Spannung messen mit dem Pi

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  • Hallo,

    der mcp3204 hat eine 12-bit Auflösung.

    das sind 2hoch12 Kombinationen.= 4096

    Wenn die Referenzspannung des pi 3,3 V ist dann ist die Rechnung

    3,3V/4096 = 0.00008V =800µV

    Also die Genauigkeit reicht dicke für deine Anwendung.

    Allerdings ist das Messergebnis fraglich in dieser Größenordnung. Bei Temperaturschwankungen
    sind die Kohleschichtwiderstände empfindlich und vermasseln den Messwert.
    Also für Spannungsteiler usw. Metallschichtwiderstände nehmen.

    Gruß

    http://dl3ndd.de/hardware.html

    Einmal editiert, zuletzt von radioshack (3. Oktober 2013 um 09:30)

  • Ich möchte zu bedenken geben, dass die 800µV ein sehr theoretischer Wert sind. Wie du schon schreibst sind die Kohlesichtwiederstände ungenau, aber auch die 3,3V des Raspberry Pis eignen sich nicht als Referenzspannung.

    Meine Tips für die Genaue Messung:
    * Eine richtige Spannungsreferenz benutzen -> z.B. LM 385-Z1,2 (gibt es auch für andere Spannungen)
    * Genauere Wiederstände verwenden

    PS: Notfalls gibt es noch den MCP3424


  • Ist es möglich mit dem Pi eine fremde Spannung zu messen. Ich möchte mit dem Pi die Spannung einer Solaranlage überwachen (12V). Und wenn möglich den Spannungsverlauf aufzeichnen.

    der Wunsch


    Wenn die Referenzspannung des pi 3,3 V ist dann ist die Rechnung
    3,3V/4096 = 0.00008V =800µV
    Also die Genauigkeit reicht dicke für deine Anwendung.

    trifft aber nicht die Bedingung !


    Ich möchte zu bedenken geben, dass die 800µV ein sehr theoretischer Wert sind. Wie du schon schreibst sind die Kohlesichtwiederstände ungenau, aber auch die 3,3V des Raspberry Pis eignen sich nicht als Referenzspannung.

    1 Metallwiderstände als Teiler sind Pflicht 1% oder besser, alternativ kann in Software korrigiert werden.

    zu den obigen Rechnungen, ich meine der TO möchte 12V messen

    also bei einer Solaranlage muss man bis über 21V rechnen, also Obergrenze 25V

    diese können mit 4096 aufgelöst werden, also jedes Bit hat 6mV nicht 800µV

    also 2,5mV können mit 12-bit nicht aufgelöst werden ! mit 16 Bit bedingt, aber dann wird der analoge Teil schwieriger und teurer.

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
    Energiesparen:
    Das Gehirn kann in Standby gehen. Abschalten spart aber noch mehr Energie, was immer mehr nutzen. Dieter Nuhr
    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

  • trifft aber nicht die Bedingung !


    geht schon.

    Bei meiner Solaranlage betreibe ich das ja.

    Wichtig ist, wie ein Vorredner (Bjoern) schon sagte, der Spannungsteiler, um
    dem GPIO Port nicht über <5Volt zukommen zu lassen.

    mmm...wieso kann ich kein Foto einfügen?

    ich nehme mal den link... 5. Abbildung

    http://dl3ndd.de/hardware.html

    PS die Genauigkeit in dieser Größenordnung ist mit solcher Hardware nicht zu erreichen und auch IMHO unnötig

    Einmal editiert, zuletzt von radioshack (3. Oktober 2013 um 12:04)

  • wenn du meinst 2,5mV sind nicht nötig hast du Recht

    für 12V Module sehe ich überall Leerlaufspannungen bis 17-21V

    wenn sichergestellt ist das die Spannung nur bis 17V geht erreicht man mit 12-bit Wandler 4mV Auflösung.

    Ich weiss nicht warum ihr von 3,3V ausgeht, er will 12V überwachen !

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
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    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

  • Ich weiss nicht warum ihr von 3,3V ausgeht, er will 12V überwachen !


    jo...das ist ja die Referenzspannung...der Spannungsteiler sorgt dann für Vergleichbarkeit.

    Zu den Solarmodulen:

    die hängen ja nicht "frei" am Messsystem.

    Die sind über einen Solarregler an Akkumulatoren angeschlossen.
    (in meinem Fall mehrere 12V Akkus parallel)

    Der Solarregler schaltet bei Erreichen der Ladeschlussspannung (je nach Akkutyp)
    bei ca. 13.8 Volt ab bzw. regeln den Ladestrom.

    Viele Grüße

    Einmal editiert, zuletzt von radioshack (3. Oktober 2013 um 12:47)


  • Zu den Solarmodulen:

    die hängen ja nicht "frei" am Messsystem.

    Die sind über einen Solarregler an Akkumulatoren angeschlossen.
    (in meinem Fall mehrere 12V Akkus parallel)

    Der Solarregler schaltet bei Erreichen der Ladeschlussspannung (je nach Akkutyp)
    bei ca. 13.8 Volt ab bzw. regeln den Ladestrom.

    Viele Grüße

    wenn das wirklich sichergestellt ist würde ich als Obergrenze 15V wählen,
    dann ergibt das eine Auflösung von 15V/4096 = 3,6mV

    sollte der PI Laderegler spielen muss mit der maximal möglichen Leerlaufspannung gerechnet werden.

