Voltimetro para microcontrolador

Queiros19 · 28 de janeiro de 2016

Boas pessoal,

Tenho andado com um problema no trabalho, em que estou a fazer uma pequeno pré teste com um Arduino a uns PCBs testados na empresa.

O problema é precisamente na leitura de tensão, que com um divisor resistivo se torna muito instável e pouco fiável.

Tenho dois divisores em simultâneo, de modo a que consiga medir desde os -15V até perto dos +20V em que no fim fico de 0V a +5V para fazer entrada no ADC do Arduino.

O problema é que a medição dificilmente bate certo com a medida de um multímetro no momento da medição. Procurei um chip ADC para comunicar com o Arduino via I2C ou SPI ou qualquer coisa, mas os valores são enormes, caríssimos e muitos não fazem o que preciso. Como consigo fazer uma medição com alguma precisão e exactidão de -15V a +15V?!

Alguém conhece um bom esquemático que me possa ajudar? Obrigado.

xyko-2020 · 28 de janeiro de 2016

Qual arduino?

Se usares algum que tenha ADC com entrada diferencial, como tem a ATTiny25 / 45 / 85 dá certo. A referência da medição não pode ser o GND do microcontrolador. Veja algumas referências.

https://www.insidegadgets.com/2012/11/24/how-to-use-the-attiny85-adc-in-differential-mode/

http://provideyourown.com/2012/secret-arduino-voltmeter-measure-battery-voltage/

https://www.google.com/search?q=measure+negative+tension+avr+adc&também=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwios4CKt8zKAhUIUJAKHQxBC00QsAQIVQ&biw=1366&bih=620

Queiros19 · 28 de janeiro de 2016

Obrigado pela resposta.

O Arduino em causa é o Mega2560. Acho que consigo tentar com um IC desses, mas não preciso que seja tensão diferencial. A tensão a medir é sempre com referencial a GND mas por vezes é negativa e por vezes é positiva. Mas se tiver a possibilidade de ser diferencial. OK. Vou tentar por ai, mas como faço para medir desde -15 até +15 da maneira mais precisa possível sem divisor resistivo?

.if · 28 de janeiro de 2016

amigo um capacitor eletrolítico no divisor de tensão deve dar um bom resultado em relação à instabilidade. Uma outra opção pra se somar a isso é medir a média das medidas (!). Algo como ler 8 vezes, somar cada uma e dividir o resultado por 8

O divisor resistivo é imperativo neste caso. Não tem substituto fácil e confiável. você pode (talvez deva) colocar um ampop pra condicionar o sinal. Se já o fizeste, publica o desenho...

MOR_AL · 29 de janeiro de 2016

Veja se te serve. Fiz um pouco rápido, talvez possa haver algum problema que não observei. Aguarde comentários dos colegas.

EM TEMPO: V2 TEM que possuir impedância interna NULA, ou insira mais um operacional.

MOR_AL

Queiros19 · 29 de janeiro de 2016

posso usar um IC LM358 para esse fim? Se sim, vou fazer o esquemático no eagle e já vos mostro...

.if · 29 de janeiro de 2016

com lm324 tu podes utilizar um 3° ampop pra gerar V2. Um R de uns 220 na saída e 2 diodos, um 'apontando' pro vcc e outro 'vindo' do gnd é uma boa proteção contra os V+ e V- do ampop. Ou apenas um zener 5V1. Também um capacitor 10uF pra establizar cai bem...

MOR_AL · 29 de janeiro de 2016

Como a Isadora mencionou, o LM324, que possui 4 operacionais no chip, permite melhorar o circuito incluindo o V2 com impedância interna nula, como necessário. Permite também incluir um filtro passa-baixas (frequências), para filtrar o seu sinal.

Se desejar, poderei incluir os dois estágios mencionados. Mas para tal, são necessárias duas respostas:

1 - Qual é a máxima frequência que seu sinal possui?

2 - Qual é a origem da tensão que vai gerar V2? É a fonte de alimentação regulada e estabilizada?

Caso seja necessária maior precisão, pode-se incluir um ajuste, tanto da tensão de saída máxima como a nula.

MOR_AL

Queiros19 · 2 de fevereiro de 2016

Boas,

Obrigado pela resposta e pela disponibilidade...

De sistemas AMPOP não tenho grande noção nem grande experiência, mas se me arranjarem um circuito eu monto e logo posto fotos e resultados...

Respostas:

A frequência do sinal será sempre zero, no entanto por vezes faço leitura de uma tensão positiva regulada e estabilizada e por vezes faço leitura de tensão negativa.

O objectivo é eu ter um PCB da empresa que faz multiplexagem com 32 ou 64 reles e eu com a medição de tensão com uma resistência X para ter uma corrente a fluir (na ordem dos 50mA a 200mA) medir a tensão no momento para ver se tenho soldas frias (resistência elevada e baixa tensão em um circuito directo). Ou então através de multiplexagem de um IC (DG406 ou DG407) com varias tensões nas entradas, através de comandos comutar os sinais e medir as diversas tensões.

