Veilig externe analoge sensoren inlezen

High met Henk

Special Member

Ik ben bezig met mijn dashboard/zekeringkast projectje voor mijn auto.

Daar zitten een aantal druk en temperatuur sensoren op.
ik wil dar gezien de omgeving beveiligen tegen:

  1. draadbreuk
  2. 12V op de max 5V ingang
  3. Kortsluiting naar GND

Ik had het briljante plan om 3 weerstanden te nemen en zoiets te bouwen:

code:


+5 V sensor supply
|
Diode
|
Sensor 10 K
|
+----1K-----+-------+---------OUT
|           |       |
1K2       Z 4V7    10 N
|           |       |
GND       GND      GND

Ditlijkt mij wel te werken, nadeel is dat e.e.a. uiteraard niet lineair meer is.
Er zijn vast beter manieren te bedenken...

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).
Sine

Moderator

Hoezo is het niet lineair meer? Omdat je in het bereik van de zener komt?

Hoe zou je het zonder beveiliging inlezen?

Angaben sind wie immer ohne Gewähr.
High met Henk

Special Member

de zener en C zijn het probleem niet.
De diode bovenin is het probleem.

erachter komt een R2R opamp als voltage follower, maar die krijgt een asym voeding van 5V

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).
Sine

Moderator

Die diode heeft een vaste drop van bijna 0.6V, beetje afhankelijk van temperatuur en stroom.

Maar daar wordt het niet minder lineair van, als je dat (makkelijk) wilt weg compenseren maak je van de voeding 5.6V, maar dat is niet eens nodig.

Angaben sind wie immer ohne Gewähr.
High met Henk

Special Member

ik snap wat je bedoelt, maar desalniettemin, moet ik toch niet de enige zijn met dit probleem.

Als de sensor richting lagere waarden gaat heb ik nauwelijks nog variatie van spanning op de uitgang. Ik zou met die 1K2 kunnen spelen om e.e.a. beter te maken in een gewenst gebied..

Of zou het wellicht nog helpen om met een opamp e.e.a. recht te kunnen trekken (hoe maak je een niet lineaire DC versterker met een op-amp?)

heb maar een 10 bit ADC van de Atmel, dus kan grofweg 5 mV variatie meten
das grofweg 100 ohm verschil in de onderste regionen...

simulatie: http://tinyurl.com/y3yd8gxg

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).

Ik begrijp niet wat dat schema zou moeten doen.
Als je een 5v sensor supply hebt, waar zou dan die 12v vandaan moeten komen?

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - www.arcovox.com
Sine

Moderator

Daarom vroeg ik hoe je het anders zou doen?

Je kunt het geheel ook lineair maken door de sensor in de massa te zetten en in plaats van een weerstand in de 5V een stroombronnetje te gebruiken.

Angaben sind wie immer ohne Gewähr.
High met Henk

Special Member

het is een auto:
Er zitten sensoren op de motor
hele chassis is GND, zooitje trilt, beweegt, wordt warm wordt koud, gaat eens keer olie overheen, keer brandstof etc. etc.

kans op kabelboomschade is best wel groot en ik wil geen schade aan mijn elektronica daardoor... daar kan de 12V dus vandaan komen.

een stroombronnetje.... Hmm daar had ik nog niet aan gedacht! moet ik wel weer tegen die 12V beschermen.
heb je een suggestie? let op ik ben de polyfuse om de 5V aan GND te leggen vergeten. Die zit wel in echte schema...

sensor in massa maakt kabelsluiting naar GND onmogelijk..

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).

Je kunt toch een tvs over die 5v zetten? Die blaast de zekering er wel uit in noodgevallen...

Ik vind het trouwens wel wat overdreven. Ik heb nog nooit een sluiting of doorgeschuurde draad gehad.
Als je zelf installeert moet je dat natuurlijk wel fatsoenlijk doen zodat sluitingen e.d. niet voor kunnen komen.

Bijna altijd is het een zaak van gammele constructie: geen harnas om de draden, doorvoer door plaat slecht afgewerkt,...

