Feldmühlenprojekt

[TheSkunk]

Hallo Allerseits,

da ich neu hier bin, schon einiges gelesen habe, aber speziell diese Problematik / Kombination hier noch nicht vorfand, poste ich mal mein Anliegen (ps. ich bin kein Elektroniker, nur Physiker i.A. ).

Ich baue zur Zeit eine Feldmühle mit der Messelektronik auf Basis http://www.hcrs.at/FELDMU.HTM, einer eigenen Spannungsversorgung für alle Devices (Motorsteuerung per Mega168 PWM), etc. (Mechanik ist eine Eigenentwicklung mit der KF-UNI Graz). Im Prinzip habe ich alles fertig und es funktioniert auch alles, nur ist es aber leider so, dass die AD-Wandler in dem Mega 168 nur max. 10 bit Auflösung besitzen. Dies bedeutet bei einem Signalbereich von ~ -5V bis +5V, also delta ~ 10 V eine Auflösung von rund 10mV, obwohl die Elektronik in meiner Ausarbeitung eine Auflösung von 1mV (+/- 0.3mV) besitzt. Ich habe mich daher entschlossen einen externen AD-Wandler, den Max121 mit 14bit (Vin -5 bis +5V) (http://docs-europe.electrocomponents...6b80810b8f.pdf) dazwischen zuhängen und per SPI zu betreiben. Ich habe um die ganze Schaltung zu testen zur Zeit ein RN-MiniControl in Verwendung, wobei ich den ISP Port an dem auch die SPI's hängen per parallelem Kabel zur Programmierung verwenden. (Das RN-MiniControl ersetze ich später durch ein eigenes, nachgebautes, Board mit genau den Ports die ich benötige)

Dazu meine Fragen:

1) Wenn ich das ISP-Feature nicht verlieren will (also immer wieder meine Updates dort/per dem reinspielen möchte), aber dennoch den Max121 per SPI betreiben will, wie konstruiere ich sowas (Meine Idee grob: Umschalten zwischen Slave und Master des Mega168 - per Logikbaustein und einer Diode wenn Paralellkabel angehängt ist?)

2) Der Max121 hat 3 Betriebsarten, Modus 3 (continous) ist vermutlich nicht zu empfehlen, oder? Was würdet ihr nehmen - bzw. wie würdet ihr das konstruieren?


Eckdaten:
* Signale der Feldmühle -5 bis +5 V - soll digitalisiert und vom Mega168 empfangen werden
* µC Mega168 mit 16MHz Quarz, und Max232
* AD-Converter Max121
* Spannungsversorgung: 230V --> 2x15V AC mit je 35W (Eisenkerntrafo) --> daraus +/- 7,5V DC mit je 1A max, +12V DC 1,5A max, +15V DC 1,5A max , +5V DC 1,5A max, 9V DC mit 2A max (davon 1,2A für Motor reserviert)


LG
Robert

[Hubert.G]

Die einfachste Lösung ist, wenn du den CS des MAX verwendest. Einen PullUp dran, etwa 10k, auf einen Pin des µC legen, der wärend der Nutzung des MAX CS auf GND zieht.

[TheSkunk]

Danke für den prompten Tip, aber geht auch folgendes:

Ich betreibe den µC als Master und setze per SW (also erst wenn der µC im normalen Betrieb ist, bzw. die in ihm befindliche SW "das will") über irgendeinen Port beim µC SS auf high und betreibe den Max121 dennoch als Slave. Dabei verwende/setze ich dann CS (also Betrieb in Mode2) auf low wenn ich was vom Max121 will (clk etc. wird nat. auch verwendet und richtig angehängt) - und lese dann 2x 1 Byte.

LG
Robert

[Besserwessi]

Wird die Syncrongleichrichtung in Hardware oder in Software gemacht ?
Wenn man die Gleichrichtung in Software gemacht wird, und in Hardware nur einen Filter da ist, hat man auch mit dem internen AD Wandler eine Massive Überabtastung um kann deultich mehr als 10 Bit Auflösung für da endergebnis bekommen. Je Nach Zeit sollten 14 Bit duchaus drin sein. Allerdings muß man dann schon wirlich auf die Qualität der Referenz achten.
Mit dem 14 Bit AD kann man den Filter vor dem AD-Wandler deulich einfacher gestallten. Da macht es dann wirklich Sinn keinen hardware Syncrongleichrichter mehr zu nehmen. Wenn der µC das schaft, wäre es duchaus OK den AD wandler durchlaufen zu lassen. Man muß ja nicht den maximalen Takt nehmen. Zwischen den Vielleicht 100 Hz der Feldmühle und maximal 300 kSPS des ADs ist ja noch einiges an Luft.

Beim µC wäre zu überlegen einen dsPic zu nehmen. Da hat man einen 12 Bit AD intern und die Rechenleistung ist einiges höher, gerade für die benötigten Multiplickationen mit 16 Bit Zahlen. Wenn der Stromverbrauch einigermaßen klein ist, wäre auch Batteriebetreib möglich, wenn der Motor das mitmacht.

