Prosty woltomierz na ESP32

[ethanak]

Postanowiłem zrobić sobie coś w rodzaju multimetru. Nie ma on zastąpić normalnego miernika, ale raczej być jego uzupełnieniem służącym przede wszystkim do szybkiego i zgrubnego oceniania mierzonej wartości oraz przekazania mi wyników owej oceny w postaci mowy. Bawiłem się już podobnym urządzeniem (Arduno jako miernik i ESP8266 jako syntezator mowy), działa nawet ładnie, przydaje się niesamowicie szczególnie, gdy mam jakiś rezystor i chciałbym wiedzieć co to jest (mój sokoli wzrok pozwala mi na odróżnienie  rezystora od biurka, a w warunkach dobrego oświetlenia mogę nawet dojrzeć, że ma chyba jakieś paski). Niestety, ma dwie wady: zasilanie z zewnętrznego zasilania 5V i kompletnie nieudana próba zrobienia woltomierza.
Jako że w analogowej elektronice czuję się raczej średnio, zacząłem szukać w sieci. Znalazłem kilkanaście różnych schematów, od najprostszych (czyli podłączenie bezpośrednio do pinu ADC) do jakichś porąbanych na kilku wielce wymyślnych scalakach - niestety wszystkie miały jedną wadę: pomiar wyłącznie napięcia dodatniego. Dlatego spróbowałem naszkicować coś, co tanim kosztem pozwoli mi na stwierdzenie, czy w danym miejscu jest +3.3V czy może -5V.
Nie chcę tu zaciemniać obrazu resztą urządzenia, chodzi mi tylko o sprawdzenie, czy to co wymyśliłem - czyli obwód woltomierza - ma szanse zadziałać, a jeśli nie to dlaczego. Opamp jest taki a nie inny ponieważ zalega mi w szufladzie, rezystory dobrane raczej "na pałę", połówka urządzenia zmontowana na stykówce (tzn. bez źródła napięcia, zamiast niego po prostu dwa rezystory po kiloomie) wydaje się działać.

Uprzedzam pytanie: przekaźnik do zmiany zakresu muszę dopiero kupić, prawdopodobnie będzie to dwucewkowy bistabilny (np. taki), w ostateczności nawet zwykły ręczny przełącznik. Zasilanie scalaka z 3.3V z pinu DevKita ESP32 (całość zasilania z jakiegoś LiPo przez przetwornicę na 5V).

Ma to jakiś sens czy powinienem się lepiej zająć programowaniem?

[marek1707]

Podstawowe pytanie: czy układ w którym mierzysz napięcie ma wspólną masę lub w jakiś inny sposób jest galwanicznie sprzęgnięty z miernikiem? Np. jeśli oba urządzenia są napędzane z USB, to tak. Jeśli jedno z zasilacza warsztatowego/laboratoryjnego z kablem 3-przewodowym a drugie z kompa to też tak. Jeśli miernik będzie zasilany wyłącznie z własnej baterii (jak typowy multimetr), to nie.

No i wytłumacz jeszcze co chciałeś zrobić. Nie jak działa schemat - to widzę, tylko co chiałeś osiągnąć. Bo wiesz, woltomierz ma np. mieć dużą rezystancję wejściową. Dużą, tj. liczoną w MΩ albo chociaż setkach kΩ na wolt. Używając wzmacniaczy operacyjnych zrobisz to bez problemu, a tu tak nie jest. Jaki miał być zakres wejściowy, jaki zakres ADC, z czego zasilacz wzmacniacze itp. 

W obecnym układzie użycie żadnego ze wzmacniaczy nie jest konieczne i de facto niczego nie poprawia. Lewy dzielniknapiecia ustalający poziom "zera" niejest obciążony jakimkowiek prądem płynącym przez opornik R1 i przez cąłe oczko pomiaru napięcia a z kolei wejąścia przetworników ADC mają zwykle wielkie impedancje więc drugi wtórnik też nie jest porzebny (chyba, że ESP ma na wejściu jakieś dzielniki rezystorowe). Działnie tego sprowadza się zatem do przyłożenia zmniejszonego, zewnętrznego (koniecznie "pływającego" względem naszej masy) napięcia między lewy dzielnik a wejście ADC. Ale: a) konieczny jest warunek separacji mas, b) impedancja wejściowa takiego woltomierza jest marna, c) przełączanie zakresów wymaga przekaźnika z "pływającym" stykiem. Może da się wymyślić coś lepszego?

[ethanak]

10 godzin temu, marek1707 napisał:

Podstawowe pytanie: czy układ w którym mierzysz napięcie ma wspólną masę lub w jakiś inny sposób jest galwanicznie sprzęgnięty z miernikiem? 

Nie, w żadnym przypadku. Jeśli trzeba będzie sprzęgnąć to z komputerem (chociaż nie bardzo mam pomysł po co) do tego mam WiFi i BT. Zasilanie - jak wspominałem - własne z akumulatora, a port USB z płytki nawet nie będzie wyprowadzony na zewnątrz (ot tak, żeby nie kusiło). Również ładowarkę chcę połączyć tak, aby nie było możliwe jednoczesne ładowanie akumulatora i praca urządzenia.