[Bericht gewijzigd door Arco op 8 augustus 2019 23:09:09 (17%)]

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - www.arcovox.com

code:


          +5 V sensor supply
          |
       +--+
       |  |
Diode / \ Sensor 10 K
       |  |
       +--+----1K-----+-------+---------OUT
          |           |       |
          1K2       Z 4V7    10 N
          |           |       |
          GND       GND      GND

Kan dit niet?
In de 'foutfase' geleidt de diode en kan nooit meer stroom lopen dan ca 24mA.
Over de sensor staat omgekeerd een spanning van ca 0,6V. Daar zal hij toch wel tegen kunnen?

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl
High met Henk

Special Member

Deze auto is vorige keer afgebrand, na 3x aangereden te zijn waarbij kabelboom klem is komen te zitten..

dus overdreven mag jij vinden, praktijk blijkt weerbarstiger te zijn.
En is niet het eerste voertuig waar ik kabelboomschade aan het herstellen ben... gebeurt toch regelmatig..

een TVS zou idd kunnen ja.
Maar dan heb ik alleen die 5V lijn tegen overspanning beveiligd.
http://www.learningaboutelectronics.com/images/Current-source-circuit.png
Als ik dit schema zou gebruiken, blaas ik met 12V toch de FET nog op. Zie niet hoe ik die hier beveilig...

En geen idee waar ik dan moet meten eigenlijk

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).

Deze auto is vorige keer afgebrand, na 3x aangereden te zijn waarbij kabelboom klem is komen te zitten..

Is de kabelboom origineel en zit die ook op de originele plaats? Meestal wordt een kabelboom zodanig geplaatst dat de kans op sluiting door schade erg klein is. Ook zouden de gewone zekeringen het uitfikken van een kabelboom t.g.v. sluiten moeten voorkomen.

Om schade aan elektronica te voorkomen gebruikte men vroeger van die mooie in een blokje gegoten galvanisch gescheiden instrumentatie versterkers. Analog devices had een heel scala van deze dingen waarmee van de ene elektrische grootheid naar de andere gegaan werd. Bijvoorbeeld een thermocouple signaal naar een 4 tot 20 mA signaal. In die blokjes begon men met een thermocouple versterker met koude las compensatie gevold door een spanning naar frequentie omzetter daarna een trafo en daarna weer een versterker en frequentie naar stroom omzetter die dan de 4 -> 20 mA produceerde. In de process industrie een gebruikelijke opzet. Die versterker blokjes waren echt een wondertje van techniek. Zelfs de thermocouple kromme werd in die blokjes met uitsluitend analoge techniek netjes rechtgebreid. Deze dingen kostte trouwens wel een paar centen.

Edit: De bewuste blauwe blokjes bestaan nog:

https://www.artisantg.com/itemimages/Analog_Devices_5B39_01_View1_2017523111740.jpg

Maar jij wilt een arduino in jou auto plaatsen? Dat zou toch gewoon met een paar snubbers, zeners en VDR's gewoon moeten kunnen?

Een ecu kunnen ze ook heel degelijk maken. Fred101 weet er volgens mij alles van. Die repareert ze geloof ik af en toe. En ik begrijp dat die dingen eigenlijk zelden defect raken.

Wat voor auto wil je het eigenlijk in bouwen?

Gebruikelijker is om temperatuur sensors aan 1 kant aan de massa te leggen en een weerstand naar de 5v. Wat ik tegen kom aan waardes tussen 5k en 15k OHM. Dan een serie weerstand daar achter een 5v1 zener. In de praktijk kom ik die zener niet meer tegen.
Sensors die een eigen 5v nodig hebben komt of van een stroombron of een eigen 5v regelaar die aan alle kanten beveiligd is. Bijvoorbeeld bosch heeft de 30343 met 3 voudige regelaar en wake on can.

Automotive engineer - www.easy-tech.nl

Het voordeel van de sensor aan de ground zetten, is dat je die serieweerstand niet meer nodig hebt om je voeding te beschermen, mits het verbruik daar altijd groter is dan de stroom die door de serieweerstand van 5V voeding in zou lopen vanaf de 12V.

