A/D-Wandler gibt komische Spannungen aus

  • Guten Tag miteinander,

    ich bin aktuell dabei, ein Programm zu entwickeln, das mit der Spannung aus einem Fahrraddynamo arbeitet. Zur Spannungsmessung benutze ich einen A/D-Wandler (ADS1115).

    An den Fahrraddynamo habe ich einen Gleichrichter angeschlossen, gefolgt von einem Widerstand, der die Spannung auf maximal 3,3V herunterregelt. Daran habe ich dann den ADC angeschlossen, der dann die Spannung messen soll.

    Wenn ich jetzt aber die gemessene Spannung vom Programm ausgeben lasse, kommen nur vollkommen wirre Werte im Bereich 0,6-1,1V heraus. Ich habe auch ein Messgerät angeschlossen, wo tatsächlich auch diese Spannungen ankommen, selbst wenn eigentlich aus dem Fahrraddynamo überhaupt keine Spannung kommt. (Diese Werte kommen sogar, wenn der ADC überhaupt nicht mit dem Dynamo verbunden ist.) ||

    Das komische ist: Ich habe als Spannungsquelle auch ein Netzteil und eine Batterie ausprobiert und da hat der A/D-Wandler die Spannung perfekt genau gemessen ?( . Könnte es sein, dass es am Dynamo liegt, dass der ADC die Spannungen nicht richtig messen kann? Was gibt es sonst noch für Möglichkeiten? Irgendwelche Tipps?

    Danke im Voraus

    Euer Gunter

  • Ein Widerstand regelt keine Spannung runter.

    Der Gleichrichter, sofern er keine Glättungsschaltung dahinter hat, liefert immer noch Sinuswellen - zwar keine negativen Spannungen mehr, aber eben immer noch schwankende Werte und keine konstante Gleichspannung, die einen klaren Messwert ergibt.

    Wenn gar nichts angeschlossen ist, wird das Teil wohl floaten und irgendwelche Werte erzeugen. Den Eingangspin solltest du villeicht mit einm hohen Widerstand gegen GND schließen.

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  • Hallo Gnom,

    das mit dem Widerstand ist für meine Zwecke eigentlich recht egal. Im Prinzip ist es mir auch egal, dass der ADC irgendwelche Werte erzeugt, wenn er nirgends angeschlossen ist.

    Nachdem ich mir die Werte jetzt noch einmal angeschaut habe, die der ADC ausgibt, ist mir tatsächlich eine sinusförmige Schwankung aufgefallen. Haben Sie irgendeine Idee oder einen Tipp, wie man das beheben kann, sodass klare, konstante Werte herauskommen?