Basicamente preciso de fazer um voltímetro estabilizado para ir medir a tensão que ponho lá nas saídas dos PCBs.

Futuramente e se o voltímetro medir tensão diferencial, com um resistor shunt faço também medição de corrente, mas isso fica mais para a frente.

Obrigado pela ajuda

Aguardo respostas

.if · 2 de fevereiro de 2016

Tens 64 relés e queres medir a corrente que está a passar pelos contatos individualmente? Ou pelo menos saber se estes estão a operar? é isso? Sugiro uma corrente maior até mesmo a máxima que o relé ou seu aparato consegue fornecer/controlar. Neste caso nem é necessária V negativa. O legal mesmo é se conseguisses medir as entradas e saídas pra ver se a diferença de tensão está em nível aceitável. De facto, a medição de corrente se torna mais importante neste caso.

Mas esta dica está além da problemática do tópico. Tens a opção de ignorar.

Sucessos!

MOR_AL · 2 de fevereiro de 2016

Segue o circuito!

Simule-o para verificar se está correto.

MOR_AL

Queiros19 · 3 de fevereiro de 2016

Isadora ferraz, MOR

Obrigado pelas respostas,

Sim, tal como tinha dito, os PCBs que testo, tem vários reles em cascata para fazer multiplexagem ou desmultiplexagem, no entanto, alguns pinos já tem tensões definidas, e nesses pontos eu tenho de me limitar a ler. Se no caso de uma multiplexagem tiver vários canais já definidos e regulados com -5V, +5V, -12V, +12, +15, e GND, eu nesses casos tenho de me limitar e ler e em todos os outros canais opcionais, aplico uma tensão X e tenho de confirmar, depois de seleccionar todos os transístores de modo a conseguir o canal especifico, faço e leitura e comparo com o valor padrão.

Vou testar o circuito em anexo, assim que estiver pronto dou a minha opinião.

Obrigado

Queiros19 · 3 de fevereiro de 2016

Ora bem,

Antes de mais, obrigado pela paciência e ajuda, está a ser muito importante.

MOR,

Conclui o esquema e tenho algumas duvidas:

1 - É onde eu escrevi "INPUT" que realmente é feito o input da tensão a medir?

2 - A minha tensão positiva ronda os 15.55V e a tensão negativa os 12.5V, alguma implicação com as tensões do circuito?

3 - É onde eu escrevi "ADC" que realmente é feita a saída de tensão ao ADC do microcontrolador?

4 - O quarto AMPOP é para fazer de seguidor de tensão a saída para o ADC? Não percebi qual a finalidade do 4º AMPOP.

De resto, alguma coisa acrescentar? Posso começar a montar todo o circuito, para postar algumas fotos?

Obrigado

MOR_AL · 3 de fevereiro de 2016

agora, Queiros19 disse:

Ora bem,

Antes de mais, obrigado pela paciência e ajuda, está a ser muito importante.

MOR,

Conclui o esquema e tenho algumas duvidas:

1 - É onde eu escrevi "INPUT" que realmente é feito o input da tensão a medir?

Sim.

2 - A minha tensão positiva ronda os 15.55V e a tensão negativa os 12.5V, alguma implicação com as tensões do circuito?

Como você está partindo de uma tensão, que pode ser positiva ou negativa e que o seu uC só mede tensões positivas e de zero a cinco volts, então:

1 - É necessário "comprimir" a variação total da tensão de entrada para 5V. Certo? É o que o circuito até o ponto A faz.

2 - Mas no ponto A ainda poderão haver tensões negativas, certo? O segundo circuito, aquele que termina no ponto B, Cria uma tensão positiva com o mesmo MÓDULO (amplitude e positivo) da maior tensão negativa fornecida pelo ponto A.

3 - Somando-se as duas tensões A + B, a faixa de tensão no ponto C vai ser deslocada para o sentido positivo. Exatamente igual às tensões limites do uC; de zero a cinco volts.

Agora, respondendo a sua pergunta.

1 - Não considere valores fixos de tensão de entrada. Considere que as tensões possuem pequenas variações. Na saída, ponto C, as tensões também vão possuir pequenas variações. Identificar estas regiões de tensão permitirá saber qual é a tensão de entrada, ou pelo menos a faixa dela.

2 - Se suas tensões forem aquelas apresentadas (-5V, +5V, -12V, +12, +15), então, veja se pode considerar:

2.1 - Tensão de -5V como de -6V até -4V.

2.2 - Tensão de +5V como de +4V até +6V.

2.3 - Tensão de -12V como de -13V até -11V.

2.4 - Tensão de +12V como de +11V até +13V.

2.5 - Tensão de +15V como de +14V até +16V.

Nestas condições, em vez do limite de +15V, seu novo limite será de 16V e em vez de -15V, seu outro limite será de -13V.

Então a nova faixa de tensão possuirá +16V - (-13V) = +16V + 13V = +29V.

