12V Batterie mit MCP 3008 messen


  • Hm, wie muß ich das verstehen? Hat der MCP jetzt schon mal 12V an seinen Eingängen gesehen oder nicht? Das ändert zwar nichts and der Vorgehensweise des schrittweisen Aufbaus, würde aber die Vermutung zulassen, daß der AD Wandler bereits geschädigt ist.


    Nein :D - soweit ist es nicht gekommen dem A/D Wandler sollte es soweit noch gut gehen - was die Messung einer 1.5V Batterie ja gezeigt hat!

  • Hallo zusammen,

    habe leider erst jetzt die Möglichkeit etwas weiter zu basteln. Zum Löten bin ich leider noch nicht gekommen. Dennoch habe ich ein paar neue, interessante, Erkenntnisse welche ich (noch) nicht ganz verstehe und wo ich euch, erneut, um Rat bzw. Hilfe bitte.

    Ich habe nochmal alles zerlegt und auf mein Breadboard nur den MCP3008 direkt an den Pi ghängt. Habe mir nach diesem wunderschönen Beitrag von jar auch einen neuen Spannungsteiler, welcher nun R1=56k Ohm sowie R2=10k Ohm hat, gebaut. Diesen habe ich anschließend entsprechend durchgemessen und getestet. Soweit alles gut!

    Die 12V Batterie war jeweils durch ein 1A KFZ Ladegerät belastet an diesem via USB eine leere PowerBank hing. Einfach damit ich die Batterie nicht im Leerlauf messe.

    Aufbau 1 ( siehe Bild Netz )

    Pi hängt via 230V Netzteil am Netz. Messung läuft mit Werten zwischen 579 und 585 relativ konstant. Mit dem Multimeter vor dem Spannungsteiler gemessen komme ich auf 12.45V hinter dem Spannungsteiler auf 1.883V.


    Rechnung:
    Spannungsteiler --> ((22÷6,6)÷22)×12,45= 1,886363636 || passt also
    A/D Wandler --> 582×((22÷6,6)÷1023)×(22÷(22÷6,6)) = 12,516129032 || Zwar knapp 0,07V zu viel aber soweit erstmal nahe dran.

    Fazit --> so gemessen ist eigentlich alles in Ordnung


    Aufbau 2 ( siehe Bild StepDown)

    Pi hängt jetzt am StepDown Modul an der Batterie welche ebenso noch durch die PowerBank belastet wird. Messung läuft mit Werten zwischen 525 und 540 also deutlich mehr Schwankung vorhanden. Der Multimeter misst eine Spannung von 12,37V und hinter dem Spannungsteiler 1,872V.

    Rechnung:
    Spannungsteiler --> ((22÷6,6)÷22)×12,37=1,874242424 || ähnlicher Unterschied aber ich denke noch in Ordung
    A/D Wandler --> 530×((22÷6,6)÷1023)×(22÷(22÷6,6)) = 11,397849462 || habe jetzt mal 530 als " Mittelwert " genommen jedoch deutliche Unterschiede in der Spannung. Warum?!


    Dieses Warum ist die große Frage ... Für meine Bedürfnisse reicht es wenn das Teil auf 0.1V genau misst aber eine Abweichung von knapp 1.0V ist schon irgendwie doof und vor allem komisch.

    Ich kann es mir nicht wirklich erklären, außer das es wohl einen Zusammenhang mit dem StepDown Modul gibt. Habe mir die Funktionsweise eines solchen Moduls zwar mal angeschaut jedoch nicht wirklich viel davon verstanden. Auf meinem benutzten Modul ist ein Chip xl4005e1 drauf welcher wohl sehr verbreitet ist. Das Modul ist z.B. hier zu finden.

    Jetzt wären meine Fragen:

    Hat jemand von euch eine Idee dazu? Kann es wirklich am StepDown Modul liegen? und wenn ja, gibt es eine Alternative?

    Bin für jede Hilfe oder Kommentar dankbar! Ich möchte es auch irgendwie selbst verstehen jedoch komme ich mit dem Messen der Spannung einfach nicht weiter!