    Viele Grüße

    Gunter

  • Moinsen,

    Zu einem musst du betrachten das der Fahrraddynamo, hier wieder zu beachten aus welcher Zeit er stammt, und nach welchem Arbeitsprinzip dieser gebaut ist, entweder weine gepulste Gleichspannung oder eine Wechselspannung abgibt.
    Um das ( den Stromfluss ) erst einmal in eine Richtung zu bringen kann man eine 4 Wegegleichrichtung, oder eine Gleichrichterbrücke verwenden. Diese hier muss man mal nachmessen, erzeugt eine Spannungsverringerung. Diesen Wert muss man im Anschluss wieder zu dem gemessene Spannunsgwert dazuaddieren.
    Und nun haben wir im Ausgang des Gleichrichters immer noch eine von der Drehgeschwindigkeit abhängige positiv gepulse Gleichspannung. Wenn du das mit einem ADC messen willst musst du Sampling betreiben und bekommst in der grafischen Ausgabe höchstens eine Kurve wie auf einem Oszillographen. Also benötigst du noch eine Glättungskapazität in Form eines ELKOs, oder eines Kondensators größerer Kapazität. Hier muss man dann aber auch schon wieder in die Datenblätter schauen, wenn ich an die letzten Wochen erinnern darf. Ich gehe mal davon aus, dass der Dynamo an einem Fahrrad angebaut ist, und auch Minustemperaturen ausgesetzt sein dürfte !?
    Hier sollte man ( es weiss ja keiner wie kalt es werden könnte ) dann auf Tantal-Elkos, oder Vielschicht-Kerkos setzen, die alle durchweg bis -55 Grad Betriebstemperatur ausgelegt sind. Es gibt natürlich auch klassische ELKOs die bis zu diesen Tiefsttemeraturen genutzt werden können, werden dann aber preislich unattraktiv im Vergleich zu einem Tantal-ELKO.
    Und nun muss die Spannung noch runter. Da macht man über einen Spannungsteiler und nicht über einen einzelnen Widerstand.
    Aber auch hier wieder muss man das Funktionsprinzip ein es Dynamos im Auge behalten. Die Leerlaufspannung ohne Last ist immer höher als die angegeben Ausgangsspannung, und kann wieder Dynamo-Typ abhängig sogar das Doppelte der Nennspannung überschreiten. Also sollte der Spannungsteiler auf mind. 15 V Eingangspannung ausgelegt sein.
    Und nun beginnt das Spiel mit der Mathematik bzw der Physik ;)
    Jetzt muss du mal etwas mehr preisgeben wie ua der ADC mit seiner Vc Versorgt wird, davon ist auch die Auslegung des Spannungsteilers abhängig. Und um eine Spannung mit einer Nachkomma-Stelle an einem Fahrraddynamo zu erfassen, muss man nicht mit solchen Auflösungsraten an die Sache herangehen. Das ist Overseize, und erzeugt nur einen Zusatzaufwand bei Meßergebnisauswertung. 10 bit bzw 12 Bit sind hier vollkommen zureichend. Und ein weiterer Nachteil dieser ADC mit interner VRef Erzeugung ist die bereitgestellte Vc, also deren Genauigkeit, oder Anforderung an deren Glättung bzw Ripple. Wenn du also versuchst direkt aus einem PI über den 3,3 V Kanal Pin 1 oder Pin 17 diesen ADC zu betreiben, dann sind die Messwertschankungen schon vorprogrammiert.
    Auch wenn es materiell aufwendiger ist, würde ich auf einen ADC mit einer extern eingespeisten VRef setzen, die man zur Not mit einem 2950-33 aus der 5.0 V Pins 2 oder 4 erzeugen kann, oder man nimmt dafür eine Referenzspannungsquelle, um diese von Extern in den ADC einzuspeisen. Natürlich kannst du den gesamten ADC ADS1115 direkt aus einer Referenzspannungsquelle versorgen und damit betreiben. Der Weg steht dir auch noch offen.

    Aber mal nebenbei gefragt, ist es wirklich deine Absicht, mit einem RasPi eine Spannung an einem schnöden Fahrrad messen zu wollen ? Ist das nicht auch Oversize ? Hier reicht ein µ Controller wie PICO der hat einen ADC, braucht weniger Strom, kann auch parallel ein Display, oder sonst etwas ansteuern.

    Franky

  • Die ICs der Boards benötigen eine stabile geglättete Gleichspannung.

    Mit nur einem Dynamo hätte man zu viele Unterbrechungen, da man mit dem Fahrrad nicht immer gleich schnell ist. Wenn du einen Akkupack über den Dynamo lädst (Brückengleichrichter + Kondensator), hättest du eine stabile Versorgung.

    Laut StVZO musste bis 2013 ein Fahrraddynamo 6V 3W liefern.

    Das sind dann 500 mA Strom. Das ist ein wenig knapp für einen RPi.

    Der vorgeschlagene Mikrocontroller benötigt nur einen geringen Bruchteil des Stroms und würde den Akku auch nicht so stark belasten wie ein Raspberry Pi.

  • Gunter, viellicht kannst du uns mal den Hintergrund deiner Experimente erzählen. Hier gehen einige wohl davon aus, dass du den Pi am Fahrraddynamo betreiben und damit irgendwas machen willst. Davon war von deiner Seite aber bisher nicht die Rede. So weit ich das verstehe, geht es dir erst mal drum, die Spannung des Dynamos zu messen. Aber wozu eigentlich?

