Arduino AD-Wandler abgleichen

Ich kann leider keine Ferndiagnosen stellen, aber +/-5 Gezappel im ADC sind recht viel. Wenn Du Lust hast: Nimm Dir eine Arduino-Platine, häng eine saubere Versorgung dran und simuliere mithilfe eines Potis eine Analogspannung (in der Regel passt das ganz gut mit den Pinleisten. Mittlerer Potipin an AD-Eingang, die beiden Controllerpins drumrum kannst Du als Ausgang Low/High einstellen, damit das Poti eine Spannung zum teilen hat).
(Ich hab in meinen Anfängen auch gedacht, das sei wohl so beim AVR. Nee, ist es nicht. Da rüpelt irgendetwas in Deiner Schaltung herum. Normalerweise zappelt die Ausgabe beim AVR ADC gar nicht, im ungünstigen Fall zwischen zwei Werten. Das ist dann Quantisierungsrauschen zwischen zwei Schritten.)

Ansonsten: Die Standardbeschaltung (Kondensatoren) von VCC, AVCC und AREF hast Du/der Arduino? Und über die Masseleitung vom Akku zum Controller entnimmt niemand anders wesentlich Strom? Irgendwelche LED-Blinkereien an den benachbarten Ports finden während der Messung auch nicht statt?

Wenn Du ein schnelles Oszi hast: Masseklemme an Akku, VCC, AVCC, AREF und GND am Controller checken. Wibbelt da etwas mit mehr als 5 mV?

Ja, ich nehme mal das Oszi und schaue. Aber ich denke, dass dort nichts ist. Wahrscheinlich wird es die Referenz sein, die herangezogen wird. Allerdings ist die Versorgungsspannung mit einem LDO-Regler erzeugt. Vielleicht ist dort ein wenig drauf. Aber davon abgesehen, bei dem 12Bit-Wandler damals, der auch so schwankte, war nur die Batteriespannung angelegt, frei von Verunreinigungen. Wenn an dem Pin nichts ist, kann der C nichts bringen.

Ich finde, die +/-5 sind recht wenig. Manche haben da +/-10, habe ich gelesen. Ich schaue mal.

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Da ist minimal Störung auf der Versorgungsspannung, offenbar von den Treibern A4988. Aber extrem wenig. Weniger, als wenn ich einen DC/DC-Wandler einsetzen würde. Die Treiber+Motoren werden ja direkt vom Akku gespeist. Dennoch habe ich dann die Schwankungen, auch wenn die Motoren nicht drehen, sondern nur gehalten werden. Kann das aber mit meinem Oszi nur erahnen, weil so genau ist es nicht, es produiziert normal schon selber gewisse Störungen im angezeigten Signal. Nach dem 10k-Widerstand vom Spannungsteiler, sind die nicht mehr zu sehen; an der Stelle gemessen wird die AC-Linie auf dem Oszi richtig glatt gezogen (wird vielleicht der Grund sein, dass dann an der Stelle ein C nichts mehr bringt). Ich habe 10k vom LiPo-Anschluss bis an den AD-Eingang, von dort 2.2k gegen GND.

Interessant ist, wenn ich die Treiber herausnehme, dass dann die ADC-Werte absolut stabil sind. Auch ohne Korrektur per Software oder so. Insofern scheine ich also viel richtig gemacht zu haben, was die Beschaltung des 328P-PU angeht (inkl. der 100nF-Kondensatoren am unbeschalteten AREF und der Versorgung des Kontrollers). So stabile Werte vom ADC habe ich noch nie gesehen. Selbst bei meinem originalen UNO nicht.

Normal würde ich ja ohnehin messen, wenn die Treiber abgeschaltet sind. Das hatte ich aber noch nicht ausprobiert. Weil ein Fall bleibt, wo ich auch während der Fahrt messen müsste. Muss ja zwischendurch feststellen, ob die Akkus leer sind. Jetzt kann ich zwei Methoden anwenden. Während der Fahrt eine, mit Filter (diese Methode liefert stabile Werte, die aber von den tatsächlichen etwas abweichen), da muss ich nur den Entladeschluss abgleichen. Und ohne Fahrt die Messung, wenn also die A4988 auch ausgeschaltet wären. Im Ruhemodus muss ich auf Entladeschluss warten, damit dann aufgeladen wird, hier könnte ich den Punkt dann neu abgleichen (ohne Filter). Und beim Laden nach den 4.0V schauen, auch bei abgeschalteten Motortreibern. Auch das ohne nachgeschalteten Filter. Wenn die Werte dort auch so sauber wären, könnte ich mich auf die Messungen verlassen, gerade beim Laden.


MfG

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Zitat:

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Und über die Masseleitung vom Akku zum Controller entnimmt niemand anders wesentlich Strom? Irgendwelche LED-Blinkereien an den benachbarten Ports finden während der Messung auch nicht statt?