Como a faixa do uC possui apenas 5V, então você TEM que dividir essa variação por 29V / 5V = 5,8 (adimensional).

Como o segundo estágio do circuito JÁ divide por dois, para poder somar as tensões, então a redução do primeiro estágio TERÁ que ser de 5,8 / 2 = 2,9 (e não 3 como inicialmente).

A máxima tensão negativa será de -13V / 2,9 = -4,483V.

Ainda assim este circuito é apropriado, talvez com pequenas alterações de valores.

1 - Ajuste a tensão no ponto A. Faça V1 = 16V e ajuste P1 para que a tensão no ponto A seja de 16 / 2,9 = 5,52V

2 - Ajuste a tensão no ponto B. De acordo com a fórmula que eu calculei, R2 valerá:

R2 = (+16V - 5V) / 0,001 = 11k. R2 comercial = 10K.

Faça V1 = -13V e ajuste P2 para que a tensão no ponto C seja de 0V.

Agora você tentará identificar as faixas de tensão de suas medidas.

O cálculo é simples.

O aplicativo insiste em transformar V índice C na palavra você. Entenda como V índice C.

Chamarei de você a tensão no ponto C.

você = V1 / 2,9 + 4,483.

Vamos ver se chegamos à equação correta.

você (máximo) = (16 / 2,9 + 4,483) / 2 = 5,00V e

você (mínimo) = (-13 / 2,9 + 4,483) / 2 = 0,00V

Como você pode constatar, a expressão está correta.

Aplique a fórmula para conhecer os limites de tensão para cada opção de tensão apresentada no item 2.

3 - É onde eu escrevi "ADC" que realmente é feita a saída de tensão ao ADC do microcontrolador?

Sim.

4 - O quarto AMPOP é para fazer de seguidor de tensão a saída para o ADC? Não percebi qual a finalidade do 4º AMPOP.

O quarto operacional não tem função. Não será conectado ao circuito. Mas como ele existe, deve-se garantir que suas entradas não fiquem sem uma tensão definida, o que poderia até causar algum problema. Então eu garanti que a saída fosse zero volt.

De resto, alguma coisa acrescentar? Posso começar a montar todo o circuito, para postar algumas fotos?

Simule estas novas informações no seu aplicativo e nos mostre se está podendo obter os valores que eu mencionei.

Obrigado

MOR_AL

PS: Acabei apertando alguma tecla que produziu o quadro abaixo. Desconsidere-o.

Citar

Queiros19 · 8 de fevereiro de 2016

Ora bem,

Depois de ter resolvido outras prioridades, aqui venho eu com a continuação deste esquema.

Nunca usei nenhum programa de simulação de PCBs, no entanto, e como tenho os componentes a minha disposição, parti para a realização do PCB em protoboard.

Então, para "afinar" isto de modo a conseguir ler tensões entre -12V a 15V, por exemplo.

Quais são os passos?

O que preciso de fazer para futuramente medir entre -15V a +15V ou até mesmo entre -20V a +20V?

MOR, descreves-te uns passos a realizar mas sinceramente não consegui perceber, e não consegui seguir os passos, mas penso que esteja tudo a funcionar. Verifiquei o circuito e parece-me bem montado, no entanto tenho de começar com os testes e ter isto a funcionar 100%.

Mais uma vez, obrigado pela ajuda

Está quase concluído (:

PS: Os dois potenciómetros iguais são de 10K ligados em serie para fazer o ajuste de 20K, não tinha nenhum de 20K (:

MOR_AL · 8 de fevereiro de 2016

agora, Queiros19 disse:

Ora bem,

Depois de ter resolvido outras prioridades, aqui venho eu com a continuação deste esquema.

Nunca usei nenhum programa de simulação de PCBs, no entanto, e como tenho os componentes a minha disposição, parti para a realização do PCB em protoboard.

Então, para "afinar" isto de modo a conseguir ler tensões entre -12V a 15V, por exemplo.

Quais são os passos?

Bom! Já te mostrei com dois exemplos.

Exemplos estes que se basearam em seus valores fornecidos.

Entre os dois exemplos também incluí uma explicação detalhada de como funciona. A finalidade era para você ter independência em resolver seu problema, para outros valores quaisquer.

Você não seguiu minhas recomendações para ajustar seu circuito. Pelo menos não nos apresentou suas considerações.

Agora você apresentou um terceiro conjunto de dois limites de tensão.

É chegado o momento de você não somente reler minhas postagens, como estudá-las até entender. Fazendo isso, você poderá resolver seus problemas, pois já lhe forneci informações mais que o necessário para resolvê-los.

Em tempo:

Coloque dois capacitores em sua placa. Ambos conectados entre o Vcc e o Terra. Um de 100nF (ou 0.1uF) e outro (eletrolítico) com valor entre 47uF e 220uF. A tensão do eletrolítico com 50V ou mais.

Faça o mesmo entre o Terra e o -Vcc. ATENÇÃO! O eletrolítico possui polaridade. O terra é positivo em relação ao -Vcc.

Bons estudos.

MOR_AL