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  • Gnom

    auch hier bist du wieder nur wild am Spekulieren.
    Ich habe für meine Begriffe den Arbeitsauftrag so verstanden, dass er mit einem RasPI, und einem I²C ADC mit interner Referenzspannungsquelle eine Spannung an einem Fahrraddynamo messen will.

    Dazu muss man aber wissen, dass jeder ADC intern die Eingangsspannung von einem Messeingang mit der VRef vergleicht und dementsprechend eine Verhältniswert zu dieser Referenzspannung ausgibt.

    Dazu muss aber bei solchen ADCs mit interner Referenzspannungsbildung die Versorgungsspannung dieses ADC sehr genau, gleich und vor allem Gleichmäßig sein. Da aber auch die 3,3 V vom RasPi kommend gewissen Schwankungen unterliegt, habe ich den Punkt angesprochen, dass man hier unabhängig der Vc des ADCs hier einen anderes ADC Modell verwendet oder den gesamten ADC über eine Referenzspannungsquelle betreibt. Sonst muss man eine mathematische Wertglättung bei der Auswertung , bzw in der Auswertesoftware betreiben.

    Und wie du es angibst, mit "einem" Siebkondensator könnte man die Spannungsschwankungen die nach der Gleichrichtung der Dynamospannung soweit glätten, dass man nur noch eine drehzahlabhängige Spannungsschwankung hat ist genauso Unsinnig.
    Mit einer festen Kapazität wird das auch nichts. Dazu sollte man erst einmal in Erfahrung bringen, um welche Drehzahlen, bzw. in welchem Drehzahlbereich der Fahrraddynamo angetrieben wird. Denn je nach Frequenz benötigt man dann verschiedene Kondensatoren ( Glättungskapazitäten ) mit unterschiedlichen Lade- und Endlade-Kurven.
    Sonst bleibt das Ergebnis :

    immer mit einem Delta-U verbunden, der auch vom ADC erfasst wird. Da dieses Delta-U zu einem von der Kapazität, und zum anderen von der Periodendauer / Frequenz der Rotationsgeschwindigkeit anhängig ist, es aber seitens des TO keine Anforderungen bezüglich der Messgenauigkeit genannt werden, kann man deinen Beitrag weder als hilfreich, noch als zielführend betrachten !
    Zudem mit der Auflösung des vorgegebenen ADC von 16 Bit was bei einer Vc von 3,3 Volt, eine Schrittauflösung von 65535 Steps zwischen 0,0 V und der max. Eingangspannung am Messeingang von 3,3 v entsprechen würde erzielt der TO hier eine Detailauflösungsvermögen von 0.000050354772 V pro Step. Vollkommen Oversize wenn er eine Spannung um 6 Volt erfassen will.
    Dazu reichen die 10 Bit bzw 12 Bit ADC die in den meisten µControllern verbaut sind vollkommen aus.
    Und damit sind wir dann auch wieder beim Strombedarf dieser Gesamtschaltung. Ein einfaches PIco was auch noch mit einer Vc von 1,8 Volt funktioniert, und somit durchaus auch direkt über den Dynamo mit betreiben werden könnte, wenn eine Stützkapazität in Form eines Akkus vorhanden ist, sowie einer VREF-Quelle, oder über den mathematischen Mittelwert, der aber auch eine Verfälschung des aktuellen Werts bedeuten würde, kann man das Thema Auswertung "smoother" angehen.

    Franky

  • Guten Tag,

    Wenn hier jemand seitenlang spekuliert, dann bist du das! Du nervst, merkst du das nicht?

    Diese Aussage trifft wohl eher auf dich zu !
    Dazu muss man nur deine ganzen Beiträge aus den Anfangsmonaten des Jahres 2022.
    Aber um auf das Thema von Gunter1337 zu kommen, dass grundsätzliche Wissen, oder die Hinweise wie man ein Wechselspannung alternativ eine gepulste Gleichspannung glättet, wird hier erklärt. Darin ist zu lesen, daß die noch verbleibende Brummspannung von einigen Faktoren abhängig ist. Diese werden uns allerdings durch den TO nicht genannt.
    Bemüht man die Forensuche zu diesem Thema welches der TO auch anspricht, findet man beim hineinlesen in diese Themen sehr viele Antworten, die sich grob in wenige Einzelkategorien aufteilen lassen:
    - Welche Anforderung habe ich an das Meßergebnis bezüglich seiner Genauigkeit, sowie der Anzahl der Messungen je Zeiteinheit,

    - Welche Signalgüte hat mein Eingangssignal,

    - Wie stabil ist Spannungsversorgung des ADC's selber,

    - Welche Einflüße streuen über die Leitung von der Signal- oder Spannungsquelle bis zum ADC Eingang selber ein.

