Ošetření AD vstupů arduina

[Frenky]

Tak jsem při příležitosti zkoumání SDS našel jejich schéma zapojení AD vstupů SDS-ka

AD SDS.png

Na obrázku je vidět kondenzátor na vstupu AD hned za děličem. Předpokládám, že jste nikdo kondenzátor na arduinu (micrologu) nezkoušel, já ano. Trochu jsem to přehnal a dal jsem tam kondenzátor 150nF. (jiný jsem doma nenašel). K mému překvapení to docela funguje. Pro doložení přikládám dva obrázky ze sampleru micrologu.

1) kondenzátor na vstupu AD8 nezapojen

A8 bez kondiku.png

2) kondenzátor na vstupu A8 připojen

A8 s kondikem.png

Je tam vidět docela rozdíl že?

Ještě text z http://www.merenienergie.cz

Mereni napeti.pdf

[vata]

Zdravím, dobrý tip. Nicméně SW filtrace funguje taky dobře. V mém řešení posílám naměřené hodnoty do kruhového bufferu a z něj pak počítám průměr. Jsem takhle schopná vyhladit napětí v řádech vteřin - pro logger dobré, pro napěťové řízení zátěží samozřejmě je nutné tohle dobře zvážit. Po téměř ročním provozu se mi ještě nestalo, že by AD zašuměly až tak, že by to podkročilo kritické napětí baterie, při kterém můj program reaguje okamžitě a bez pardonu.

[? solárník]

Microlog nemám, ale na Arduinu mám na AD vstupech 47nF. Slušně to utlumilo šum proudových čidel Pololu, pokud tedy nechceš měřit nějaké rychlé zákmity.

Jinak ale beru pouze minutové průměry z nějakých 30000 měření, takže je mi to celkem jedno.

Ale ona všechna Hallová proudová čidla šumí děsivě a je to silně citlivé i na orientaci. Blbnul jsem s tím tenkrát dlouho a jen otočení čidla o 90 stupňů zmenšilo šumy skoro na desetinu, když jsem vychytal ten správný směr. A nejhorší byly AMPLOCy, ty jsem pro jistotu hned vyhodil někam do šuplíku. Měly takovou hysterezi na DC, že každý den byla nula skoro o půl ampéru jinde, no hrůza. Teď vyvíjím slušná odporová čidla na DC proud (0,0005 ohmu, takže ještě podstatně menší sériový odpor než Hallové Pololu) a šum mají neznatelný, už se těším, až je vyměním.

Arduino žádné ochrany vstupů nemá, nemá ani pořádnou filtraci napájení převodníku (lépe řečeno není tam žádná). Je to super low cost řešení a zapojení. A přitom by stačila blbá tlumivka a kondík navíc, jak to ukazují v datasheetu Atmelu. Ani ten stabilizátor na 5V nestojí za nic pro nějaké slušnější měření. A to odhlížím od toho, že jede skoro stabilně na maximální teplotě pouzdra. To SDSáci to mají chráněné slušně, asi nemají rádi reklamace a já se jim ani nedivím

[Frenky]

Jaké AMPLOCy máte na mysli, ty co se strkají do obvodu (Pololu)

Pololu.png

nebo ty (navlékací)

Amploc.png

S těmi navlékacími jsem celkem spokojen, po stabilizaci napájecího napětí arduina mě dělá hystereze na DC cca 100mA .

Pokud budete mít ty vaše vyvíjené, tak mám vážný zájem (pokud to nebude příliš drahé)

Kód: Vybrat vše

Teď vyvíjím slušná odporová čidla na DC proud (0,0005 ohmu, takže ještě podstatně menší sériový odpor než Hallové Pololu)


pěkný večer

[? solárník]

No ty druhé - AMPLOC25 (jsou lineární až do +-60A). Záleží velmi, kde je máte zapojené. Pokud je to v nějakém obvodu, kde jsou velké proudové rázy (jako třeba na vstupu AC střídače) pak je to holé neštěstí. Pořád jsem honil nulu nahoru dolu a nedalo se to, měnila se po každém dni o několik AD dílků u všech čidel, co jsem měl. Jakýkoli proudový ráz, nebo nedej bože přiblížení se s klasickou trafopáječkou, posunulo nulu úplně do pryč. A to mám v Arduinu na 5V speciální super-přesný stabilizátor.