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Das wäre der Zustand wenn die Kiste steht und nichts tut. Auch beim Laden wären nur drei Kontroller angeschaltet. Zwei für die Motortreiber, die dann nichts tun. Die Odometrie wäre abgeschaltet. Das nodeMCU wäre abgeschaltet, zusammen mit seinem Satelliten-ATmega328. Auch der Spannungsregler 7806 wäre ohne Versorgung. Nur die Relais für den Ladestrom zum Akkupack wären an. Aber in dem Zustand würde ich nicht messen. Messen würde ich nur, wenn kein Ladestrom fließt, also auch diese Relais nicht aktiv sind.

Schön, unter Laborbedingungen scheinst Du ja die Funktion hinzukriegen. Damit sind wir auch schon im prallen Leben.
Du kannst mal nachschauen, wie Du die Masse zum Controller gezogen hast. Ist das nur ein Abzweig zwischen Akku und Treibern? Dann wird Dir wahrscheinlich die Controllermasse durch den Treiberstrom wegfloaten. Da reichen 20..30mV Spannungsabfall im Leiterbahnabschnitt zwischen Akku und Controller, um unschöne Effekte im ADC auszulösen.
Wenn Du allerdings die Masse direkt sternförmig am Akkuanschluss einmal in Richtung Controller und einmal in Richtung Treiber geführt hast, bist Du auf der sicheren Seite. Mehr kann man kaum tun.

An VCC sollte es eigentlich nicht liegen, wenn da der LDO zwischensitzt. Der LDO ist in der Regel schnell genug, hat eingangs-/ausgangsseitig auf die Regelgeschwindigkeit angepasste Siebkondensatoren und frisst damit Ripple ganz gut. Er regelt aber immer in Bezug auf seine Masse und wie gesagt, wenn die driftet, hat der ADC ein Problem.

Bei der Masseführung habe ich aufgepasst , dass die Leitungen möglichst breit sind, die engste Stelle, zum LDO-Regler für den ATmega328 (der die Messung durchführt), ist eine Bahn mit vielleicht 3cm Länge und 1.5mm Breite. Auch bei den Treibern sind die schmalsten Bahnstücken 1.5mm breit. Die Masse zu den Treibern und die Masse zu dem LDO-Regler führen in entgegengesetzten Richtungen vom Akkupack weg und sind auf der Platine außen umlaufend durch eine 1.5mm-Bahn verbunden. Wo Platz war, sind die Masseflächen größer und überall auf der Platine verteilt, teils aber nur durch diese 1.5mm-Bahnstücken verbunden.

Spannungsregler regeln diese hochfrequenten Signale nicht weg, dafür sind die nicht gemacht. Damit hatte ich mich schon mal beschäftigt. Die Signale kommen durch den Regler dann durch. Ich habe schon im Netz darüber gelesen. Viele meinen, das ist das Chopper-Signal von den Treibern. Von der Frequenz könnte es hinkommen, das Oszi hatte da auch was von 20 bis 30kHz angezeigt, meine ich.

Nachtrag zu der Masseführung auf der Platine:

Ich habe vergessen, beide Layer anzuschauen. Sowohl Bottom als auch Top führen die Masse. Auf dem Top-Layer sieht es sogar noch besser aus: min. 1.5mm breite, wesentlich kürzere Bahnen (wenige Millimeter), die auf große Masseflächen treffen.

So. Jetzt habe ich die gesammelten Erfahrungen und Eindrücke von gestern erst mal verarbeitet :)
Daraufhin habe ich meine Software-Funktion geändert, so dass ich die Schwankungsbreite, der Eingangsspannung, übergeben kann und den Pin, an dem ich den Analogwert lesen will.
So kann ich die Fälle abdecken, stabile und nicht so stabile Werte einzulesen.

Das Letzte war nun noch die Genauigkeit, da habe ich heute Morgen direkt gerechnet.
Wenn ich, durch den Spannungsteiler, bei ca. 11.5V einen Wert von 630 bekomme, dann sind das etwa 0,018V.
Dumm ist, dass ich während einer Fahrt schlecht die Treiber und Motoren abschalten kann. Das Ab- und Anschalten würde u.U. auch etwas störend sein. Vielleicht findet sich da noch eine Lösung, das irgendwie gekonnt hinzubekommen.
Sonst bliebe die Möglichkeit nur grob die Gesamtspannung am Akkupack zu messen, mit einer Genaugkeit von wenigsten 0.3V (wegen der dann nicht so stabilen Messwerte). Da könnte ich die Schwelle bei meinetwegen 11.5V setzen, wo das Gerät zum Laden fahren muss. Das entspräche dann im äußersten Fall 11.2V. Wenn die Zellen genauer gemessen werden können (im Stillstand, vor dem Laden z.B.) kann ich irgendwo im Speicher hinterlegen, wie viel Volt die schwächste Zelle dann hat. Dann kann dieser Punkt, diese 11.5V, nach oben verschoben werden, dass keine Gefahr besteht, die schlechteste Zelle zu tief zu entladen. Bis dann irgendwann Werte erreicht werden, wo der Akku getauscht werden muss. So in etwa sollte das funktionieren. Muss ich nur noch prüfen, ob die drei Spannungsteiler beim Laden stören.