    Daraus ergibt sich wie folgerichtig erwähnt wurde, welche Signalaufbereitung zwischen der Spannungsquelle und dem ADC Meßeingang erfolgen muss.

    Der einzige der hier rumquacksalbert bist du, weil du mit anderen weiterführenden Antworten die für meine Begriffe sogar über die Fragestellung hinaus gehen, und weitere Punkte zur Fehlerminimierung aufzeigen, nicht klar kommst.
    Wenn sich hier jemand die Mühe machen möchte eine solch umfangreiche Antwort zu geben, dann lass ihn doch sein Ding machen. Er hat nichts falsches gesagt !Die Grundaussagen, wie auch Nachfragen sind schlüssig.

    Gesundes Neues

    es grüßt euer
    Willy

  • Guten Tag,

    Der Gleichrichter, sofern er keine Glättungsschaltung dahinter hat, liefert immer noch Sinuswellen - zwar keine negativen Spannungen mehr,

    Dazu muss man eigentlich keine Antwort geben. Es wird niemals eine Sinuswelle sein.
    Entweder es sind nur die positiven Spitzen / Halbwellen mit einer Unterbrechungsphase, bei einer Einwegegleichrichtung, oder eine permanente Abfolge von positiven Halbwellen bei einer Brücken- , oder 4-Wegegleichrichtung. Wenn aber schon bei dem Begriff Halbwelle scheitert, muss man sich nicht so wie du aus dem Fenster lehnen. -> https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0201071.htm
    Das nur als kleine fachliche Anmerkung zu deinen Kommentaren.

    es grüßt euer
    Willy

  • Der Gleichrichter, sofern er keine Glättungsschaltung dahinter hat, liefert immer noch Sinuswellen

    wieder mal elektrotechnischer Unsinn, wie soll ein Gleichrichter aus DC oder PWM oder Trapez Sinuswellen machen? :conf:

    Richtig er kann es nicht! :wallbash::@<X

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
    Energiesparen:
    Das Gehirn kann in Standby gehen. Abschalten spart aber noch mehr Energie, was immer mehr nutzen. Dieter Nuhr
    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

    Einmal editiert, zuletzt von jar (1. Januar 2023 um 13:24)

  • Mann, ihr habt es wohl echt nötig.. Wie krampfhaft ihr versucht, euch über andere zu erheben, ist wirklich bemitleidenswert! Glaubt ihr, euer doofes Gesülze juckt mich? Ihr kennt doch sicher das Sprichwort vom Borstentier und dem Baum... könnt ihr euch auf den Bauch pinseln.

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  • Aus einem Seitenläuferdynamo oder Nabendynamo kommt nicht immer Sinus raus und Gleichrichter interessieren sich nicht für die Art der Eingangangsspannung, deswegen sind so verkürzte Sätze selten hilfreich.

    Wie soll aus einer verzerrten Spannung mit Oberwellen wieder ein Sinus werden?

    Unser Gesülze juckt dich nicht?

    Ich hoffe wenigstens es hilft Anderen nicht irgendwelchen abtrusen Ideen zu folgen. ;)

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
    Energiesparen:
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    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

  • Wie gesagt, ihr habt es offenbar nötig... vor lauter Hybris windet ihr euch wie die Aale. Aber das ist normal bei Leuten wie euch - also kein Grund zur Sorge.

    Oh, man kann hier unliebsame Nutzer blockieren. Wie praktisch!