Potřebujete jedno, nebo obousměrná čidla? Předpokládám, že na DC proud?

Pololu mají hysterezi minimální, přímo neznatelnou (ty první na fotce). ALe mají dost velký průchozí odpor a při vysokém nárazu proudu nad 100A se většinou přeruší, nebo spálí. Přerušení je u větrné turbíny katastrofa, protože se vrtule při prvním nebržděném poryvu rozletí na trsátka.

[Frenky]

jo ja mam ten velky myslim ze to je 200A na baterce (+-) pak 50A na DC spotrebe (-) a pak 25A na MPPT a FV panelech (+). Zatim jsem spokojen. Je pravda ze je mam vzorne v rozvadeci oddelelene od stridaveho rozvodu. Stridavy rozvod jsem zredkoval pouze na pruchod vyrobene energie pres elektromer. Nijake velke ovlivnovani jsem nezaznamenal.
Mel bech tedy zajem o jeden az dve cidla +- a tak dve az tri cidla +.
Pekny den.

[? goodbie]

no tak nějak jsem s amploc cívkama dopadl i já nula furt někde v luftě je to přesně jak píšete

[? solárník]

Mel bech tedy zajem o jeden az dve cidla +- a tak dve az tri cidla +.

Zatím mám rozpracovaná jen jednosměrná čidla na bázi asi nejlepšího současného obvodu, co se na to vyrábí a to sice LTC6102. Dokážu udělat jakýkoli proudový rozsah. Jediný problém je překvapivě s Arduinem, které nedokáže měřit (podle použitého Atmelu) v okolí nuly, tedy většinou se jedná o první AD dílky, tedy 0,1,2. Třeba AD vstup Atmelu 328 měří až od druhého dílku, co je pod, tak ignoruje a hlásí nulu (říká se tomu vstupní offset převodníku). Takže proudy v rozsahu do cca 100mA (závisí na proudovém rozsahu čidla, tohle je pro asi 60A) byly neměřitelné. Musím posunout nulu výš, někam na cca 5 dílek převodníku, aby to bylo lineární a pak to nakalibruju nějakým superpřesným Fluke multimetrem v práci, aby to měřilo přesně (ze zkušenosti je to lepší než spoléhat na hodnotu 0,0005 ohmového odporu, kterou změníte už jenom tím, že ho připájíte ). Ale je to ještě tak na 1-2 měsíce, nemám teď moc čas kvůli problémům s olověnými akumulátory.

p.s. ještě se prodávají hotová odporová čidla ATTOPILOT s čipem Texas Instruments, ve verzích 45,90 a 180A. Ale ta mají jednak poměrně vysoký průchozí odpor a dál mají nezanedbatelný vstupní offset, takže 45A neměří myslím pod 200 až 250mA a všechny měřené hodnoty v celém rozsahu jsou o tuto hodnotu posunuty (ale v datasheetu o tom taktně pomlčeli, není tam ani zmínka), u vyšších proudových verzí je to x-násobně vyšší offset.