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    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

  • Hallo Goldrausch,
    ein wunderschönes Projekt schieben Sie gerade an,
    deshalb: ein großes Kompliment an Sie!

    Trotzdem habe ich etwas nicht verstanden:
    Was wollen Sie eigentlich?
    (a) Spannung messen, oder
    (b) eine Solaranlage überwachen, oder
    (c) die Sonneneinstrahlung an Ihrem Standort messen?

    Bei (c) lassen Sie Ihren Sonnenkollektor leer laufen und messen die Leerlaufspannung.
    Wollen Sie das?

    Bei (b) arbeitet Ihr Kollektor als Generator, der liefert seine Energie an einen Abnehmer:
    Ihren Wechselrichter. Wenn Sie jetzt die Leerlaufspannung Ihres Kollektors messen wollen,
    müssen Sie diesen, während der Messung vom Wechselrichter abklemmen. Geht das?

    Warum messen Sie nicht den Strom? oder gleich die Leistung? Spannung und Strom?


    Bei (a) was für eine Abtastrate haben Sie so ungefähr eingeplant?
    (d) volle Pulle, was der ADC so hergibt, oder
    (e) sehr gemächlich, alle zwei Minuten eine Messung?

    Bei (d) gibt der ADC den Takt vor. Sie müssen auf Ihrem RPi dann zwei Prozesse laufen lassen,
    einen, von mir hier "WRITE" genannt, dieser schreibt die Daten, und "SAMPLE", dieser misst.
    Das wird happig. Die Prioritätensteuerung zu programmieren wird sehr schwierig.
    Trotzdem, wenn auf die Karte geschrieben wird, fällt die Messung aus.
    Da gibt es eine Lücke in der Aufzeichnung. Ist das hinnehmbar? (eher nein).

    Wenn nicht: zwei RPi's verwenden, auf jedem läuft dann ein Prozess.
    Der WRITE schreibt und überwacht alles, huckepack hat er den SAMPLE.
    (Wobei der SAMPLE kein RPi sein braucht, da tut es auch etwas für zwei Euro).

    Der Vorteil dieser Aufteilung ist beträchtlich:

    Der schwierige Teil, SAMPLE, ist ein recht kurzes eigenständiges Programm.
    Was eigenständig ausgetestet wird und dann fertig ist.
    Der ganze Schlonzes: Einschalten, Parameter, Schreiben, Fehlerbehandlung, Überwachung,
    und was noch alles so kommt, macht der WRITE. So ein Programm "wird eh nie fertig"!

    Bei (e) gibt der WRITE den Takt vor, der SAMPLE degeneriert dann von einem Prozess
    zu einem (läppischen) Unterprogramm. Um das programmtechnisch im Griff zu behalten,
    ist "eiserne Sorgfalt" beim Programmaufbau angesagt! (Nicht jedermanns Sache).

    Die Stückliste kommt später!

    Noch zwei kleine, unbedeutende aber sehr wichtige Nebensächlichkeiten:
    Potentialtrennung
    (1a) ist eine Ableitung der Solaranlage satt geerdet? (eher nein), oder
    (1b) soll das Gerät auch anderweitig eingesetzt werden?
    Ich glaube, über eine saubere Potentialtrennung wäre nachzudenken.
    Bei Lösung (d) wäre dann Filter, Vorverstärker und ADC eine eigene Baugruppe,
    mit einer Batterie als eigene Stromversorgung, vom Rest der Welt durch Optokoppler getrennt.

    Shannon-Theorem
    Dieses Theorem besagt: "Tritt in einem Signal eine maximale Frequenz von f auf,
    und wird dieses Signal mit 2f abgetastet, so tritt kein Fehler auf".

    Diesen schlichten Satz kann man auch umdrehen, dann fangen die Probleme an:
    "Tasten Sie mit 2f ab, und in Ihrem Signal erscheinen Frequenzen über f,
    so werden diese Frequenzen gespiegelt, und verfälschen erheblich Ihre Messung".
    Das bedeutet:
    (2) Um einen steilflankigen Tiefpass hoher Güte vor dem ADC kommen Sie nicht herum.

    Hinweis: Der Wechselrichter Ihrer Solaranlage ist ein Regler. Die Regler-Schwingungen
    schlagen voll in Ihre Messung. Ihr Filter muss diese Frequenzen zu 98% unterdrücken.
    Sie haben dann noch 2% Fehler in Ihrer Messung.
    Vorschlag: Abtasten mit 10f, dann muss Ihr Filter nicht mehr so steil sein,
    Da ein Mess-Vorverstärker sowieso angesagt ist, diesen mit einem Tiefpass zusammenbauen.

    Los geht's, viel Erfolg!


  • guter Einwand ! :thumbs1:

    Spannung und Strom und das Produkt und dann noch über die Zeit wäre mein Weg.

    der Rest mit Shannon und Abstastraten ist etwas to much :D

    es würde doch reichen im Abtastintervall alle Minute 1 Wertepaar zu integrieren mit Vorzeichen, ob geladen oder entnommen wird am Akku, von mir aus auch einzeln, aber mit maximaler Frequenz zu sampeln ? wozu ? wenn schon oversampling, dann doch nicht 2, entweder >2 also 2,5 oder gleich 10-fach aber das erscheint mir für das Gewünschte übertrieben, auch ist die Genauigkeit nicht zwingend besser mit Standardbauteilen und wenn nicht die erforderliche Messtechnik vorhanden ist, wozu der Aufwand ?

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
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