    Grüße

    Fritz

  • [font="Arial"]Danke für den Hinweis! Wurde hier auch schon mehrfach erwähnt - habe mich jetzt noch etwas informiert und bin auf den [/font][font="Arial"]MCP1702 gestoßen. Der sollte zum MCP 3008 passen und soweit ja auch auch mit dem Rest kompatibel sein - oder? [/font]

  • @Fritzbox
    Miß doch einfach mal Deine "angeblichen" 3,3V in beiden Szenarien nach, ob die Spannung beim Anschluß des Konverters nicht doch einbricht.

    Noch mal kurz gerechnet.
    10/66 = Faktor Spannungsteiler = 0,1515
    Voltmeter (Aufbau 1): 1,883V/12,54V = 0,15016 (Fehler=0,1515/0,15016=1,0089=1%, paßt also)
    Voltmeter (Aufbau 2): 1,872V/12,37V = 0,1513 (Fehler=0,1515/0,1513=1,001=0,1%, paßt also)
    Die Genauigkeit Deiner Messungen sind generell (nehmen wir mal an die Widerstände seien temperaturunabhängig und konstant) 0,1513/0,15016=1,0076=1%. So nebenbei wissen wir also, wie genau Du überhaupt messen kannst - auf 1% etwa.

    Aufbau 1
    Voltmeter 1,883V, MCP = 579->585 (delta = 6 Digit) = 1,866V->1,885V
    Das Delta von 6 Digit (=20mV) fällt größenordnungsmäßig in den Bereich der Schwankung der 3,3V (da Dir ja eine bessere Referenz fehlt).
    Interessant ist, daß die Meßwerte des MCP um den Bereich Deines (integrierenden) Voltmeters schwanken. 1,865 < 1,883 < 1,885

    Aufbau 2
    Voltmeter 1,872V, MCP = 525->540 (delta = 15 Digit) = 1,692V->1,740V
    Das Delta von 15 Digit (=48mV) ist mit Sicherheit die Überlagerung aus der gegebenen Schwankung Deiner 3,3V und den Störungen des Konverters.
    a.) Nachdem der Voltmeterwert nicht mehr innerhalb der Schwankung des MCP liegt (Asymmetrie), vermute ich, daß die 3,3V jetzt nicht mehr am MCP anliegen, sondern ein kleinerer Wert. 1,692 < 1,740 < 1,872.
    b.) Die höheren Schwankungen führe ich auf die Störungen des Konverters zurück.

    Was tun...
    1. Die 3,3V nachmessen in beiden Aufbauten und Hypothesen a.) und b.) bestätigen oder widerlegen.
    2. Nachdem Dir ein Oszilloskop wohl fehlt, kannst Du mit dem MCP ja mal etwa 2 Sekunden lang Werte aufnehmen (so schnell wie möglich) und Dir die Schwankungen (und Frequenzen) dann in Excel für beide Versuchsaufbauten anschauen. Das dient auch dem weiteren Erkenntnisgewinn.
    Wenn Du auf diesem Weg "meßfähig" bist, kannst Du testweise mal einen 100nF Kondensator parallel zum Eingang des MCP setzen und schauen, was passiert. Die Schwankung könnte dann geringer ausfallen.
    3. Baue eine Referenzspannungsquelle ein. Ich würde sie jedoch nicht unbedingt aus den 3,3V speisen, sondern aus 5V. Den MCP würde ich ebenfalls mit 5V versorgen. Letztendlich ist das das erste, was verbessert werden sollte.

    Wenn Du jetzt einkaufen mußt, dann kaufe auch gleich noch ein oder zwei stromkompensierte Drosseln ein. Diese sollten vor und hinter Deinem Konverter sitzen. Davor, um eine Rückwirkung in Deinen Spannungsteiler auszuschließen (wir wissen ja wieder nicht, wie Du die Leitungsführung ausgelegt hast) und danach, um die Störungen der Sekundärseite nicht in den Raspi fließen zu lassen.
    In etwa so etwas http://www.reichelt.de/CAF-0-9-47/3/i…&SEARCH=drossel

  • [font="Arial"]Hallo & erneut vielen Dank an schnasseldag für deine genaue Antwort![/font]

    [font="Arial"]Ich habe soeben erneut bei den beiden Aufbauten gemessen und erneut eine, vielleicht sogar die, Auffälligkeit festgestellt.[/font]

    [font="Arial"]Der Pi hat ja zwei Messpunkte zur Spannung ( TP1 und TP2 ) sofern ich dies richtig verstanden habe spiegeln diese Ausgänge die Eingangsspannung ( USB ) wider. Jetzt habe ich mal folgendes entsprechend der Aufbauten gemessen. [/font]