Vergeet niet dat een 4v7 zenerdiode al ruim voor die spanning begint te lekken, en daarmee aan je analoge signaal begint te trekken. Je kunt die zenerspanning iets hoger kiezen, als je nog een extra weerstand opneemt voor de analoge ingang, zodat de stroom door de clamping diodes beperkt blijft.

Waar is die opamp eigenlijk goed voor? Vanuit dit circuit kun je prima direct een analoge ingang in.

@Ex-fietser: er valt niets recht te trekken aan een thermocouple, die zijn juist extreem lineair van zichzelf (41uV/K voor K-type).

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
High met Henk

Special Member

@ex-fietser:
De kabelboom WAS origineel. Overigens bij alle auto's waar ik ze vervangen heb. Bij mijn scorpio verhard hij en breekt isolatie eraf. Bij renaults is er periode geweest dat de kabels onder spanning stonden bij hard optrekken.

Bij de land rover waar dit over gaat zat de kabelboom met kunstof clips op bellhouse en die waren afgebroken vermoed ik, kabelboom komt dan tussen schutbord en motor met brand als gevolg. Defenders branden helaas vaker af als gevolg van Lucas bekabeling.

Omdat ik nu alles gewoon optimaal wil beveiligen, komt er een pcb zekeringkast in vol met (geschat 30) relais en ca 50 blade fuses en daarop 2x een at90can. Niet helemaal een arduino dus. Ook het custom made kachel (hvac) heeft een eigen controler, net als de besturing van de rest van de auto (vergrendeling, ramen, verlichting, starten, stoppen, sensoren op motor) elke externe verlichting heeft stroombewaking.

Als sturing naar dash en infotainment gebruik ik een lattepanda, draait w10 en daar komt realdash op. Op een 2e scherm draait de navigatie, multimedia, camera's etc, etc.

Ofwel iets meer als arduino. Als schema af is zal ik hier ter review laten zien. Ding is ook zo opgebouwd dat je vitale functies OOK buiten cpu kan doen. Je kunt het dus steeds uitbreiden.

@paul welther:
Met de sensor aan gnd kun je geen short to gnd detecteren (vraag is of dat erg is, gnd is gnd) maar wat als er 12 v op die gnd komt te staan??

Van dat bosch ic kan ik geen datashert vinden :(

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).
High met Henk

Special Member

@ sparky: op amp is een buffer voor de fet analoge mux die erachter hangt. Niets meer, niets minder.

De serie weerstand is idd toch nodig, anders werkt de zener niet. En alleen een tvs wordt een probleem met een startstroom van paar 100 A...
Moet ergens die stroom begrenzen

Voor de tc heb ik aparte chippies

En idd wellicht is een 5v1 zener beter, maar das kwestie van waarde wisselen.

[Bericht gewijzigd door High met Henk op 9 augustus 2019 09:06:04 (17%)]

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).
Sine

Moderator

Short to ground kom je snel genoeg achter als de sensor het niet meer doet. Voor de meeste sensoren zal 0V ook al geen normale toestand zijn, dus dat kun je prima detecteren.

12V op de ingang kun je ook makkelijk vangen, gewoon een diode er tussen.

Angaben sind wie immer ohne Gewähr.

Met een stroombron merk je niets van die weerstand, maar voor een NTC vind ik een stroombron helemaal geen goed idee; de weerstand van een NTC is niet lineair met de temperatuur, en juist met een spanningsdeler heb je een redelijke resolutie over een groot bereik. Als je een PT100/PT1000 gebruikt is het natuurlijk wat anders; die sensors zijn van zichzelf nagenoeg lineair, en dan is een stroombron wel een goed idee.

Met een 1k2 weerstand en een 10k NTC is bruikbare meetbereik bijna symmetrisch rondom de 75C (daar ongeveer 8 ADC counts per graad), en bij 30C en 120C heb je nog 4 ADC counts per graad.

