betonloch versenkt und ist damit mechanisch geschützt, nur für die Spannungsquelle ist da leider kein Platz mehr). Obwohl - warum nicht den Meisel und 'nen Vorschlaghammer ansetzen? :D
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Schade, das scheint ja gerade das Wichtigste zu sein…für den Erfolg. Die Ideale Batterie suchen so viele ! Schaue dir einfach mal die verschiedenen Batt/Akkutypen und deren Eigenschaften an bezüglich Umgebungstemperaturen….dann kannst Du entscheiden ob ein Presslufthammer nötig ist. Musst Du nur Daten Loggen ? oder auch versenden?
Ich muss sie auch versenden. Und da kommen dann auch - der Reichweite wegen - die 100mA Pulsbelastung her :(
Hoffentlich kommt Deine Funke auch aus dem Betonloch heraus. Wenn Du das alles mit CR2032 schaffst kaufe ich mir einen Hut und nehme ihn ab ;-) Wer kein Ziel hat kann es nie erreichen..nur Mut !
Ralph K. schrieb: > Was wäre denn eigentlich die ideale Spannungsquelle für meinen Zweck > (also lange Lebensdauer bei einigen uA Dauerstrom und kurzen > Pulsbelastungen alle paar Stunden? Wie wäre es mit einer kleinen Solarlösung? Wenn Du mit so wenig Energie auskommst, dann kannst Du auch locker eine kleine Solarzelle dazupacken. Welcher Akku für sowas ideal wäre, weiß ich leider nicht. Wenn ich raten müsste, würde ich in Richtung Blei-Vließ Batterie tippen, welche gut gegen Temperatur isoliert wurde. Vorallem wenn Du noch funken musst brauchst wahrscheinlich eine etwas größere Energiequelle als 2x2032.
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Wär schon cool. Ich mach mich mal kundig, was es da gibt. "Intelligenter Abwassergrubendeckel mit Solarenergie" - das Produkt des Jahres :D
Ralph K. schrieb: > Was wäre denn eigentlich die ideale Spannungsquelle für meinen Zweck LiIon Akku. Niedriger Innenwiderstand, lange Lagerzeit. Und danach sogar aufladbar, da er aber nach 3-5 Jahren sowieso kaputt ist wird er nur 3 mal aufgeladen. Ein Elko ist schon der richtige Puffer, ich versteh nicht mal dein Problem.
Supercap schrieb: > PS: Ich bin neugierig: Welcher Pegelstand wird da eigentlich überwacht? Sorry, hab Deine Frage übersehen gehabt. Die Antwort: das Sammelgefäß für das Kondensatwasser des Schornsteins einer mehr schlecht als recht "modernisierten" Heizungsanlage. Und nein: ich habe keine Chance, dort an 220V zu kommen oder die Steuerung zu manipulieren, dafür würde man mir im Verein die Finger abhacken :( Dass ich bei den CR2032 bleiben wollte und nicht auf 4xAA oder so wechseln wollte, lag übrigens einfach an der technischen Herausforderung, nicht an den praktischen Gegebenheiten.
Beim großen C gibt es Blei-Vließ Akkus die bis -20°C halten. Das sollte also machbar sein. :) Und warum nicht? Solar ist doch ne feine Sache! :)
MaWin schrieb: > LiIon Akku. > Niedriger Innenwiderstand, lange Lagerzeit. Lebt aber nicht lange bei Temperaturen unter 0°C. Ich glaub das wär dann zu Teuer...
MaWin schrieb: > Ein Elko ist schon der richtige Puffer, ich versteh nicht mal dein > Problem. Das ist mir inzwischen klar geworden. Es gab Posts, die offenbar fälschlicherweise den Leckstrom als für diesen Zweck ungeeignet hoch einschätzten. Ist offenbar totaler Unfug.
OK, wenn es IN einem Haus ist, spielt die Temp keine Rolle...