Dann so weit erst mal Danke an alle!

MfG

Ach, Du hattest die Motoren bislang schon angeschlossen? Und das sind Schrittmotoren mit Haltestrom?
Wenn dem so ist: Siehst Du denn mit dem Oszi diesen getakteten Haltestrom als kleine Spannungseinbrüche auf der Akkuspannung?

Ja, aus Bequemlichkeit hatte ich die angeschlossen gelassen. Wäre ja eigentlich der Normalzustand, auch wenn das Fahrzeug steht, dass ich die Motoren nicht abschalte. Sondern das Teil soll ja stehen bleiben, da fließt dann aber der Haltestrom. Wenn die Motoren stehen, summt es auch hochtönig.

Achso: ja Nema17 ( A4988 )

Aber ich habe ja auch einen Plan dazu:

Bild hier  

In meinem Album ist, auf den blauen Platinen, sogar die Masseführung gut zu erkennen. Allerdings nur einseitig. Bei dem anderen Lack, auf den weißen Platinen, sieht man das nicht mehr.
Man sieht dort auch die Anordnung der Bauteile. Entspricht im Grunde dem Schaltplan, wenn man den um 90° nach links dreht.

Dann miss doch mal mit dem Oszi die Akkuspannung. Wenn die auch im Takt der Chopperfrequenz leicht einbricht, dann wird der ADC nichts anderes messen. (Du musst aber wahrscheinlich Dein Oszi auf AC-Kopplung stellen, damit Du die Störung zoomen/triggern kannst)

Das habe ich getan. Ich messe nur mit AC, wenn ich Störungen suche. Mit DC finde ich da nichts.
Bloß bei den sehr kleinen Signalen zeigt der mir zwar eine Frequenz an, aber ich weiß nicht, ob das dann so richtig ist.
Manche Werte (Spannung) wird auch falsch angezeigt, je nach eingestelltem Messbereich (1V, 50mV, 10mV ...). Die STörungen sind nur bei den allerkleinsten Messbereichen deutlich sichtbar. Da zeigte das Teil dann auch irgendwie etwa 27khz oder was ähnliches (ändert sich aber auch mit dem Messbereich etwas oder sogar sehr stark). Einzig, wenn ich am Spannungsteiler nach den 10k messe, zeigt das Oszi weder eine Amplitude an, noch eine Frequenz. An der Stelle ist der AC-Anteil deutlich, um einiges geringer. Ansonsten ist auf der Versorgungspsannung der Bauteile überall diese Frequenz überlagert; wenn die Motor-Treiber aktiv sind.

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Interessant fände ich noch, wenn man, statt umfangreicher, platzraubender Filterung der hochfrequenten Überlagerungen, vielleicht das anders angeht und den Mikrokontroller über eine 3V Knopfzelle oder eine andere Minibatterie versorgt. Vielleicht auch einen Superkondensator. Nur für die Zeit der Messung dann die IC-Versorgung vom Akkupack trennen, nat. dann auch die Ladebeschaltung der Knopfzelle, bzw. des Kondensators. So dass, während der Messungen, der Kontroller nicht mehr vom Akkupack versorgt wird. Vielleicht reicht da ja schon ein FET zum Wegschalten aus, um die Störungen draußen zu halten.

Hmmm, ich hab jetzt noch einmal einen intensiveren Blick auf Deinen Schaltplan geworfen.
Die 100nF an VCC kannst Du nicht über drei Controller sharen. Goldene Regel: Jedes IC wird einzeln abgeblockt. Kondensator nah an VCC und GND.
Das ist beim DIP AVR sehr einfach zu routen, weil GND und VCC direkt nebeneinander liegen. Es bietet sich an, den Kondensator direkt vor die beiden Pins zu setzen. Du kannst jetzt auch noch nachträglich die Kondensatoren auf der Unterseite der Platine an die Pins anlöten. Gleiches gilt für VRef. (Dranhalten bringt nix, Du musst wirklich für die Filterung der Controllerfrequenz die Beine kurzschneiden und anlöten)

Aber um endgültig zu Unterscheiden, was nun Wechselanteil auf dem zu messenden Signal und was Störung am ADC ist:
Wenn Du einen zweiten Lipo hast, steck ihn an den Balanceranschluss und verbinde nur seine Masse mit der Masse des ersten Akkus. Der zweite Lipo liefert so die Eingangsspannungen für den ADC, wird aber durch den Rest der Schaltung nicht belastet.

Seine Zellspannungen sind also garantiert stabil. Wenn die ADC-Werte dann gar nicht mehr wackeln, hast Du keine Störungen im ADC.