Heb je zoveel analoge ingangen dan je moet gaan multiplexen? Is het dan niet eenvoudiger om een microcontroller met meer analoge ingangen te gebruiken? Een paar bitjes meer in de ADC is ook wel handig. Wellicht dat je die AT90CAN wilt gebruiken omdat het simpel is, maar een STM32F4 of zo maakt de hardware simpel, als je de moeite wilt nemen te leren hoe die in elkaar steekt. Dat is een modernere controller, die veel meer kan maar daardoor ook veel ingewikkelder is dan een 8-bit AVR.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Wat ik mij afvraag is, loont het wel de moeite als je ziet wat die componenten/modules maar kosten, een paar 100mA zekeringen en een paar zeners zullen dat prima doen.

LDmicro user.
High met Henk

Special Member

mooi circuits Sine!
nadeel is de extra FET, die meteen kwetsbaar is en het feit dat ik de buffer nog nodig heb, dus ook extra opamp.

met kleine wijziging ziet het er zo uit:
http://tinyurl.com/yy4n7kfj

ben alleen nog niet zo content over de resolutie over et hele gebied...

probleem is ik heb 2 draads sensoren (Weerstanden)
en 3 draads sensoren (5V, GND en signaal) door de diode weg te laten kan ik dit ondervangen... maar zou dus soort van lineair willen hebben of iig een fatsoenlijke resolutie over groot deel van bereik bij weerstand elementen.

@ sparky: elk lampje (totaal dus 32 lampjes) hebben eigen stroommeting)
Dan zijn er ook nog een kleine 15 andere metingen. Buitenlicht, regen, olie temp, druk, koelwater temp druk, inlaatlucht temp druk, uitlaat drukken op paar plekken (temp gaat via TC's) en nog paar metingen....
ofwel heb al heel snel veel analoge ingangen..

@mgp: snap wat je bedoeld, maar wil niet mijn hele MUX plat leggen of een voeding eruit laten branden.Zeners komen er sowieso in, maa rhoe meet ik zo lineair mogelijk een weerstand is nu eigenlijk de vraag met inbegrip van de eisen..

[Bericht gewijzigd door High met Henk op 9 augustus 2019 11:16:58 (12%)]

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).

Met 100mA zekeringen kan er niet veel verbranden, je ziet het veel te zwart in ;)

Een goede in- of opbouw en gebruikte bedrading is veel belangrijker als je schrik hebt van brand of uitbranden want ook met alle beveiligingen heb je evenveel kans op accidenten, al zijn die volgens mij uiterst zeldzaam.

LDmicro user.
High met Henk

Special Member

geld nog steeds de vraag: hoe lees ik een weerstand zo goed mogelijk in? In heb PTC, NTC, LDR en druksensoren (de laatste zijn 3 draads)

Eigenlijk zou ik zoiets willen hebben als een PR converter, welke je gewoon in kan stellen. Weerstand of spanning ingang en dan spanning uit. En dan evt instellen met jumpers.
Wil "gewoon" een universeel ingangscircuit voor al deze oplossingen...

ik had eigenlijk wel verwacht dat iemand hier een kant en klaar circuitje voor had liggen ;)

[Bericht gewijzigd door High met Henk op 9 augustus 2019 11:32:31 (23%)]

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).
Sine

Moderator

Voor 1 type sensor, wellicht.

Maar je hebt een hele berg aan verschillende dingen met verschillende niveau's spanningen weerstanden ...

Hoe maken de open ECU projectjes hun ingangen? Kun je daar wellicht wat jatten lenen.

Angaben sind wie immer ohne Gewähr.

Een alles in één is weer een ander paar mouwen en autosensoren liggen meestal met 1 zijde aan de massa.

Alles apart omzetten naar (LF) frequentie en pulsen tellen, kan met een lm331 en wordt ook veel gebruikt, dus elke sensor een printje en dan kun je grotere weerstanden gebruiken zodat er niks kapot gaat als er iets misgaat.

LDmicro user.