Hallo, ich habe ja schon mal zum Thema Füllstandsmessung ein paar Fragen gestellt, mittlerweile ist die Schaltung fertig und in Betrieb. Allerdings ist mir jetzt schon zum 2. Mal der AD Wandler gestorben, weshalb ich ein paar Tips bräuchte, woran es liegen könnte. Schaltungsaufbau: Die Schaltun mit MCP3208 hängt an einem Raspberry PI mit dem die Auswertungen gemacht werden. Versorgungsspannung ist 3,3 Volt aus den GPIOs des Raspberry. Referenzspannung wird über einen TS 2950 CT33 zur Verfügung gestellt, um die Schwankungen aus den GPIOs des Raspberry zu kompensieren. Digitale Masse kommt vom Raspberry, analoge Masse wird von der Masseschiene am Boot genommen. Verwendet werden 4 Eingänge: Eingang 1: Spannung der Verbraucher Batterie über Spannungsteiler (R1 = 1800, R2 = 470) Eingang 2: Spannung der Starter Batterie über Spannungsteiler (R1 = 1800, R2 = 470) Eingang 3: Füllstandsmessung Wassertank1. Zur Messung wird ein mechanischer Geber verwendet, der je nach Füllstand einen Wert zwischen 0 und 190 Ohm liefert. Der Geber wird mit 5 V über einen Spannungsteiler (R1 = 180 Ohm, R2 = Geber) versorgt und der Spannungsabfall am Geber gemessen. Eingang 4: Füllstandsmessung Wassertank2, analog zur Messung für Wassertank1 Das Ganze funktioniert inklusive Auswertung mittlerweile ganz gut. Aber nach ein paar Tagen Betrieb, fällt dann plötzlich der AD Wandler aus. Ersetzt man diesen, so läuft die Schaltung wieder ein paar Tage. Dazu muss man noch sagen, dass die Batterien natürlich auch geladen werden, dazu gibt es 3 Möglichkeiten: 1. Boot hängt an Landstrom - Ladung über das Batterieladegerät 2. Boot läuft unter Maschine - Ladung über Lichtmaschine 3. Boot segelt oder liegt vor Anker - Ladung über Solarzellen bzw. Solarregler In keinem der Fälle sollte die Spannung über 14,5 Volt steigen (das würden die Batterien übel nehmen :-)). Die Spannung wird am Ausgang des Batterieladegeräts gemessen, da dieser direkt mit der Batterie verbunden ist (war der kürzeste Weg zwischen meiner Schaltung und der Batteriespannung). Die Frage ist, was passiert da, dass dem AD Wandler zusetzt? Meine Vermutung ist zur Zeit, dass es an Spannungsspitzen liegen könnte, welche die Lichtmaschine wahrscheinlich erzeugt (beim Starten, oder wann auch immer). Was kann ich tun, um die Eingänge des MCP3208 abzusichern. Schadet es dem AD Wandler eigentlich, wenn keine Versorgung bzw. Referenzspannung anliegt, aber am Eingang trotzdem noch etwas anliegt? Weil, wenn ich den Raspberry runterfahre, wird die Schaltung ja nicht mehr mit Spannung versorgt. Die Spannung am Eingang liegt aber immer noch an. Danke für Tipps und Hilfestellungen, Gernot
Gernot Lepuschitz schrieb: > Digitale Masse kommt vom Raspberry, analoge Masse wird von der > Masseschiene am Boot genommen. Das sieht schon mal sehr verdächtig aus... > Die Frage ist, was passiert da, dass dem AD Wandler zusetzt? Wie sieht diese Masseverschaltung konkret aus? Welche "Masse" ist am AD-Wandler angeschlossen und welche "Masse" über welchen Umweg am uC? Können da Ausgleichströme fließen? Ist der Massepin am ADC über eine Leitung mit der Masse des uC verbunden?
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Gernot Lepuschitz schrieb: > Schadet es dem AD Wandler eigentlich, wenn keine Versorgung bzw. > Referenzspannung anliegt, aber am Eingang trotzdem noch etwas anliegt? > Weil, wenn ich den Raspberry runterfahre, wird die Schaltung ja nicht > mehr mit Spannung versorgt. ??? wird der Raspi (welcher denn?) nur runtergefahren liegt bei meinem immer noch Spannung an, jedenfalls 5V und 3,3V. Kann natürlich sein das der MCP übel nimmt wenn er Messspannung ohne VCC bekommt, könnte man ja auch abschaltbar machen, Relais oder Analogswitch. Ist die Messpannung so niederohmig das da zerstörerische Ströme fliessen können? Üblicherweise werden doch Spannungsteiler eingesetzt die den Strom begrenzen sollten auf ungefährliches. Lothar Miller schrieb: > Wie sieht diese Masseverschaltung konkret aus? auch das, die Massen sind hoffentlich alle zusammen fest angeschlossen ohne floatende Massen.