I teraz dalej:

Co do impedancji wejściowej tego ustrojstwa - przy tych wartościach rezystorów mam ok. 20kΩ/V, a jak wspominałem rezystory było po prostu wyjęte z szuflady. Mój pierwszy miernik (stary dobry C-20) miał ok 10kΩ/V, a o ile pamiętam Lavo-2 też miał chyba 20. Ze względu na zastosowanie wyższa impedancja wejściowa nie jest priorytetem, chociaż mam zamiar doświadczalnie ustalić wartość R1 (a tym samym reszty dzielnika). Ale jeśli mi podpowiesz jak to zrobić lepiej... będę wdzięczny. Coś mi tam co prawda w głowie świta, ale wolałbym zająć się tym na czym się znam (np. sprzężeniem urządzenia ze speech-dispatcherem po WiFi i użyciem wbudowanego Klatta tylko jako fallback).

Wtórnik napięciowy teoretycznie nie jest konieczny - tyle że ESP zdaje się nie lubi zbyt wysokiej impedancji źródła (w angielskojęzycznej dokumentacji niewiele na ten temat jest, chińskiego niestety nie znam). Przy tym nie bardzo wiadomo, co to jest ten tajemniczy "attenuator" (czyżby dzielnik?) o którym mówi się w dokumentacji[1]. A w przypadku woltomierza ustawiam go na 11dB (czyli pomiar do 3.3V). Poza tym służyć ma jako swoisty bezpiecznik; w przypadku podania zbyt wysokiego napięcia na wejście albo nic się nie stanie (bo przecież napięcie na wyjściu wzmacniacza nie wyjdzie poza widełki 0..Vcc), albo sfajczy mi się scalak za 40 groszy (których mam kilka w zapasie i wymiana to kwestia sekund) a nie ESP za 40PLN (który trzeba zamówić i czekać aż przyjdzie).

To samo dotyczy dzielnika podającego "zero". Ponieważ połówka układu i tak nie jest wykorzystana - mam tu zero kosztów. A jeśli się znajdzie jakieś zastosowanie - bez problemu mogę zastosować przecież zwykły dzielnik napięcia na dwóch rezystorach.

I jeszcze odpowiadam na pytania:

Zasilanie wzmacniacza z 3.3V z wbudowanego w DevKita stabilizatora. Tu mam w miarę stabilne zasilanie, co prawda chcę użyć przetwornicy z LiPo na 5V (przydatne do pracy audio i przekaźników), ale tak chyba będzie lepiej (chyba że się mylę).

Zakresy - powiedzmy jakieś 7V (żeby wyregulować przetwornice 5V i 6V) i jakieś 20V (więcej niż 16V raczej nie mam skąd wziąć, a poza tym obok leży zwykły multimetr). Precyzja - 2.5 cyfry.

Zakres ADC - nie chcę za bardzo wychodzić poza liniowy obszar pracy przetwornika ESP32 przełączonego na 11 dB. Mam nadzieję, że ten LM potrafi dać na wyjściu coś od 0.5V do 2.8V przy tym zasilaniu... w razie czego rozwiążę to programowo (9 bitów z dwunastu raczej mi się uda osiągnąć, a tyle mi wystarczy).

Aha: i na 100% da się zrobić lepiej, pytanie tylko czy nie kosztem zbytniej komplikacji układu w celu uzyskania możliwości, których nigdy nie wykorzystam?

A przy okazji przyznam się: w pierwszym "mierniku" próbowałem zrobić coś podobnego na Arduino (bez jakichkolwiek wzmacniaczy). Teoretycznie powinno działać - w praktyce nie osiągnąłem nawet zadowalającej powtarzalności pomiarów.

W każdym razie całość jest w stadium pomysłu, jeśli możesz mnie nakierować na coś lepszego to byłoby fajnie 🙂

---

[1] dlatego nie mam na razie wartości R4 - nie mam danych aby to policzyć.

[farmaceuta]

Nie będę zakładał nowego wątku, więc mam nadzieję że Pan @ethanak się nie obrazi że mu śmiece...😜 

Wie ktoś jak wygląda sprawa pomiaru na Adc w esp32? Chodzi mi o zakres, bo z tego co wyczytałem to adc nie jest liniowe...interesuje mnie zwlaszcza napięcie od 0 w górę.. coś z zakresu 0-200mV? 

Chciałbym mierzyć napięcie na boczniku, więc według wzoru 3.3v/4096 = ~0.0008V co by mi w zupełności wystarczyło, tylko że nie wiem czy esp mi to tak ładnie zmierzy bez jakiegoś wzmacniacza...😉

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[ethanak]

@farmaceuta krótko: nie zmierzy. Nawet na najniższym zakresie pomiary blisko zera i Umax są bardzo mocno zniekształcone lub po prostu dają 0 lub max dla wartości bliskich granicznym.