  • Guten Tag,

    früher hat man gesagt "Eine Runde Mitleid, ohhh" !
    Wenn Gnom sich über andere erhebt, dann scheint es offensichtlich sein alleiniges Recht zu sein !? Wenn er für seine fachlich wie sachlichen falschen Kommentare gemaßregelt wird, weil er wirklich nur technischen Unsinn erzählt, dann fühlt er sich gekränkt.
    Aber wie sagt ein altes Sprichwort: "Betroffene Hunde bellen!"

    es grüßt euer
    Willy

  • Wie lächerlich! Gekränkt seid doch nur ihr selbst, weil eure spekulativen Ausführungen nicht die Würdigung erfahren, die eure übersteigerte Eitelkeit offenbar nötig hat. Vergöttert werden wollt ihr für euer Gefachsimpel. Als Herrenmenschen führt ihr euch hier auf, mit Kindergartendiskussionen darüber, ob ein Dynamo nun eine Sinuswelle oder sowas ähnliches wie eine Sinuswelle liefert oder ob eine Sinushalbwelle eine Sinuswelle ist... Erbsenzählerei an der ihr euch hochzieht, weil ihr nicht in der Lage seid, euch auf die Aufgabenstellung zu fokussieren. Ihr glaubt ernsthaft, ihr könnt mir mit diesem Gehabe irgendeine Form von Respekt abnötigen? Da kann ich doch nur müde lächeln. Haha!

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  • Wenn der Dynamo irgendeine KACK-Spannung ausgibt, dann kommen nur die positiven Anteile der KACK-Spannung am Gleichrichter vorbei.

    Egal, ob KACK-Spannung, ein verkrüppelter Sinus oder sonstige Formen, glätten muss man sie immer.

    Wenn die Eingangsform ein perfekter Sinus ist, misst man nach dem Gleichrichter nur perfekte positive Sinushalbwellen - 0,7V.

    Ihr streitet euch über die exakte Form der positiven Halbwellen und selbst habt ihr das wahrscheinlich nie nachgemessen und ihr habt auch nicht alle Dynamos auf der Welt nachgemessen. Es kann also sein, dass ihr beide recht habt. Wenn ihr einen Penisvergleich machen wollt, dann messt doch mal einfach selbst nach (die Wellen, nicht den Penis) und die Ergebnisse bitte teilen. Danke.

  • Guten Tag alle zusammen.

    Oje oje, was habe ich hier nur wieder angezettelt? Ich glaube, ich muss abschließend noch einmal einiges klarstellen:

    Ich habe vor, das Fahrrad innen neben einer Steckdose zu betreiben. Die Leistung, die der Dynamo ausgibt, spielt also keine Rolle. Es geht mir nämlich darum, ein Programm zu entwickeln, das durch die Spannungsmessung erkennt, wie schnell der Benutzer fährt.

    Dass aus dem Gleichrichter Sinuswellen kommen, ist zwar technisch falsch, aber ich habe verstanden, was Gnom meint und finde nicht, dass man daraus dann so ein Theater machen muss.

    Trotzdem vielen Dank für eure vielschichtigen Tipps und Anstöße. Ich hätte das so nicht erwartet. Dank euch bin ich jetzt zu einem ziemlich guten Ergebnis gekommen.

    Ich habe jetzt hinter dem Gleichrichter einen Kondensator parallel angeschlossen, was den oben von Gnom genannten Siebkondensator bildet. Mithilfe von diesem wird die Spannung recht gut geglättet, die restlichen Spannungen mache ich durch die Software wett (indem ich die Spannungswerte zum Beispiel auf nur eine Nachkommastelle runde).

    Außerdem habe ich den A0-Pin direkt über einen Widerstand mit dem Ground-Pin verbunden. Anfangs war dies nur, um die wirren Werte , die ankommen, wenn keine Spannung angelegt ist, zu liquidieren, doch dann ist mir aufgefallen, dass ich so auch die Spannung steuern kann, die am Raspberry Pi ankommt: Je kleiner der Widerstand zwischen A0 und Ground, desto kleiner auch die Spannungen, die mir vom Programm angezeigt werden.

    Einen detaillierten Schaltplan habe ich angehängt.

    Viele Grüße

    Gunter

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