Pitanje:
Skaliranje napona za analogni ulaz Arduino, izvan razdjelnika napona
terrace
2009-12-09 11:18:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nedavno sam izradio neke svjetlovodne senzore zavoja i želim vrijednosti koje dobivam od njih očitati u računalo putem Arduina. Mjerim svjetlost s ovom fotodiodom tvrtke Industrijska optička optika. Trenutno dajem LED na drugom kraju, kao i fotodiodu 2,2 V. Moje pitanje ima veze s činjenicom da su fluktuacije napona izmjerene multimetrom na fotodiodi linearne, ali prilično malene jer je vlakno deformirano, čak i prilično radikalno. S ravnim vlaknom, ovisno o vlaknu (teško ih je identično ocijeniti), napon se, na primjer, kreće oko 1,92 V, a savijanjem će se popeti na, recimo, 1,93-1,94 V. Ne brinem se hoće li naponi biti identični koliko mogu skalirati u softveru.

Ono što me brine je gubitak razlučivosti prilikom A / D rada s Arduinom. Ako su moje fluktuacije napona veličine 10mV, neće li Arduinoov 10-bitni A / D to kvantizirati, čak i ako napon podijelim na naponski razdjelnik do 5V? Ono što tražim je analogni skaler. Kako mogu proširiti taj raspon između 1,92 i 1,94 da pokrijem cijeli raspon, od 0V do 5V, tako da mogu iskoristiti cijeli raspon Arduino A / D?

Osjećam da ovo ima to je morala biti uobičajena operacija u elektronici, ali nikada je nisam formalno proučavala, tako da je puno stvari izgubljeno na meni.

(Možda razmišljate, kao što je to davr rekao, "zašto koristite optičku optiku za otkrivanje savijanja? Zašto biste očekivali promjenu napona kad je vlakno savijeno?" Trik je u uklanjanju obloga na jedna strana svjetlovodnog kabela. To omogućuje da se svjetlost prolije van. Kad se kabel savije od kuglice, iz kabela se pusti još više svjetlosti, što uzrokuje pad napona u prijemniku, i obrnuto.)

Biste li bili tako ljubazni da pokažete shemu vašeg prijemnika? Dajete li prednapon od 1,9 V?
Ako mislite na shemu samog prijemnika, povezao sam se s tablicom podataka gore. Evo ga opet: http://i-fiberoptics.com/pdf/IFD91.pdf Ako mislite kako sam ga spojio, možete vidjeti na fotografiji. Prijemnik je crni. Dajem mu 2,2 V (doduše, na fotografiji je to litij-ionska baterija) kroz crvenu žicu na bok prijemnika s narančastom točkom i mjerim napon na otporu koji ide na masu druga strana.
Pet odgovori:
#1
+12
David Brenner
2009-12-09 12:05:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kondicioniranje signala u tom je smislu izuzetno često. Želite koristiti pojačalo kako biste učinili da taj raspon od 10mV (na primjer) učini cijeli raspon 0-5V arduina. To se može učiniti pomoću optičkih pojačala poput LM741. Vjerojatno ćete također htjeti upotrijebiti "stezaljku za napon" (npr. Dvije zener diode) na izlazu uređaja za kondicioniranje / ulaz signala u ADC kako biste bili sigurni da vrijednost ne prelazi 5V. Ako na mreži razgledate podatkovne listove op-pojačala i / ili krugove za kondicioniranje signala, trebali biste pronaći vodiče o tome što točno tražite.

#2
+11
Chris Gammell
2009-12-10 04:49:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Dakle, ako dobro razumijem, želite li moći "čitati" varijaciju od 10 mV povrh 1,9V signala?

Ako je to slučaj, predložio bih dvije odvojene faze. Prvo će biti pojačalo za fotodiode (stranica 9 je najstandardniji krug). To će vam pomoći da se struja iz vaše fotodiode prevede u napon.

Drugi stupanj bit će instrumentacijsko pojačalo, poput obitelji INA iz Texas Instruments-a (najbolje, ali može biti i skupo). To će vam pomoći ukloniti signal "uobičajenog načina rada", koji je u ovom slučaju 1,9 V. Također možete dodati pojačanje instrumentacijskom pojačalu ili naizmjenično dodati jednostavno operacijsko pojačalo u neinvertirajućoj konfiguraciji na kraju da biste pomogli dobiti vaš signal do potrebnih 5 V.

Ne kažem da će biti savršen, ali mislim da je to dobar početak.

Kao posljednju napomenu, sviđa mi se Davidov gornja ideja o stezaljkama, iako one mogu uzrokovati neke pogreške u mjerenju na A / D pretvaraču. Ono što je ipak važnije je da ako ga možete zamahnuti, isprobajte bolje opcijsko pojačalo od 741. To su uobičajene, ali specifikacije su strašne. 3 ili 4 mV ofset napona na ulaznim stezaljkama doista bi moglo upropastiti mali signal kakav pokušavate izmjeriti.