[? solárník]

No ještě dodám, že kromě těch vyvíjených čidel je asi podle spousty měření, co jsem dělal, nejpřesnější a nejstabilnější jednosměrná verze POLOLU 0-30A. Jen musíte dát pozor, aby byla destička spoje natočená kolmo k potenciálním zdrojům rušení. Tak to chytá nejmenší šum z okolí. Pravda, pro vyšší proudy (nad 30A pro úpravu rozsahu) je nutné dát paralelně nějaký malý odpor řádu 0,001 Ohmu a radši to zkalibrovat. Ale je to z dostupných čidel asi nejpřesnější, co jsem viděl. Jen mi při přesné kalibraci vždy vycházela u všech Pololu 0-30A čidel hodnota proudu na jeden dílek okolo 0,0377576 A / AD dílek při 5V. Což se lehce liší od údaje v datasheetu (133mV/A je asi 0,0367129A/ AD dílek). Měřeno při 18°C.

[? střídač]

Měření proudu.

Vyzkoušel jsem čidla s magnetickou vazbou (Hall) s nedobrými výsledky. Skoro se mi chce říct, že DC proud nepoužitelné.
Indukční čidla vykazují několik nectností, převážně spojené s cenou.

Nejreálnější pro naše podmínky je měření proudu bočníkem.
No a nastává potíž. Onen LTC6102 je sice prima obvod, leč opět s nectnostmi. Cena a rozměry "nožiček" 0,65mm pro naše podmínky obtížně pájitelné.

Nakonec jsem skončil přechodem přes řadu INA138-200 u laciného a plně vyhovujícího katalogové zapojení LF356.
Má nesporné výhody: cena 10,-Kč za kus, nastavení driftu a provedení jak DIP tak SMD s 1,27mm roztečí "nožek". Přidáním jednoho tranzistoru za 2,-Kč a několika odporů v ceně 15,-Kč, tedy celkem i s DPS za 50,-Kč pro naše účely vcelku obstojné čidlo s rozsahem od Ampéru do "libovolné" hodnoty proudu. Pokud se drift nastaví kousek za "nulu" dostaneme dokonce vždy nulu proudu. No, skoro jako v telenovele.

[? střídač]

z něj pak počítám průměr

Ze špatných měření sebelepším zpracováním nedosáhneme přesnějšího výsledku.

[? solárník]

Co se týše šumu vlastního převodníku, mám zajímavý postřeh.

Vždycky jsem používal z malých Arduin přímo verzi Ethernet se zabudovanou sítí místo USB. Ta má Atmel 328 v malém čtvercovém SMT pouzdru. Mělo to tak velký šum, že když například měřené napětí klesalo pozvolně, tak to vždy dělalo na minutových průměrech spojitou pozvolně klesající křivku.

Teď jsem nedávno zkusil tam místo toho (došly mi verze Ethernet a měl jsem jen Duemillanove) Arduino Duemillanove s externím Ethernet Shieldem. Má to velký DIL Atmel. (Od pohledu asi tak 4x větší pouzdro než má Arduino Ethernet) a docela jsem se divil. Šum byl tak malý, že při stejné aplikaci - pozvolně se zmenšujícím napětí, i přes to, že jsem to opět průměroval po minutě, byla křivka absolutně nespojitá a byly tam jasně zřetelně velké schody, jak AD převodník skákal po jedničce dolů.

Ten rozdíl je tak brutální, že mne to docela šokovalo, jak se od sebe mohou lišit jednotlivé verze jednoho a toho samého Atmelu.

[? antilop]

solárník: Arduino žádné ochrany vstupů nemá, nemá ani pořádnou filtraci napájení převodníku (lépe řečeno není tam žádná). Je to super low cost řešení a zapojení.

A nemá náhodou arduino aref pin? Tj. externí vstup na referenci do AD převodníku, kam se může přivést zvenku vyrobené jakkoli přesné moje referenční napětí? V rozumných mezích to napětí myšleno, ale každopádně stabilnější. To že se jako reference pro převod používá zrovna napájecích 5V (+/- autobus podle teploty stabilizátoru) jde přeci jedním povelem v programu přepnout.