Użyj jakiegoś taniego modułu na INA 219, tylko nievwiem do czego to chcesz zastosować - INA mierzy prąd na plusie zasilania, masa jest wspólna dla wejścia i wyjścia. Zakres to ok 3A, ale można podmienić rezystor np. na 0.05R.

Wypróbowane z ESP8266 (taki zasilaczyk na aku Parkside, trzy moduły).

[farmaceuta]

1 godzinę temu, ethanak napisał:

@farmaceuta krótko: nie zmierzy. Nawet na najniższym zakresie pomiary blisko zera i Umax są bardzo mocno zniekształcone lub po prostu dają 0 lub max dla wartości bliskich granicznym.

No coś takiego wyczytałem, ale chciałem się upewnić.. 

 

1 godzinę temu, ethanak napisał:

@farmaceuta

Użyj jakiegoś taniego modułu na INA 219

A NE5534 (32?) nada się? Mam akurat 10 sztuk bo kiedyś kupiłem jak robić mialem zamiar przedwzmacniacz audio...

 

1 godzinę temu, ethanak napisał:

@farmaceuta Zakres to ok 3A, ale można podmienić rezystor np. na 0.05R.

Mało...mi pasować będzie z ~20A (z aku 12v)

[farmaceuta]

1 godzinę temu, ethanak napisał:

@farmaceutaNawet na najniższym zakresie 

Chodzi o te zakresy?? 

ADC_ATTEN_DB_0- 100 mV ~ 950 mV

ADC_ATTEN_DB_2_5- 100 mV ~ 1250 mV

ADC_ATTEN_DB_6- 150 mV ~ 1750 mV

ADC_ATTEN_DB_11- 150 mV ~ 2450 mV 

o co tu chodzi? Domyślam się że o dokładność, ale dalej mogę mierzyć w pełnym zakresie  0-3.3v tak?

Edit... nie było pytania🙃

Edytowano Sierpień 24, 2022 przez farmaceuta

[ethanak]

Dodaj bocznik do INA (0.01R) to będziesz mial zakres 30A.

I nie, nie wiem czy ten scalak się nada, wiem że INA jest zaprojektowany do tego celu.

Co do zakresów sam widzisz, pomiar od 100mV. To po prostu programowany dzielnik napięcia.

Edytowano Sierpień 24, 2022 przez ethanak

[farmaceuta]

Bardzo dziękuję @ethanak za pomoc 😉👍

[H1M4W4R1]

28 minut temu, farmaceuta napisał:

Domyślam się że o dokładność, ale dalej mogę mierzyć w pełnym zakresie  0-3.3v tak?

INA163 się do takich zastosowań dobrze nadaje, ale wymaga zasilania 4.5V 😞 Ogólnie szukasz czegoś w rozsądnej cenie z niskim poziomem szumów.

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina163.pdf?ts=1661349171349&ref_url=https%3A%2F%2Fwww.ti.com%2Fproduct%2FINA163

[ethanak]

Zaproponowałem INA 219 bo go stosowałem. Zasilanie 3.3V wystarczy, pomiar napięcia do 26V, napięcie różnicowe mierzone z dużą precyzją, interfejs I2C. Ale może być, że inne są lepsze.

Moduł INA219 na Aledrogo to poniżej 20PLN.

[farmaceuta]

Dzięki panowie za odpowiedzi...👍 Poszperam jeszcze czy by sie nie dało czegoś zrobić na tym ne5534...wiem że te inaxxx są dobre do tych zastosowań, bo już mi sie wielokrotnie czujniki prądu na nich przewinęły, ale pokombinuje tak jak wyżej...😉

[farmaceuta]

Jeszcze dopytam...mam szukać czegoś w stylu ..  

Wzmocnienie = 1+(R2/R1) (tak ma wyglądać aplikacja podstawowa? 

Przepraszam @ethanak że "brudzę" Ci w wątku.. to ostatni raz😜😏

[Elvis]

@farmaceuta Jeśli faktycznie chcesz zbudować układ oparty o wzmacniacze operacyjne to bardzo polecam: https://kamami.pl/elementy-i-uklady/197772-wzmacniacze-operacyjne-teoria-i-praktyka-e-book.html Natomiast zarówno używanie układów znalezionych w szufladzie, jak i ufanie odpowiedziom ekspertów z internetu to prosta droga do porażki.

[farmaceuta]

Dzięki @Elvis za odpowiedz😉 no ja wiem że najlepiej zawsze używać dedykowanych sprzętów do konkretnych aplikacji, tak tylko wspomniałem o tym NE bo akurat miałem.. na spokojnie poczytam to może coś więcej będę mógł gadać 😜

Ps...co do tego drugiego to się tak do końca nie zgodze bo jeśli chodzi o ekspertów to jeszcze nie zdarzyło mi się naciąć.(o Forbocie mówię 😉) ale wiem co chciałeś powiedzieć i też w tym dużo prawdy..

Edytowano Sierpień 24, 2022 przez farmaceuta