Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Drucksensor (Druckmessumformer) - welche Signalart für Arduino: Spannung oder I2C


von Ovidiu P. (rostumwandler)


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Hallo, ich möchte mit Arduino ein Projekt realisieren, jedoch tue ich 
mir schwer manche Dinge zu verstehen bzw. die Zusammenhänge zu 
verstehen.
Projektvorstellung: Dichteprüfung einer sogenannten Druckdose. In diesem 
Fall ist die Druckdose nichts anderes als ein Gefäß darin sind ein paar 
kleine Kanäle durch denen die Luft durchgeht. Diese Luft mündet dann in 
einer Kammer mit Gummimembran am Ende.

Ein 12 V Kompressor soll diese Druckdose (Volumen ca. 0,75 dm³) unter 
Druck setzen und dann mittels eines Drucksensors (Druckmessumformer) 
prüfen ob der Druck aufgrund undichte Stellen absinkt. Nach 3 Minuten 
Prüfdauer soll über ein Nextion Display ausgegeben werden ob der Druck 
(über eine von mir bestimmte Toleranzgrenze) nachgelassen hat.

Projektbestandteile:
Board 1: Arduino Micro (ATmega32U4)
Board 2: Elektrische Versorgung: 
[https://store.sure-electronics.com/product/PS-BC12111]
Borad 3: Spannungswandler für Arduino: 
[https://wiki.dfrobot.com/Power_Module__SKU_DFR0205_]
Board 4: Spannungswandler für Drucksensor: gleich wie Board 3
Drucksensor: Trafag ECT 8473, Spannungsversorgung: 10 - 30 VDC, 
Ausgangssignal: 0 - 5 VDC
Messbereich: 0 - 240 mmHg oder 0 - 0,32 bar, Toleranzgrenze: 5 mmHg
2 x Pneumatik-Ventile: Versorgungsspannung 12 VDC
1 x Kompressor: Leistung max. 4 W, Spannung 12 VDC
Board Optokopler Schaltmodul: zum Ansteuern beider Pneumatikventile den 
Drucksensor und Kompressor.

Dabei kämpfe ich mit folgender Frage:
Drucksensor Ausgangssignal? Welche Signalvariante ist hier am 
vernünftigsten?

Variante Spannung: von mir wurde anfangs die Spannungsvariante gewählt 
mit 0 - 5 VDC.
Soviel ich verstanden habe besitzt der Arduino einen eigenen ADC, dieser 
soll angeblich nicht so gut sein, wegen den 10 bit und die damit 
verbundene Auflösung. Weiß nicht ob ich hiermit richtig liege.

Variante Strom: bei Ausgangssignal 4 - 20 mA kommen wieder zusätzliche 
Komponenten ins Spiel – finde ich für mein Projekt nicht sinnvoll. Vor 
allem deswegen nicht, da ich in diesem Projekt nicht mit lange Leitungen 
zu kämpfen habe.

Variante Digital: mittlerweile stoß ich auf die Info dass der Arduino 
mit einem I2C Digitalsignal auch umgehen kann. Wäre aus meiner Sicht die 
beste Variante. Ist eine Programmiersache, aber da würde ich mich schon 
soweit reinlesen.

Wunsch wäre den Arduino das eine Signal zu liefern welches er gleich 
“verlustfrei“ verarbeiten kann ohne davor das Signal durch zusätzliche 
extra Komponenten aufzubereiten.

Ich blicke mich nicht durch welche Signalvariante dem Arduino am besten 
schmeckt.
Dann gibt es noch das SPI Signal – ja, super, toll,  wenn man den 
Überblick noch hat.

: Bearbeitet durch User
von Achim M. (minifloat)


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Ovidiu P. schrieb:
> welche Signalvariante dem Arduino am besten schmeckt.

Wenn dich nicht interessiert, wie viel Druck genau auf der Dose ist, ist 
es Wurst, welche Signalisierung gewählt wird. Soll ja nur ein 
qualitativer Leckagetest sein.

Ovidiu P. schrieb:
> Ein 12 V Kompressor soll diese Druckdose (Volumen ca. 0,75 dm³) unter
> Druck setzen

Wie viel Überdruck soll es denn sein?