[mypower.cz]

Mel bych dotaz. Co se chce vlastne dosahnout tim ze chceme dosahnout presne mereni? Co je vlastne presne? Podle ceho? Je presne mereni to, ze vyfiltrujeme šumy a rušení, ktere v systemu proste jsou a predhodime mericimu zarizeni tak vyfiltrovany signal jak se nam libi? Podle ceho vlastne pak kalibrujete takove mereni, podle multimetru, nebo nejakym laboratornim kalibrovanym zarizenim? A kalibrujete s tim co se deje v systemu, nebo s tim co se deje az za filtrem? Priznavam, ze na dobrem osciloskopu jsem deni v treba ve svem systemu nevidel, nemam na dobry osciloskop penize, takze nevim co je šum prevodniku a co šum systemu, ale obcasna kontrola podle multimetru proste u me treba sedi. Ze se hodnoty hybou, no ale to je normalni, ten system neni zastaveny, ale je zivy, jsou na neho pripojeny spotrebice, jejichz spotreba se meni a to nekdy velmi rychle, napriklad u audia pripojeneho na DC rozvody. Ja tedy po svych vlastnich testech a overovanich zvolil metodu takovou jaka je popsana na wiki v micrologu v sekci sampler, samozrejme jaky signal se micrologu (myslim jako softwaru, ten je zavisly na tom co mu da arduino) predhodi, jak vyfiltrovany tak aby se tomu kdo mereni provadi libil, nebo tak aby byl presny, nebo tak aby to bylo skutecne to co se deje v systemu bez filtrace, tak to uz je na kazdem.

[? solárník]

antilop - ano, co se ale stane, když přivedeme stabilní referenci, když napájení převodníku kolísá? Toť otázka. Obzvlášť v okolí 5V, kdy se může lehce stát (a pravděpodobně i velmi často), že Aref pak bude chvilkově i vyšší než Vcc převodníku. To určitě neskousne vzhledem k přesnosti měření to začne měřit více či méně blbě.
Při použití proudových čidel s napájením se do toho ještě zamotá napájení těchto čidel, které by mělo být shodné s referencí (protože Hally to opravdu berou vnitřně jako referenci).

Mám za to, že nejjistější metoda je dát do napájení převodníku filtr podle specifikace Atmelu z datasheetu (AD část má extra napájecí pin, v Arduinu však dřevorubecky přímo spojený se zbytkem procesoru), nebo přímo oddělit ADC napájení z přesného stabilizátoru a nechat Vref na Vcc. Vynikající na to je například LT1461.

mypower - pokud nám jde o proteklé Wh nebo Ah, pak je úplně jedno, jestli je tam, nebo není filtr. Ovšem dokud rychlost fluktuací nepřestoupí polovinu vzorkovací frekvence (rychlost/frekvence smyčky Arduina). Toto popisuje tzv. Nyquistův teorém. Pokud ano (což je bez filtrace téměř jisté, jak MPPT, tak střídače pulzují v řádu kilohertz, někdy i desítek, moderní DC-DC obvody už dosahují i stovek kHz), bude to měřit blbě už z principu. Pak je vyloženě nutné zařadit low pass filtr, který beze ztrát přechodné jevy naintegruje a výsledek bude nejen stabilnější hodnota, ale ještě k tomu i v průměru správná, protože integrační filtry nemívají ztráty.

[? solárník]

Ještě k té filtraci - Dobrý příklad jsou například elektronické elektroměry - předpisy EU přímo nařizují použití integračního filtru, který v určitém smyslu simuluje setrvačnost původního kotoučku na starých mechanických elektroměrech. A přitom garantují vysokou přesnost - což je důkaz, že použitím filtru nejen přístroj měří přesně, ale ještě k tomu zvládá přesně i vysoké frekvence přechodových dějů, které se v síti běžně vyskytují.