[TheSkunk]

*) 12 Bit geht einfach nicht - da habe ich dann 4096 zum Auflösen von 10V - also eine Auflösung von 1bit = 2,44 mV (Ich brauche aber mindestens >=1 mV Auflösung, und das geht nur mit >=14 Bit)

*) Welche Gleichrichtung? - ich erhalte von der Elektronik des Messinstruments (Feldmühle / oder auch jedes andere) ein Gleichspannungssignal (-5 bis +5V) welches ich noch max. ein wenige "hübschen" werde um ein etwaiges Rauschen im 0.x mV Bereich rauszubekommen, dieses hat also quasi keine Frequenz mehr (is alles erledigt ).

Die Messelektronik und Signale sind einwandfrei, das ist gar nicht das Thema - da will ich auch nichts mehr ändern weil es perfekt und präzise mißt. Mir geht es nur mehr um die Ansteuerung/Verbindung des Max121 mit dem Mega168 - wobei vermtl. der Mega den Takt vorgeben wird (Master) und, wenn hier niemand schwere Einwände begründet (weil ich mich da gewaltig irre ), vermtl. im Mode 2 operieren wird.

LG
Robert

[Besserwessi]

Wenn die Elektronik schon eine Gleichspannung rausgibt, ist der max121 nicht unbedingt die beste Wahl. Da braucht man dann eher was mit mehr Auflösung und dafür langsamer, z.B. MCP3421 oder LTC2440, auch wenn dann die Auflösung mehr durch den Analogteil bestimmt ist. Der max121 würde wohl auch gehen ist aber eher was für schnelle signale udn vermutlich relativ teuer.


Die Elektronik der Feldmühle macht eine Syncrone Gleichrichtung um aus der Wechselspannung eine geleichspannung zu machen. In der schaltung aus dem Link werden da CMOS Schalter genutz. Man kann den Teil mit den CMOS Schaltern auch schon diegital machen. Einfach das Signal hinter dem Verstärker digitalisieren und dann rechnerisch die Gleichrichtung machen. Damit hat man den Vorteil, dass man fast keine Drift mehr hat, denn der AD wandler verarbeitet nur noch ein AC Signal. Außerdem tastet man nicht nur einen Wert, sondern ein mehr oder weniger sinusähnliches Signal ab, bei dem man die Amplitude bestimmt. Daduch kann man auch mit einem 10 Bit Wandler für des AC Signal deutlich mehr als 10 Bit Auflösung bekommen. 14 Bit Auflösung sind da durchaus drin.

[TheSkunk]

Hm, klingt plausibel, nur bin ich "elektronisch" vermutlich noch nicht so weit, dass ich das sauber hin bekomme .

[Besserwessi]

Wenn man nur das DC signal auswerten will, ist es nicht so wesenlich wie man den ADC verbindet, denn man muß nur recht langsam, z.B. alle 1 ms bis 100 ms messen. Da ist der max 121 dann wirklich überdimensioniet und nicht optimal. Die Signal delta Wandler wie LTC24xx haben auch noch den Vorteil, das man sich weniger um einen anti-aliasing Filter kümmern muß.

Idelerweise ist dann das Messintervall auch ein vielfaches der Periode des Wechselstromsignals, bzw. der 50 Hz. Etwas mitteln in Software kann da auch nicht schaden.

[TheSkunk]

Hallo Besserwessi, erstmal danke für Deine prompte Hilfe . Leider habe ich den Max121 schon längst besorgt gehabt (ps. kostet 21EUR), nun will ich ihn nat. auch verwenden, sonst verstaubt mir das Ding noch irgendwo und das bringt auch nix. Der Max121 lässt sich mit min 100kHz betreiben, das ist nat noch Faktor 100 über der von Dir vorgeschlagenen 1 ms. Die Feldmühle hat ein Signal mit ~30-50 Hz (je nach Drehzahl) welches eben schon gleichgerichtet ist. Ich denke, wenn ich mit 100kHz messe, die Werte dann per SW behandle (glätte), dann müsste es ja gehen, oder hab ich da einen Denkfehler? (wenns so nicht geht, dann muss ich das Ding halt wegwerfen, bzw. verstauben lassen )

(... ich hab's mittlerweile leider auch kapiert, dass das Ding zu überdimensioniert ist, tja, man sollt halt vorher fragen )

LG
Robert

[Besserwessi]

Kar geht es das Quasi Gleichspannungssignal auch so schnell abzutasten. Immerhin kreigt man duch das mitteln wohl auch mehr als 14 Bit Auflösung. Der Mega 186 sollte noch schnell genug sein für ein mitteln der so schnellen signale.

Duch die richtige Wahl der Zeit für die Mittelung kann man wenigstens eine der vermutlich vorhandenen Störfrequenzen unterdrücken. Das wären vor allem 50 Hz und das doppelte der Frequenz des Feldmühlen signals (60-100 Hz) und ggf. die differenz von 50 Hz zur Frequenz der Feldmühle. Für einen echten Digitalen Filter ist der AVR vermutlich etwas langsam, wenn man mit den vollen 100 kHz arbeitet. Man kann aber auch erstmal z.B. je 4-16 Samples addieren. Dann wird auch ein echter digitaler Filter möglich.