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Gernot Lepuschitz schrieb: > In keinem der Fälle sollte die Spannung über 14,5 Volt steigen (das > würden die Batterien übel nehmen :-)). Ich glaube kaum, dass eine Bootselektrik besser ist als eine KFZ-Elektrik. Vondaher geh mal von Spannungsspitzen von einigen 100 V aus. Ich würde mal mit Z-Dioden beginnen und die Eingänge schützen.
Lothar Miller schrieb: > Gernot Lepuschitz schrieb: >> Digitale Masse kommt vom Raspberry, analoge Masse wird von der >> Masseschiene am Boot genommen. > Das sieht schon mal sehr verdächtig aus... > >> Die Frage ist, was passiert da, dass dem AD Wandler zusetzt? > Wie sieht diese Masseverschaltung konkret aus? Prinzipiell sollte das immer die gleiche Masse sein, da es am Boot ja nur Masse == Minus der Batterie gibt. Da es am MCP3208 2 Anschlüsse gibt - "Ground Analog" und "Ground Digital" hab ich die auch getrennt angeschlossen. Wobei das bei meiner Versuchsschaltung zu Hause eher eine Rolle gespielt hat, als am Boot. "Ground Analog" - kommt von der Masseschiene, welche mit Minus Pol der Verbraucher Batterie verbunden ist "Ground Digital" - kommt vom GPIO Pin GND des Raspberry. Der Raspberry selbst hängt über eine 12V/5V Stepdown Wandler am 12 Volt Netz der Verbraucherbatterie und somit ebenfalls an der Masseschiene des Verbrauchernetzes. > Ist der Massepin am ADC über eine Leitung mit der Masse des uC verbunden? Die Frage verstehe ich nicht ganz, aber vielleicht ist die schon durch obige Ausführung geklärt.
Joachim B. schrieb: > Gernot Lepuschitz schrieb: >> Schadet es dem AD Wandler eigentlich, wenn keine Versorgung bzw. >> Referenzspannung anliegt, aber am Eingang trotzdem noch etwas anliegt? >> Weil, wenn ich den Raspberry runterfahre, wird die Schaltung ja nicht >> mehr mit Spannung versorgt. > > ??? > > wird der Raspi (welcher denn?) nur runtergefahren liegt bei meinem immer > noch Spannung an, jedenfalls 5V und 3,3V. > Ja, so lange er noch eine Eingangsspannung anliegen hat. Wenn ich den Raspberry aber ausschalte (über getrennten Schalter, sonst könnte ich den ja auch nicht mehr einschalten) dann ist er Spannungs und Stromlos. Am Eingang des AD Wandlers liegt aber noch immer die Spannung an.
Karl schrieb: > Gernot Lepuschitz schrieb: >> In keinem der Fälle sollte die Spannung über 14,5 Volt steigen (das >> würden die Batterien übel nehmen :-)). > > Ich glaube kaum, dass eine Bootselektrik besser ist als eine > KFZ-Elektrik. Vondaher geh mal von Spannungsspitzen von einigen 100 V > aus. Ich würde mal mit Z-Dioden beginnen und die Eingänge schützen. Ganz sicher nicht. Hinsichtlich LiMa ist das ja die gleiche Technik wie beim KFZ. Welche Z-Dioden und wie herum verschaltet (ich nehme mal an zwischen Eingan und Masse bzw. zwischen Eingang und VCC, aber in welche Richtung).
Gernot Lepuschitz schrieb: > Wenn ich den > Raspberry aber ausschalte (über getrennten Schalter, sonst könnte ich > den ja auch nicht mehr einschalten) Einspruch, wenn ich meinen runterfahre und nur wieder einschalten will drücke ich den reset, Spannung abschalten muss ich deswegen nicht. Gernot Lepuschitz schrieb: > dann ist er Spannungs und Stromlos. > Am Eingang des AD Wandlers liegt aber noch immer die Spannung an. Ja wie niederohmig denn? Vielleicht musst du da was ändern 1k Serienwiderstand zum ADC mit Ableitdioden nach VCC und GND oder auch die MessSpannung abschalten.
