logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Zabezpieczenie ADC przed podaniem U spoza zakresu pomiarow.

MES Mariusz 14 Mar 2007 14:34 4740 15
  • #1 3677526
    MES Mariusz
    Poziom 36  
    Posty: 5452
    Pomógł: 8
    Ocena: 224
    Witam.

    Sytuacja jest taka. Mamy wejście przetwornika ADC, które trzeba zabezpieczyć przed podaniem napięcia pomiarowego spoza zakresu. Jednocześnie chcemy zabezpiezpieczyć mikrokontroler nie tylko przed dokonywaniem przez niego błędnych pomiarów, ale także przed zbyt wysokimi lub zbyt niskimi napięciami, które spowodują uszkodzenie portu mikrokontrolera.

    Gdyby sytuacja dotyczyła napięć dodatnich, można byłoby problem rozwiązać, stosując komparator analogowy, i przed właściwym pomiarem uP dokonywałby pomiaru tego, czy zakres jest prawidłowy (np napięcie równe lub mniejsze od 5V) i za pomocą przekaźnika podłączał wejście ADC.

    Załóżmy jednak, że na ADC podawane mają być napięcia przemienne, od -5V do +5V, więc należałoby sprawdzać, czy napięcie nie jest większe od 5V, i czy nie jest mniejsze niż -5V.

    Istnieją jakieś standardowe rozwiązania tego typu problemu?
  • #2 3677562
    medicb
    Poziom 28  
    Posty: 1457
    Pomógł: 89
    Ocena: 64
    Sprawdzać raczej nie trzeba czy napięcie jest większe. Wystarczy dzielnik napięcia na opornikach, mały retusz w programie na przeliczniku i możesz sobie mierzyć nawet większe napięcia tyle tylko, że rozdzielczość pomiaru wzrośnie. Zawsze z resztą istnieją diody zenera. Gorzej jeżeli chcesz mierzyć ujemne wartości ;/ nie mam pomysłu. Do głowy przychodzą mi różne dziwne rzeczy. Musisz koniecznie wiedzieć ile dokładnie wynoszą te ujemne napięcia? Czy bedą takie same jak te dodatnie połówki przebiegu? Może poprostu wystarczy je "wyprostować"?
  • #3 3677911
    szelus
    Poziom 34  
    Posty: 1508
    Pomógł: 315
    Ocena: 53
    Do zabezpieczenia procesora to szeregowy rezystor + dioda zenera między wejście procesora i masę, albo dwie diody schotky'ego do masy i +5V.

    Jeżeli chcesz mierzyć napięcia w zakresie -5V do + 5V to musisz je przesunąć do zakresu 0 do +5V, czyli podzielić przez 2 i dodać 2,5 V. Inaczej mówiąc, musisz dać na wejściu dzielnik i sumator. W zależności od źródła sygnału wejściowego i wymaganej dokładności, mogą wystarczyć same rezystory, lub trzeba będzie dać np. wzmacniacz operacyjny.

    Oczywiście, to przy założeniu zasilania z 5V. Przy innym napięciu zasilania/odniesiena należy to, co napisałem skorygować odpowiednio :)
  • #4 3678068
    MES Mariusz
    Poziom 36  
    Posty: 5452
    Pomógł: 8
    Ocena: 224
    szelus napisał:
    Do zabezpieczenia procesora to szeregowy rezystor + dioda zenera między wejście procesora i masę, albo dwie diody schotky'ego do masy i +5V.

    To rozwiązanie zabezpieczy mikrokontroler elektrycznie, ale nie wykluczy przekłamań pomiarowych po przekroczeniu tego zakresu. Zastanawiam się nad tym, czy nie było by warto (i jak to zrobić najlepiej) aby mikrokontroler mógł zdetekować przekroczenie zakresu pomiarowego.

    szelus napisał:
    Jeżeli chcesz mierzyć napięcia w zakresie -5V do + 5V to musisz je przesunąć do zakresu 0 do +5V, czyli podzielić przez 2 i dodać 2,5 V.

    To już zostało zrobione tutaj :arrow: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic688857-30.html#3675896
    a to, o co pytam, to jakby rozwinięcie tematu, a ściślej zupełnie inny - nowy temat :)
  • #5 3678175
    szelus
    Poziom 34  
    Posty: 1508
    Pomógł: 315
    Ocena: 53
    ele mid napisał:

    To rozwiązanie zabezpieczy mikrokontroler elektrycznie, ale nie wykluczy przekłamań pomiarowych po przekroczeniu tego zakresu. Zastanawiam się nad tym, czy nie było by warto (i jak to zrobić najlepiej) aby mikrokontroler mógł zdetekować przekroczenie zakresu pomiarowego.