    [font="Arial"]1 --> Hängt der Pi am 230V Netzteil liefert dies 5.003V an den Messpunkten. Messe ich die 3.3V komme ich auf 3.309V ( +/- 0.001V ) Messe ich die 5V am GPIO habe ich 4.98V[/font]

    [font="Arial"]2 --> Hängt der Pi am StepDown messe ich an den Messpunkten 4.74V. Messe ich die 3.3V habe ich Werte von 3.555 (+/- 0.010V ) Messe ich die 5V am GPIO habe ich 4.97V - Zum einen deutlich mehr Schwankung im Vergleich zum 230V Netzteil jedoch aber irgendwie etwas zu viel Spannung auf den 3.3V ?! Messe ich den Ausgang vom StepDown Modul hab eich konstant 5.15V - Leider habe ich noch keine direkte Möglichkeit gefunden den USB Eingang direkt am Pi zu messen vielleicht liegt es ja auch am Kabel. [/font]

    [font="Arial"]Der Pi läuft soweit normal - sprich er hat genug Spannung um zu arbeiten da ich keine Ausfälle oder Hänger habe. [/font]

    [font="Arial"]Laut Datenblatt des MCP 3008 kann ich diesen auch an 5V betreiben - wie auch der Vorschlag von schnasseldag war, wenn ich es richtig verstanden habe. Ich müsste also VDD des MCP an 5V hängen VREF jedoch an den 3.3V lassen oder? [/font]

    [font="Arial"]Jetzt stellt sich mir die Frage - warum und weshalb habe ich mit dem StepDown Modul solch "komische" Werte? [/font]

    [font="Arial"]An einer gescheiten und vor allem konstanten Spannungsreferenz führt also kein Weg mehr vorbei. Zumindest sehe ich keinen! [/font]

    [font="Arial"]Jetzt stellt sich mir die Frage - was nehme ich da am besten? Hat jemand Erfahrungen - den [font="Arial"] [/font][font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"][font="Arial"]MCP1702 habe ich ja in dem anderen Beitrag gefunden jedoch weiß ich nicht ob das jetzt das richtige Modul ist bzw. ob es so funktioniert? [/font][/font][/font]

    [font="Arial"][font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"][font="Arial"]Sorry für die ganze Fragerei - jedoch glaube ich so langsam das eigentliche Problem der verschiedenen Spannungen zu verstehen! [/font][/font][/font]

    [font="Arial"][font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"][font="Arial"]Nochmals vielen Dank für eure Hilfe! [/font][/font][/font]


  • [font="Arial"]1 --> Hängt der Pi am 230V Netzteil ... Messe ich die 3.3V komme ich auf 3.309V ( +/- 0.001V ) ...[/font]
    2 --> Hängt der Pi am StepDown ... Messe ich die 3.3V habe ich Werte von 3.555 (+/- 0.010V )
    [font="Arial"]


    Mit 3,555/3,3=1,077 = 7,7% Fehler hast Du Deinen Fehler von etwa 1V.

    Was Deine Messungen an den diversen Punkten generell anbetrifft, so muß ich Dir leider sagen, daß Du mit einem Voltmeter nur bedingt "meßfähig" bist. Zumindest, wenn es um Störungen (Restwelligkeiten) diverser Spannungsregler geht. Nach Einbau der Referenzspannungsquelle kannst Du aufhören, mit Deinem Multimeter weiterzumessen. Wenn Du mit Referenzspannungsquelle immer noch Schwankungen um mehrere Digit messen solltest, dann mußt Du hilfsweise den MCP selbst als Meßmittel heranziehen. Ich meine damit, Daß Du, wie ich bereits gestern unter Punkt 2. schrieb, einige 1000 Meßpunkte samplest und Dir dann das Histogramm Deiner Samples anschaust.
    Beispiel:
    a.) Du verdrahtest Deinen MCP mit Referenzspannungsquelle und legst an den Meßeingang eine 1,5V Batterie. Jetzt nimmst Du über 2s (o.ä.) mehrere tausend Samples auf und schaust Dir das Signal mit Excel an. Alles was hier um mehr als 1 Digit schwankt, rührt von Deinem Aufbau her. Das Signal der Batterie kannst Du als 100%ig konstant annehmen.
    b.) Du hast keine Referenzspannungsquelle und behilfst Dir deshalb mit einer Batterie (als Referenzspannungsquelle). Alles was Du jetzt am Eingang des MCP siehst, ist Dein Signal. So könnte man z.B. dahinter kommen, was aus Deinem Konverter an Signalen rauspurzelt.