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Gernot Lepuschitz schrieb: > Da es am MCP3208 2 Anschlüsse gibt - "Ground Analog" und "Ground > Digital" hab ich die auch getrennt angeschlossen. Dann ist klar, warum der kaputtgeht. Verbinde die beiden mal mit einem Draht. Dananch ist Ruhe... Im Datenblatt ist auch geschrieben, dass die relativ nah miteinander verbunden werden sollen. Und das Bild im Datenblatt verdeutlicht das dann auch. > "Ground Analog" - kommt von der Masseschiene... > "Ground Digital" - kommt vom GPIO Pin GND des Raspberry. > ... somit ebenfalls an der Masseschiene des Verbrauchernetzes. Und was ist dazwischen? Wie groß ist die Leiterschleife? Was kann da alles einkoppeln und das Massepotential verschieben? Miss einfach mal bei ausgebautem ADC zwischen diesen beiden "Massen". Wenn da mehr als ein paar mV auftreten, dann ist das die Spannung, die den ADC kaputtmacht...
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Gernot Lepuschitz schrieb: > Prinzipiell sollte das immer die gleiche Masse sein, da es am Boot ja > nur Masse == Minus der Batterie gibt. Da es am MCP3208 2 Anschlüsse gibt > - "Ground Analog" und "Ground Digital" hab ich die auch getrennt > angeschlossen. Aber die Spannung zwischen den beiden Anschlüssen darf nur gering sein. Leider habe ich im Datenblatt (http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21298c.pdf) dazu nichts gefunden. Aber im Kapitel 6.5 (Seite 20) steht: "The two grounds are connected internally through the substrate, which has a resistance of 5 -10Ω." Je nach Spannungsunterschied fließt also ein erheblicher Strom, der den Chip zerstören kann. Und bei Deiner Verdrahtung, wo beide Massen "irgendwo" verbunden sind, ist dieser Spannungsunterschied unkalkulierbar. Es reichen hier auch kurze Spitzen, die z.B. beim Abschalten von Verbrauchern an der Induktivität der Masseleitung entstehen können. Also brauchst Du unbedingt eine Verbindung beider GNDs auf der Leiterplatte! Der Füllstandsgeber sollte dann auch direkt an der Leiterplatte des ADC angeschlossen werden. Ein Filter als Schutz vor Störimpulsen, die in die Leitung eingekoppelt werden, ist auch sinnvoll. Ein Schutz der Eingänge für die Spannungsmessung sollte natürlich auch vorgesehen werden. Gruß Dietrich
Gernot Lepuschitz schrieb: >> Ist der Massepin am ADC über eine Leitung mit der Masse des uC verbunden? > Die Frage verstehe ich nicht ganz, aber vielleicht ist die schon durch > obige Ausführung geklärt. Aus dem Datenblatt: "The two grounds are connected internally through the substrate, which has a resistance of 5 -10Ω. If no ground plane is utilized, then both grounds must be connected to VSS on the board. If a ground plane is available, both digital and analog ground pins should be connected to the analog ground plane. If both an analog and a digital ground plane are available, both the digital and the analog ground pins should be connected to the analog ground plane." Kurz gesagt: AGND und DGND müssen verbunden sein. Erklärung siehe oben
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Arc Net schrieb: > Kurz gesagt: AGND und DGND müssen verbunden sein. ganz genau und möglichst kurz und niederohmig verbunden, optimal führen alle DGND Signale dort hin -> Stern und auch alle AGND Signale dahin -> Stern
Joachim B. schrieb: > Gernot Lepuschitz schrieb: >> Wenn ich den >> Raspberry aber ausschalte (über getrennten Schalter, sonst könnte ich >> den ja auch nicht mehr einschalten) > > Einspruch, wenn ich meinen runterfahre und nur wieder einschalten will > drücke ich den reset, Spannung abschalten muss ich deswegen nicht. Richtig so könnte man das auch machen. Prinzipiell will man am Boot aber nach Möglichkeit jeden Verbraucher einzeln abschalten können. Wenn es mit der Batteriekapazität knapp wird, muss man sich zwischen kaltem Bier und der Wassertank Anzeige entscheiden :-). Wobei der Stromverbrauch des Raspberry eh fast vernachlässigbar ist, aber ich hab bei der ursprünglichen Konzeption gar nicht daran gedacht, dass es mit dem AD Wandler in dem Fall ein Problem geben könnte. > > Gernot Lepuschitz schrieb: >> dann ist er Spannungs und Stromlos. >> Am Eingang des AD Wandlers liegt aber noch immer die Spannung an. > > Ja wie niederohmig denn? > Vielleicht musst du da was ändern > 1k Serienwiderstand zum ADC mit Ableitdioden nach VCC und GND > oder auch die MessSpannung abschalten. Wie oben geschrieben. Im wesentlichen eine Auto Batterie, die über einen Spannungsteiler 1,8kOhm zu 470 Ohm am Eingang des AD Wandlers hängt.