    Przy założeniu zakresu +/- 5V, jak masz przekroczenie, to w wyniku będą same zera/same jedynki. Jak masz same zera lub same jedynki, znaczy masz przekroczenie :)
  • #6 3678246
    MES Mariusz
    Poziom 36  
    Posty: 5452
    Pomógł: 8
    Ocena: 224
    szelus napisał:
    Przy założeniu zakresu +/- 5V, jak masz przekroczenie, to w wyniku będą same zera/same jedynki. Jak masz same zera lub same jedynki, znaczy masz przekroczenie :)

    Sprytnie... Ale jeśli będziemy akurat dokonywać pomiaru napięcia stałego w czasie, to nie mikrokontroler zasugeruje nam że ten pomiar jest błędny :)
  • #7 3678407
    szelus
    Poziom 34  
    Posty: 1508
    Pomógł: 315
    Ocena: 53
    ele mid napisał:
    Ale jeśli będziemy akurat dokonywać pomiaru napięcia stałego w czasie, to nie mikrokontroler zasugeruje nam że ten pomiar jest błędny :)

    Sorry, ale nie załapałem (późno już :wink:). Możesz jaśniej?
  • #8 3678450
    MES Mariusz
    Poziom 36  
    Posty: 5452
    Pomógł: 8
    Ocena: 224
    szelus napisał:
    ele mid napisał:
    Ale jeśli będziemy akurat dokonywać pomiaru napięcia stałego w czasie, to nie mikrokontroler zasugeruje nam że ten pomiar jest błędny :)

    Sorry, ale nie załapałem (późno już :wink:). Możesz jaśniej?

    Zera i jedynki pojawiają się przy przekroczeniu, czy przy osiągnięciu maksymalnych wartości?
  • #9 3678477
    szelus
    Poziom 34  
    Posty: 1508
    Pomógł: 315
    Ocena: 53
    ele mid napisał:
    Zera i jedynki pojawiają się przy przekroczeniu, czy przy osiągnięciu maksymalnych wartości?


    Oczywiście, że w jednym i w drugim przypadku. Ale po prostu tak to kalibrujesz, aby minimalna/maksymalna wartość przypadała na 0x001 / 0x3FE, i już.
    (Teoretycznie. Praktycznie musisz dać trochę większy odstęp, z uwagi na błędy pomiaru).
  • #10 3723673
    MES Mariusz
    Poziom 36  
    Posty: 5452
    Pomógł: 8
    Ocena: 224
    W sumie to jednak najlepszym zabezpieczeniem przed podaniem zbyt wysokiego i zbyt niskiego (pomiar napięć przemiennych) napięcia na wejście pomiarowe byłoby zastosowanie pary niezależnych od uP komparatorów (np. z wykorzystaniem popularnych wzmacniaczy operacyjnych), ta para byłaby odpowiedzialna za wywołanie przerwania w uP odpowiadającego za przekroczenie zakresu pomiarowego (eliminacja błędów wynikająych z przekrozenia zakresu pomiarowego). Druga para wzmacniaczy operacyjnych (w roli komparatorów) mogłaby odcinać fizycznie (przekaźnik) wejście pomiarowe od mierzonego źródła, w przypadku detekcji zbyt wysokich napięć, które mogłyby uszkodzić układy wejściowe budowanego przyrządu pomiarowego.

    Co myślicie o takim pomyśle?
  • #11 3723714
    crazy_phisic
    VIP Zasłużony dla elektroda
    Posty: 2244
    Pomógł: 278
    Ocena: 131
    Prawda okazałaby się taka że układ zabezpieczający uszkodził by element zabezpieczany ;).
    Daj na wejściu bufor zasilany bezpiecznym napięciem np 6V i w razie awarii maksymalne napięcie na jego wyjściu będzie miało właśnie wartość zasilającego. A dodatkowo (bufor) obetnie szybkie szpilki (zakłócenia) które są największym zagrożeniem (dla ADC).
  • #12 3723900
    MES Mariusz
    Poziom 36  
    Posty: 5452
    Pomógł: 8
    Ocena: 224
    Czy przez przypadek bufor nie będzie "kolejnym zbytecznym" elementem w torze pomiarowym, który może wprowadzać zniekształcenia w mierzonym sygnale?
  • #13 3723923
    crazy_phisic
    VIP Zasłużony dla elektroda
    Posty: 2244
    Pomógł: 278
    Ocena: 131
    Bufor z zasady działania służy tylko do odseparowania kolejnych bloków układu. Nigdy nie jest określany jako "zbyteczny" element ponieważ dopasowuje impedancyjnie np czujnik z wejściem ADC.
    Co do zniekształceń... wszystko zależy od tego jak zrealizujesz bufor ;) ale zapewniam Cię że wzmacniacze operacyjne same z siebie "nie zniekształcają" sygnału ;)
  • #14 3724202
    MES Mariusz
    Poziom 36  
    Posty: 5452
    Pomógł: 8
    Ocena: 224
    Załóżmy, że takim buforem będzie WO pełniący w torze pomiarowym jeszcze inną rolę (podział i przesunięcie napięcia). Czy jest to wystarczające i niezawodne zabezpieczenie przed podaniem na port uP zbyt wysokiego ( >5V), lub zbyt niskiego (<0V) napięcia?