    Hat man kein Oszi, dann muß man sich eben mit Hausmitteln behelfen...


    Laut Datenblatt des MCP 3008 kann ich diesen auch an 5V betreiben - wie auch der Vorschlag von schnasseldag war, wenn ich es richtig verstanden habe. Ich müsste also VDD des MCP an 5V hängen VREF jedoch an den 3.3V lassen oder? [/font]
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    Das hatte ich so gemeint, ist aber von untergeordneter Bedeutung (im Vergleich zur Existenz einer Referenzspannung überhaupt). Es ist sogar ein Fall denkbar, bei dem eine gleichzeitige Versorgung (Speisespannung und Referenzspannung) aus der Referenzspannungsquelle selbst einen Vorteil darstellt. Das ist dann der Fall, wenn Störungen in der Versorgungsspannung chipintern in den Analogteil übergehen. Bei empfindlicheren AD Wandlern sieht man ähnliche Effekte, wenn sich z.B. die steilen Flanken des Kommunikationsbusses (z.B. SPI) auf einmal im analogen Signal als Störungen wiederfinden. Allerdings reden wir hier von wesentlich höheren Auflösungen, als den 10Bit Deines MCP.

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    Jetzt stellt sich mir die Frage - warum und weshalb habe ich mit dem StepDown Modul solch "komische" Werte? [/font]
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    Die sind gar nicht komisch, sondern liegen im Prinzip des Konverters selbst begründet. Dieser zerhackt eine Gleichspannung (mehrere 10-100kHz) schickt sie über einen Übertrager und hat auf der Sekundärseite die Aufgabe zu bewältigen, aus der "Wechselspannung" wieder eine geglättete Gleichspannung zu machen. Da bleiben jede Menge Oberwellen übrig. Prinzipiell kannst Du solch ein Verhalten auch mit einem Steckernetzteil beobachten.


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    [/font]An einer gescheiten und vor allem konstanten Spannungsreferenz führt also kein Weg mehr vorbei. Zumindest sehe ich keinen! [/font]
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    Alles andere ist searching for trouble.
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    [/font][/font]Jetzt stellt sich mir die Frage - was nehme ich da am besten? Hat jemand Erfahrungen - den [font="Arial"] [/font][font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"][font="Arial"]MCP1702 habe ich ja in dem anderen Beitrag gefunden jedoch weiß ich nicht ob das jetzt das richtige Modul ist bzw. ob es so funktioniert? [/font][/font][/font]
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    Für Deinen Anwendungsfall reicht so ziemlich jede einigermaßen temperaturstabilisierte Referenzquelle. Ich hatte für meinen Hubo den TL431 hergenommen (im Prinzip auch nix anderes, als der MCP1702). Der Referenzspannungsquelle hatte ich allerdings noch einen 32Ohm/22µ Tiefpaß vorangestellt. Das hat Filtergründe, dient aber auch dazu, daß der TL431 nicht ins Schwingen gerät. Lade Dir die Doku meines Hubo runter und spickel in den Schaltplan. Einfacher wirst Du's nicht hinbekommen. Es hat mich einige graue Haare gekostet, bis die Schaltung auf 3 Teile zusammengeschrumpft war und ich doch nur 1LSB Toggeln am 12 Bit (also 2 Bit mehr, als bei Dir) AD Wandler hatte. Meine vorherigen Prototypen waren wesentlich komplexer - übrigens z.T. auch mir Drosseln und Co bestückt... :)
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  • Ach, ich hätte da noch einen schönen Link zum Thema Spannungsreferenzen. Schau und lies mal hier. http://www.sprut.de/electronic/referenz/