Lothar Miller schrieb: > Gernot Lepuschitz schrieb: >> Da es am MCP3208 2 Anschlüsse gibt - "Ground Analog" und "Ground >> Digital" hab ich die auch getrennt angeschlossen. > Dann ist klar, warum der kaputtgeht. Verbinde die beiden mal mit einem > Draht. Dananch ist Ruhe... > Im Datenblatt ist auch geschrieben, dass die relativ nah miteinander > verbunden werden sollen. Und das Bild im Datenblatt verdeutlicht das > dann auch. > Ok, das heisst dann aber auch, dass ich genauso gut einfach GND vom Raspberry Pi auf beide GND Eingäng legen, kann, oder?
Dietrich L. schrieb: > Also brauchst Du unbedingt eine Verbindung beider GNDs auf der > Leiterplatte! Ok, das lässt sich ganz einfach machen. > Der Füllstandsgeber sollte dann auch direkt an der > Leiterplatte des ADC angeschlossen werden. Das ist bereits der Fall. > Ein Filter als Schutz vor > Störimpulsen, die in die Leitung eingekoppelt werden, ist auch sinnvoll. Wo und wie? > > Ein Schutz der Eingänge für die Spannungsmessung sollte natürlich auch > vorgesehen werden. Ebenfalls wo und wie? Z-Dioden habe ich oben schon gelesen, aber welche und wie verschalten.
Gernot Lepuschitz schrieb: > Ok, das heisst dann aber auch, dass ich genauso gut einfach GND vom > Raspberry Pi auf beide GND Eingäng legen, kann, oder? Du kannst das nicht nur, du musst es! GND ist im Idealfall ein einziger Punkt. Und an diesen sind alle Komponenten ohne Potentialverschiebung angeschlossen. Wenn du eine (lange) Verbindung zu diesem GND hast, über die z.B. ein Anlasserstrom fließt, der auf dieser Leitung einen Spannungsabfall von 2V mit Spannungsspitzen von 50V erzeugt, dann ist diese Masse eben keine Masse mehr, sondern eine Zuleitung für den Anlasser. Die Masse des ADC gehört direkt an den uC angeschlossen, weil ja auch der ADC signal- und potentialmäßig zum uC gehört...
Lothar Miller schrieb: > Gernot Lepuschitz schrieb: >> Ok, das heisst dann aber auch, dass ich genauso gut einfach GND vom >> Raspberry Pi auf beide GND Eingäng legen, kann, oder? > Du kannst das nicht nur, du musst es! > > GND ist im Idealfall ein einziger Punkt. Und an diesen sind alle > Komponenten ohne Potentialverschiebung angeschlossen. Wenn du eine > (lange) Verbindung zu diesem GND hast, über die z.B. ein Anlasserstrom > fließt, der auf dieser Leitung einen Spannungsabfall von 2V mit > Spannungsspitzen von 50V erzeugt, dann ist diese Masse eben keine Masse > mehr, sondern eine Zuleitung für den Anlasser. > Die Masse des ADC gehört direkt an den uC angeschlossen, weil ja auch > der ADC signal- und potentialmäßig zum uC gehört... Ok, verstanden. Aufgrund der Tatsache, dass der AD Wandler zwei Eingänge hat, dachte ich da gehört auf GNG Digital - GND der Ansteuerung hin und auf GND Analog - dann der GND Anschluss der analogen Spannung, die gemessen werden soll.