~ Chris Gammell

Ne trebate instrumentacijsko pojačalo. Dovoljno je jednostavno pojačalo diferencijala. Ipak vam je potrebna stalna opskrba od 1,9 V da biste je koristili kao referencu. Pretpostavljam da tako nešto već postoji u krugu kao pristranost senzora. Pomoglo bi imati shemu. Također, nakon uklanjanja pristranosti, morate ponovno dodati još jednu pristranost da biste je dobili između 0 i 5 V raspona ADC-a.
Slažem se da vam nije potreban, ali dobra je ideja. Instrumentacijsko pojačalo je samo diferencijalno pojačalo s međuspremnicima ispred sebe (ponekad s dodanim otporima za pojačanje). Ako samo upotrebljavate diferencijalno pojačalo, milosrdni ste otpornici vašeg diferencijalnog pojačala; ponekad i do 1K. Ako pokušava nešto izmjeriti, ta velika impedancija (iz međuspremnika iAmp-a) zaista može pomoći (tj. Nema struje struje u mjerni uređaj).
#3
+4
Jason S
2009-12-10 05:28:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Predlažemo da pogledate kombinaciju diferencijalnog PGA (programabilno pojačalo pojačala) i DAC-a, s izlazom senzora koji ide na ulaz "+", a DAC na ulaz "-". (Ili nešto integrirano što vam daje ekvivalentnu funkcionalnost.) U osnovi, pogledajte signal s malim pojačanjem, shvatite koliki je njegov pomak, stavite taj napon na DAC i pojačajte pojačanje.

TI-ov PGA308 izgleda kao da bi mogao biti lijepo rješenje.

Ako želite jeftinije rješenje, upotrijebite diferencijalno pojačalo s fiksnim pojačavanjem (standardni 4-otpornik + op-pojačalo bi bilo dobro ) + stabilan, tih 8-bitni DAC (karakteristike stabilnosti / šuma važnije od točnosti), opet stavite izlaz senzora na "+" ulaz na diferencijalno pojačalo, a DAC izlaz na "-" ulaz.

Vježba za čitač: pokažite da izlaz diferencijalnog pojačala možete dovesti izvan zasićenja i u linearni raspon pomoću binarne tehnike pretraživanja s DAC-om i osiguravajući da pojačanje ne bude veće od G1 = ulazni napon ADC-a u cijelosti, podijeljen zbrojem nominalne veličine koraka DAC-a i njegove DNL (diferencijalna nelinearnost). Vjerojatno bih koristio manji od (G1 / 2) i G2, gdje je G2 = cjeloviti ulazni napon ADC podijeljen s opsegom izlaznog napona senzora do kojeg vam je stalo.

Previše ambiciozna za mene u ovom trenutku s obzirom na vremenska ograničenja, ali hvala na prijedlogu. Uzbuđen sam što ću dalje zaroniti u kondicioniranje analognih signala za buduće prototipove.
Zašto vam treba DAC? Samo generirate DC pomak s tim? To se čini prilično pretjeranim.
Da. DAC je utemeljen na pretpostavci da će morati mijenjati DC pomak u širokom rasponu. Ako imate sustav s naponom koji obuhvaća samo uski raspon (pod pretpostavkom da ste ispravno izveli analizu tolerancije), tada bi otpornički djelitelj i referentni referentni podaci mogli biti dovoljni da proizvedu pomak napona. Ili za malo složenije, mreža otpornika + multiplekseri (što su neki DAC-ovi). DAC zapravo nije toliko kompliciran ili skup uređaj ako vam ne trebaju ultra-velike brzine ili ultra-fina rezolucija.
#4
+3
davr
2009-12-09 11:45:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Korištenje optičkih vlakana kao senzora zavoja možda je loš izbor, nije li cijela poanta optičkih vlakana u tome da vam lako omogući savijanje svjetlosti oko uglova uz minimalne gubitke?

Da, ali ako svučete jaknu i oštricom britve lagano ostružete oblogu s jedne strane, količina svjetlosti koja prođe varirat će dok savijate vlakno. Lijepa značajka je što dobivate dvosmjerni signal. Ako se sagnete od bodovanja, prođe manje svjetla, ako se sagnete prema njemu, prođe više svjetla. Morali biste upotrijebiti dva tradicionalna senzora za savijanje da biste to dobili. Izgledaju i cool.
#5
+2
Zeph
2014-12-17 22:48:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Trebate dvije stvari: koristiti diferencijalni ulaz za usporedbu sa standardom od 1,9 v (ili blizu njega) i pojačalo za povećanje razlučivosti te razlike.

Za najbolje rezultate treba koristiti vanjska visokokvalitetna instrumentacijska pojačala ili opcijska pojačala. Ali možete pokušati koristiti uređaje ugrađene u mikrokontroler. Arduino Mega (ATMega2560 čip) i Arduino Leonardo uključuju mogućnost diferencijalnih, pojačanih ulaza u ADC točno na čipu. (Uno nema ovo). ATMega2560 može raditi više kanala (multipleksiranih) pojačanog diferencijalnog ADC-a za više senzora - pročitajte tablicu podataka da biste vidjeli koje su kombinacije pinova moguće. Ima mogućnost pojačanja od 200x, što bi punih 1024 koraka rezolucije stavilo na 25 mv. Jednostavno morate postaviti taj prozor od 25 mV tamo gdje vam treba!

To može biti ili ne mora biti dovoljno bez buke za vaše svrhe - nije toliko visokokvalitetno koliko biste ga mogli izraditi izvana za više $$.

Teži dio može biti dobivanje stabilne i točne reference od 1,9 v za usporedbu.

Došao sam ovdje reći ovo.+1!


Ova pitanja su automatski prevedena s engleskog jezika.Izvorni sadržaj dostupan je na stackexchange-u, što zahvaljujemo na cc by-sa 2.0 licenci pod kojom se distribuira.
Loading...