[vata]

Zdravím, taky si myslím, že to není třeba s tou přesností nějak přehánět. V mé aplikaci jde o to, dosáhnout takové přesnosti, abych byla schopná počítat použitelné SOC baterie. SOC se mi resetuje vždy při plném nabití nebo vybití, takže třeba teďka v tomhle pološeru je zcela jisté, SOC ujíždí vlivem nepřesností v měření, protože plně nabito nebylo už hezkých pár dnů. Ujíždí zaručeně směrem dolů (mírně přeměřuju), čili žádná tragédie a především ujíždí velmi pomalu, tipuju tak 0,5% denně.
Čili mi vůbec nejde o to, dosáhnout nějaké laboratorní přesnosti, ale určitě potřebuju mít signál vyhlazený pro logger.

[? solárník]

Rozumím. Mě šlo o to ukázat, že pokud například máme střídač, který odebírá velké pulzy o frekvenci třeba 50kHz a my mu měříme odběr Arduinem s rychlostí smyčky třeba 1kHz (nebo 10kHz, to je už celkem jedno) tak chyba měření bez filtru na vstupu Arduina může být klidně i 50%. nebo 20%. Nebo cokoli Protože to bude měřit nepředvídatelně blbě.

[? rob.brno]

No i to Arduino, tedy mcu Atmel má na vstupech ochranné shottkyho diody chránící před přepětím. Aby ochrana fungovala musí se předřadit seriový odpor, takové velikosti, aby při možném přepětí proud na pinu nepřekročil max. proud pinu (tuším kolem 40mA).

Jinak jsem narazil na podobný obvod MAX4173 a zadarmo objednal dva vzorky na
http://www.maximintegrated.com/datashee ... /1971/t/or
které zatím nedošly

Problém ale pořád zůstává s pájením tohoto SMD pouzdra.

Nepřesnosti s posunem nuly u Hall-čidel by se dal možná řešit čidly, která neměří proud v obou směrech, ale mají nulu proudu na nule napětí(ne uprostřed rozsahu)

[? solárník]

U AMPLOCu je to vyloženě způsobené zmagnetováním toho kruhového jádra (hystereze). Velký proudový impulz zmagnetuje to jádro a je to v pytli, nula se posune jinam.

Hallovo čidlo zcela jednosměrné jsem zatím neviděl, i Pololu0-30A měří na obě strany a nulu má na cca 100 AD dílkách převodníku.

S tou ochranou AD vstupů - pokud tam jsou ty Schottkyny, jak píšete, pak je to jen dobře. Ovšem bohužel naprostá většina amatérských "laborantů" stejně nedává na vstup ani kondenzátor, natož pak nějaký odpor. Navíc nemůžete ten odpor zvyšovat nad nějakou mez, protože pak se dostanete do problémů se vstupní kapacitou převodníku a začnou zdánlivě nevysvětlitelné odchylky měření - při přepínání multiplexeru (=přepínače mezi AD vstupy) budete muset nechávat časovou prodlevu, aby se vám interní kondenzátor AD převodníku (na kterém ADC měří to napětí) opravdu nabil na hodnotu napětí na vstupu za tím vaším odporem, což rapidně sníží frekvenci vzorkování. Už teď s tím mají zdroje (čidla) o impedanci vyšší než 10kOhm nezanedbatelné problémy (bez jakéhokoli odporu).

Například následující pokus:
Mějme čidlo proudu s výstupní impedancí 20kOhm (stejné, jako bychom tam dali odpor), připojené na AD vstup 0. Provedeme trvalé vzorkování. Několik prvních hodnot bude blbě a pak se to ustálí a bude to měřit dobře (pokud se nebude hodnota měnit příliš rychle).

Pokus číslo dvě - vstup AD1 připojte na zem a proveďte stejné měření ale s tím rozdílem, že vzorkujete vstup AD0 na střídačku se vstupem AD1. Zjistíte, že hodnoty, naměřené na AD0 jsou úplně blbě a to podstatně nižší.

Proč? Protože se MUC CAP (interní kondenzátor ADC) nestačil po vybití na 0 po připojení na AD1 nabít na hodnotu napětí na AD0.