    Und wenn Du nun shoppen gehst, dann kauf Dir vielleicht noch eine handvoll 100nF (Keramik) - Kondensatoren und einige 47 Ohm Widerstände (oder ähnlich). Damit kannst Du vor Deinen AD-Eingang einen Tiefpaß mit einer Grenzfrequenz von etwa 30kHz setzen. Das Meanwell Netzteil arbeitet in dem Frequenzbereich und Du bekommst damit nicht gefilterte Oberwellen ein wenig geglättet. Nun ist zwar nicht gesagt, daß Dein Schaltregler nicht tiefere Frequenzen versendet, aber als Trost, wenn's nix bringt, hast Du wenigstens noch ein paar schöne Blockkondensatoren übrig. Als ganz kleiner Abfalleffekt hast Du auch noch ein wenig ESD-Schutz durch den Kondensator. Allerdings sollte man den nicht überbewerten, da die Induktivitäten bedrahteter Bauteile bei den steilen Entladungsflanken, wie sie bei ESD Entladungen auftreten, nicht mehr vernachlässigt werden können. D.h. vor dem Kondensator sitzt quasi eine kleine Spule, welche für die "hohe Frequenz" des Entladungsimpulses zunächst einen hohen Widerstand darstellt. Damit kann der Kondensator die Ladung nur bedingt absorbieren. Der Rest der Ladung nimmt dann andere (zumeist unerwünschte) Wege =(

  • Hallo zusammen

    sorry das ich mich jetzt erst melde! Hatte davor leider überhaupt keine zeit mich weiter damit zu befassen.

    Die letztendliche Lösung des Problems war tatsächlich die Referenzspannung der 3.3V! Beheben konnte ich das ganze mit einem LD1117V33 Spannungsregler welchen ich noch gefunden habe.

    Aktuell ist noch alles auf dem Breadboard gesteckt funktioniert aber jetzt deutlich genauer und zuverlässiger als davor!

    Ich danke euch für die freundliche Aufnahme, die Hilfe und vor allem für die super Erklärungen!

    Grüße

    FritzBox


  • Die letztendliche Lösung des Problems war tatsächlich die Referenzspannung der 3.3V! Beheben konnte ich das ganze mit einem LD1117V33 Spannungsregler welchen ich noch gefunden habe.

    Na, es freut uns, wenn wir Dich auf den richtigen Weg haben schubsen konnten. Wenn Du jetzt mal eine kleine 1,5V Batterie an Deinen Analogeingang hängst, einige Tausend Werte samplest und dann schaust, wie weit der (theoretisch stabile) Wert schwankt, dann hast Du ein ungefähres Maß (Histogramm) dessen, was noch immer in Deiner Schaltung an Störungen auftritt. Entweder begegnest Du dem mittels einiger Drosseln oder RC-Gliedern oder Du mittelwertbildest. Das hängt ein wenig von der Größe der verbliebenen Störung und Deinen Anforderungen ab.

    Schönes Wochenende...

    schnasseldag

  • Hi,
    ich wollte soetwas auch letztes Jahr bauen, nur leider bin ich nicht so sehr erfahren wie du.

    Natürlich hätte das Forum mir zum Teil ja auch geholfen, aber ich denk wenn ich nicht viel aufn Tisch legen kann, bekomme ich auch nicht viel.

    Daher wollte ich fragen, ob du ein komplettes HOW TO erstellen kannst.
    HowTo inhalt:
    Teile, Verbindungen, Code, Zeit, Schwierigkeit, Empfehlungen und und und.

    Denke du würdest vielen hier ein gefallen tun.
    Gruß

  • Hallo adem89


    Daher wollte ich fragen, ob du ein komplettes HOW TO erstellen kannst.
    HowTo inhalt:
    Teile, Verbindungen, Code, Zeit, Schwierigkeit, Empfehlungen und und und.

    Nun, ein Tut's gibt es zu diesem Thema wie Sand am Meer. Ein schönes zum Einstieg findes Du bei Raspiprojekt >>> hier <<<. Wenn Du's im Schaltschrank versenken willst, kannst Du auf meine Beschreibung >>> hier <<< zurückgreifen.

    Eines wird Dir ein Tut aber nie abnehmen - Dich intensiv mit der Materie zu beschäftigen. Tut's werden immer nur den Anschub zu einem Projekt vermitteln können. Was danach folgt, hängt häufig vom Projektkontext ab (lange Leitung oder kurze, Abtatsraten, Äquidistanz von Abtastungen, paralleles Bedienen mehrerer Schaltkreise, Genauigkeit...). ;)

    Schöne Grüße

    schnasseldag

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