    Idąc dalej, chciałbym zabezpieczyć same wzmacniacze operacyjne, przed podaniem napięć które mogłyby je zniszczyć. Jeżeli przekroczymy planowany (dozwolony) przedział napięć wejściowych, WO wejdzie w stan nasycenia, i na jego wyjściu zapanuje stan bliski VCC bądź VEE. Nic się nie stanie. Ale przekraczając pewnie krytyczny poziom napięć, można uszkodzić WO, mam rację? I chciałbym się przed tym uchronić.

    Jakieś pomysły?
  • #16 3724305
    MES Mariusz
    Poziom 36  
    Posty: 5452
    Pomógł: 8
    Ocena: 224
    crazy_phisic napisał:
    Transil, może być dwukierunkowy np na napięcie 5.8V
    http://www.meditronik.com.pl/el/a2610.htm


    Tak właśnie zastanawiam się nad podobnymi zabezpieczeniami z diodami Zenera i transilami (w szereg kanału pomiarowego rezystor a za nim równolegle do masy dioda zenera lub Transil), bo w gruncie rzeczy pracuję nad swojego rodzaju przyrządem pomiarowym, a wszelkiego rodzaju elementy bazujące na diodzie, mają charakter nieliniowy i mogłyby w jakiś sposób wpływać na kształt mierzonego sygnału.

    Ta dyskusja wiąże się z projektem z topicu: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic688857-30.html#3675896 a co za tym idzie układem z rysunków:

    Zabezpieczenie ADC przed podaniem U spoza zakresu pomiarow.

    Zabezpieczenie ADC przed podaniem U spoza zakresu pomiarow.


    Może trochę późno, ale uświadomiłem sobie, że po przekroczeniu założonego zakresu pomiarowego -5V ... +5V, wzmacniacz operacyjny będzie przechodził w stan nasycenia i na jego wyjściu pojawią się wartości graniczne odpowiadające napięciu zasilania dodatniemu (w tym przypadku +9V) bądź ujemnemu (-5V) a te prawdopodobnie spowodują uszkodzenia portu ADC mikrokontrolera Atmega16.

    Teraz zastanawiam się nad tym,

    1) jak zabezpieczyć wejście mikrokontrolera przed ewentualnymi napięciami >5V (np. ekstremalne +9V) i <0V (np. ekstremalne -5V).

    2) jak zabezpieczyć sam WO przed podaniem napięć większych niż dopuszczalne (w przypadku LM324, jak rozumiem, nie wolno dopuścić, by napięcie różnicowe wyniosło 32V lub więcej)

    Oczywiście zabezpieczenia nie powinny wpływać w żaden sposób na kształt sygnału.

Podsumowanie tematu

LABEL_AI_GENERATED
Dyskusja dotyczy zabezpieczenia wejścia przetwornika ADC przed podaniem napięć spoza zakresu pomiarowego, zwłaszcza dla sygnałów przemiennych w zakresie -5V do +5V. Proponowane rozwiązania obejmują przesunięcie i podział napięcia za pomocą dzielnika i sumatora, co pozwala na dopasowanie sygnału do zakresu 0–5V, zabezpieczając mikrokontroler przed uszkodzeniem. W celu ochrony portów mikrokontrolera sugerowano zastosowanie szeregowego rezystora oraz diod Zenera lub diod Schottky’ego do masy i zasilania. Wskazano, że przekroczenie zakresu pomiarowego można wykryć na podstawie wartości ADC osiągających skrajne poziomy (same zera lub jedynki).

W celu eliminacji błędów pomiarowych i fizycznej ochrony wejścia ADC rozważano użycie pary komparatorów (np. na wzmacniaczach operacyjnych) do detekcji przekroczenia zakresu i odcięcia wejścia pomiarowego za pomocą przekaźnika. Zaproponowano także zastosowanie bufora (wzmacniacza operacyjnego) zasilanego bezpiecznym napięciem, który odseparuje sygnał i ograniczy szpilki zakłóceniowe. Podkreślono, że wzmacniacze operacyjne mogą wejść w stan nasycenia przy przekroczeniu zakresu, co nie uszkadza ich, ale przy bardzo wysokich napięciach może dojść do uszkodzenia, dlatego rozważane są zabezpieczenia z diodami Zenera i transilami.

Wskazano na nieliniowość elementów zabezpieczających bazujących na diodach, co może wpływać na kształt sygnału. Dyskusja zawierała linki do schematów i wcześniejszych tematów związanych z projektem przyrządu pomiarowego. Ostatecznie rekomendowano stosowanie dwukierunkowych transili (np. na 5,8V) oraz odpowiednio dobranych rezystorów i diod Zenera w celu ochrony wzmacniaczy operacyjnych i mikrokontrolera przed uszkodzeniem przez napięcia spoza zakresu pomiarowego.
Podsumowanie AI na podstawie dyskusji. Może zawierać błędy.
REKLAMA