Ovidiu P. schrieb:
> Messbereich: 0 - 240 mmHg oder 0 - 0,32 bar

Das ist nicht gerade viel Überdruck. Wenn du zuviel Druck auf den Sensor 
gibst, kann der übrigens auch kaputt gehen...

mfg mf

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von Ovidiu P. (rostumwandler)


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@minifloat
Wieviel Druck auf der Dose ist ist sehr wichtig. Sonst könnte ich ja 
nicht vergleichen zwischen IST-Wert und SOLL-Wert.

Der Kompressor soll die Dose unter Druck setzen und zwar auf 240 mmHG.
Ist dieser Druck erreicht schaltet der Kompressor ab, danach wird paar 
Sekunden (ca. 20 Sek.) gewartet bis in der Dose die Luft sich überall 
verteilt hat und danach beginnt die Messung über die Dauer von 3 
Minuten.

Überdruck wird über einen Überdrukventil auf 0,35 bar eingestellt. Somit 
besteht nicht die Gefahr dass der Drucksensor bzw. die Druckdose 
beschädigt wird.

mfg ovidiu

: Bearbeitet durch User
von Asdf (Gast)


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Da Du nur eine differenz zwischen t=0 und t=180 Messen willst reicht die 
zeitliche Auflösung des ADC schon mal aus.

Geht also nur noch um die Auflösung des Drucks. Da habe ich für den 
Sensor, den Du angegeben hast beim Hersteller kein Exemplar gefunden, 
dass am Ausgang 0-5V liefert. Vielleicht verlinkst Du mal das 
Datenblatt.

FÜr die angegebenen Sensoren beträgt die Genauigkeit 0,3%. Ob das auch 
die Wiederholgenauikgeit ist, steht da nicht. Nehmen wir das mal an, 
dann reichen Dir 9Bit Auflösung (512 Werte). Da ist der 10bit ADC des 
ATMega also ok.

Der ADC des ATMega ist eigentlich in der Genauigkeit ganz gut. Was der 
aber braucht ist
a) Eine gute Referenzspannung, die Du bereit stellen musst. Auf den 
Arduinos kannst Du auch die interne Bandgap Referenz nehmen, die musst 
Du aber selbst eichen (weil die Exemplarabhängig streut), oder eine 
externe Referenz dazu bauen.
b) Eine relativ niederohmige Quelle, die Du misst. Da solltest Du das 
Datenblatt des Sensors studieren und mit den Anforderungen des ADC 
vergleichen.

von Ovidiu P. (rostumwandler)



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Asdf schrieb:
> Der ADC des ATMega ist eigentlich in der Genauigkeit ganz gut. Was der aber 
braucht ist

was unter a) steht, hierzu muss ich mich reinilesen. Verstehe nicht was 
damit gemeint ist. Gehe aber davon aus dass es hier um die AREF Spannung 
geht.

Zwei Drucksensoren stehen zur Auswahl. Siehe Beilage.
Hier stellt sich für mich die Frage was vernünftiger ist:

Ausgangssignal: 0-5VDC Hersteller: Trafag

oder

Ausgangssignal: I2C Hersteller:BD Sensors

: Bearbeitet durch User
von Asdf (Gast)


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Von den physikalischen Eigenschaften abgesehen, die ich nicht beurteilen 
möchte, wäre mir persönlich I2C sympathischer, weil leichter zu 
verarbeiten. Du solltest da aber beachten, dass die Kabel nicht zu lange 
seindürfen.

Bei eine Analogausgabe hast Du zusätzlichen Aufwand zur Kalibration der 
Referenzspannung und wenn Du den Controller wechseln musst, musst Du die 
Kalibration wiederholen. Oder Du nimmst eine Referenzspannung von 
irgendwo anders her, die für Deine Zwecke genau genug ist. Die schließt 
Du dann an ARef an. Wie störempfindlih Dein Analogsignal ist, hängt 
natürlich auch vonder Kabellänge und der Umgebung ab.

von PittyJ (Gast)


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Bei analogen Sensoren muss man immer elektrisch sehr korrekt sein, weil 
sonst leicht Störungen in das Signal kommen können.
Deshalb versuche ich möglichst nahe an der Quelle das Signal schon zu 
digitalisieren, weil die abgehenden Digitalsignale meist störfester 
sind.
Ich würde I2C nehmen. Wobei die Leitungen auch nicht zu lang sein 
sollten, dafür ist der Bus nicht gemacht.

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