Gernot Lepuschitz schrieb: > Wobei der Stromverbrauch des > Raspberry eh fast vernachlässigbar ist, vor allem wenn beim alten PI der RG2 linear gegen einen DC/DC Wandler getauscht wird, spart fast 1,5W
Gernot Lepuschitz schrieb: >> Ein Filter als Schutz vor >> Störimpulsen, die in die Leitung eingekoppelt werden, ist auch sinnvoll. > Wo und wie? > >> >> Ein Schutz der Eingänge für die Spannungsmessung sollte natürlich auch >> vorgesehen werden. > > Ebenfalls wo und wie? Z-Dioden habe ich oben schon gelesen, aber welche > und wie verschalten. Ich würde ein RC-Filter vor die Eingänge schalten:
1 | (1) |
2 | Signal o--- R1 ---+-- R2 --> ADC-Eingang |
3 | | |
4 | C |
5 | | |
6 | GND |
Werte z.B. R1 = 10kOhm, C = 100nF ... 1µF (Keramik!) Die Dimensionierung hängt ab von der erforderlichen Genauigkeit und Änderungsgeschwindigkeit. Je größer R und C um so besser die Schutzwirkung, aber auch um so größer der Messfehler und die Reaktionszeit. Bei großem C sollte noch R2 spendiert werden, um beim Abschalten der Versorgungsspannung den Entladestrom des C über den ADC-Eingang zu begrenzen. Wenn man es noch robuster machen will, kann man an Punkt (1) noch 2 Schottky-Dioden gegen Vcc und GND schalten. Gruß Dietrich
Dietrich L. schrieb: > Ich würde ein RC-Filter vor die Eingänge schalten: (1) > Signal o--- R1 ---+-- R2 --> ADC-Eingang > | > C > | > GND > Werte z.B. R1 = 10kOhm, C = 100nF ... 1µF (Keramik!) > > Die Dimensionierung hängt ab von der erforderlichen Genauigkeit und > Änderungsgeschwindigkeit. Je größer R und C um so besser die > Schutzwirkung, aber auch um so größer der Messfehler und die > Reaktionszeit. Bei großem C sollte noch R2 spendiert werden, um beim > Abschalten der Versorgungsspannung den Entladestrom des C über den > ADC-Eingang zu begrenzen. Bei folgenden Rahmenbedingungen, welche Werte sollten gewählt werden: * Eingangsspannung zwischen 11 und 15 Volt (über Spannungsteiler am ADC Eingang dann eigentlich zwischen: 2,2 und 3,1 Volt) * Benötigte Genauigkeit: zwischen 11 und 15 Volt sollte auf 0,1 Volt genau gemessen werden können * Reaktionszeit: Vernachlässigbar, die Messung erfolgt 1x pro Minute für die Anzeige des aktuellen Werts. Für die Aufzeichnung über einen ganzen Tag wird ein Wert pro Stunde genommen (Eigentlich gehts mir bei der Aufzeichnung mehr darum, wie tief die Spannung über die Nacht fällt, unter Tags wird ab dem ersten Sonnenstrahl wieder geladen). Passt dann: R1 = 10kOhm und C = 100nF? R2 weglassen, oder welchen Wert? Vielen Dank, Gernot
Gernot Lepuschitz schrieb: > Passt dann: R1 = 10kOhm und C = 100nF Da könnte man jetzt lange herum rechnen, aber ich würde es mit diesen Werten mal versuchen. Das Filter soll ja nur als Zerstörschutz dienen. Falls für die Messungen dann noch zu viel Störbelag übrig bleibt (die Messwerte schwanken im echten Betrieb vor Ort zu stark), kann man noch ein SW-Tiefpass dahinter"schalten" (Mittelwert aus einigen Messungen). Zeit dafür hast Du ja genug ;-) Gruß Dietrich
> Ok, verstanden. Aufgrund der Tatsache, dass der AD Wandler zwei Eingänge > hat, dachte ich da gehört auf GNG Digital - GND der Ansteuerung hin und > auf GND Analog - dann der GND Anschluss der analogen Spannung, die > gemessen werden soll. du sollst AGND und DGND verbinden nicht AGND abklemmen und stattdessen an DGND!
Dietrich L. schrieb: > Falls für die Messungen dann noch zu viel Störbelag übrig bleibt (die > Messwerte schwanken im echten Betrieb vor Ort zu stark), kann man noch > ein SW-Tiefpass dahinter"schalten" (Mittelwert aus einigen Messungen). > Zeit dafür hast Du ja genug ;-) Das mach ich mittlerweile ohnedies schon. Als aktueller Wert wirt der Mittelwert aus 100 Messungen angezeigt. Wie Du schon sagtest, Zeit is ja genug :-)
Marc S. schrieb: >> Ok, verstanden. Aufgrund der Tatsache, dass der AD Wandler zwei Eingänge >> hat, dachte ich da gehört auf GNG Digital - GND der Ansteuerung hin und >> auf GND Analog - dann der GND Anschluss der analogen Spannung, die >> gemessen werden soll. > > du sollst AGND und DGND verbinden nicht AGND abklemmen und stattdessen > an DGND! Ok, verstanden. Ich dachte es ging nur darum keine Differenzen zwischen den 2 GND Werten zu haben.
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