Es ist draußen, es geht jetzt inzwischen ja um die Klärgrube ;) Also Blei-Vließ Akku mit Solarzelle... ... und hoffen, dass keiner draufrumtrampelt oder damit Fußball spielt. Braucht man da nen Laderegler oder geht das auch einfach so?
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Na, warum keine Elektroden ? Kannst den Strom für die US Geschichte sparen!
ROFL Ah jetzt verstehe ich Dich erst. Nein, das Problem ist die Vorhersage, dazu muss der Pegelstand schon analog überwacht werden. Ziel ist es, im Laufe der Zeit das Besucheraufkommen gemeinsam mit dem Grubenwasserstand auszuwerten um dann bereits VOR einer Veranstaltung anhand der geschätzten Personenzahl reagieren zu können. Aber so wie ich Dich erst verstanden hatte, ist es ja auch gar nicht so verkehrt: die Brühe taugt doch bestimmt als Elektrolyt für eine galvanische Zelle? :) Was sagen die Chemiker hier? Nur die Zuleitung/Elektroden würden die Abwasserfritzen dann wohl regelmäßig vernichten :(
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Ralph K. schrieb: > Also Blei-Vließ Akku mit Solarzelle... > ... und hoffen, dass keiner draufrumtrampelt oder damit Fußball spielt. > > Braucht man da nen Laderegler oder geht das auch einfach so? Mach einen Poller draus den du Schwarz-Gelb gestreift machst. Dann wird den schon keiner übersehen. :D Wegen Laderegler: Schlecht wär es nicht, aber wenn die Spannung vom Akku und die der Solarzelle nicht zu weit auseinander liegen, geht es zur Not auch ohne. Allerdings kostet so ein Laderegler nicht die Welt.
Ralph K. schrieb: > Meiner Meinung nach kann das Sensormodul gar nicht kurz nach dem Senden > den Echo-Ausgang auf High schalten. Zu diesem Zeitpunkt weiß es ja noch > gar nicht, ob es ein Echo empfangen wird - und falls es das nicht tut, > wird vom Modul laut Beschreibung ja kein High-Pulse am Echo-Ausgang > erzeugt. Das deckt sich auch mit meiner Beobachtung. Nach welcher Beschreibung? Laut http://users.ece.utexas.edu/~valvano/Datasheets/HCSR04b.pdf, http://www.electroschematics.com/wp-content/uploads/2013/07/HCSR04-datasheet-version-1.pdf, http://www.famosastudio.com/download/datasheet/HC-SR04.pdf etc geht Echo nach dem Abstrahlen des Schallimpulses auf High, und dann zurück auf Low wenn das Schallecho erkannt wird. Ich betreibe ein HC-SR04 im Dom meines Öltanks zur Pegelmessung, und der verhält sich genau wie von mir beschrieben. Und ja, der Echo-Ausgang geht High obwohl das Schallecho noch nicht zurück ist. Wenn das Schallecho gar nicht kommt bleibt der Echo-Ausgang einfach bis zum nächsten Trigger-Impuls High. Lg, Sebastian
Du hast wahrscheinlich recht und ich habe eines der vielen "Manuals" falsch in Erinnerung gehabt. Daher ist meine Aussage auch eine Fehlinterpretation meiner eigenen Sensor-Messwerte. Ich hab in meiner Bibliothek einen Timeout eingebaut, nur für den Fall, dass das Sensormodul physisch gar nicht präsent ist, wenn ein Programm die Messung startet. Und dieser Timeout suggerierte durch seinen Rückgabewert von 0 einen nicht vorhandenen Echo-Out-Puls. Eines der von Dir zitierten PDFs weist übrigens darauf hin, dass der Echo-Out-High-Level nach 38ms zurückgesetzt wird, wenn kein Echo ankommt. Gruß. Ralph Btw: das ist aber nun schon alles weit off topic. Lasst es uns beenden.
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