Styra mätningar och switchar med mikroprocessor.

[Currydressing]

Hejsan!

Jag är delaktig i ett projekt vid mitt universitet där vi ska använda en mikroprocessor för att mäta tryck och temperatur i ett experiment! Dessutom ska mikroprocessorn själv skicka signalen för att starta experimentet. Jag har ansvaret att bestämma vissa komponenter som ska användas. Programmeringen är det andra som ansvarar för, men alla fysiska komponenter ska jag ha koll på
All hjälp uppskattas! Headboarden med mikroprocessorn som används är STM32-H107.

En av komponenterna jag har ansvar för är optokopplare. Dessa ska användas för att skilja processorn från sensorerna, det är något jag inte hört talas om innan och jag skulle behöva hjälp med att välja en ur djungeln av de som finns att köpa. Sensorerna i sig skickar analoga signaler men ska man då ha analoga optokopplare eller en AD och digital optokopplare? Vad drar minst ström/är billigast/tar minst plats? Hur ska jag koppla dem till mikroprocessorn?

Något annat jag undrar över är switchar. Som sagt ska processorn dra igång experimentet, vilka switchar ska jag använda? Jag har hört att det skall finnas "active high" transistorer som kräver en kontinuerlig ström i ett par sekunder innan den "slår till", det är något som behövs då det är viktigt att inte experimentet inte går igång av någon strömspik i förtid. Hur ska en sådan kopplas?

[TomasL]

Beträffade optokopplare är det inte så enkelt, då de är kraftigt olinjära.
Om du talar om vilken typ av givare och vilken utsignal samt inom vilka områden den ligger är det enklare.
Samma gäller "starten" av experimentet, vad är det som skall drivas, antal, spänning ström, tillslagstider, frånslagstider, antal osv.

[Currydressing]

Trycksensorerna är XFPM-200KPGR, dessa ska drivas med 5 V . Output ligger på ~0-5V.
(http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet- ... 0KPGR.html datablad)
Tempratursensorerna är KTY84-1 som agerar som ett motstånd som varierar med temperatur mellan 350-2000 ohm.
(http://www.nxp.com/documents/data_sheet/KTY84_SER.pdf datablad)
När "starten" går ska ett batteripack på 2.4 V driva 6 lågohmiga (0.33 ohm) laster parallellt under ca 20-30 sekunder (vi ska testa oss fram här) så det kommer dra 7-10 A. Spänningen över dessa kommer regleras med effektmotstånd.

[Icecap]

Det finns faktisk optokopplare för att skicka analoga signaler! De består av en LED + 2 st fotomottagare men tusan om jag kan komma ihåg vad de heter.

Grejen är iaf. att man kan spegla strömmen mellan de två mottagare och därmed få en transfer-funktion med ung. 1% noggrannhet.

[Nerre]

Finns "isolation amplifiers" som vad jag förstått funkar ungefär som en OP men med isolation mellan in- och utgång.

Analog Devices har en del såna (jag har sett dem i produkter som jag har provat).

Jag skulle gissa att de är relativt dyra, så i vissa lägen kan det nog vara vettigare att ha ett isolerat A/D-kort och sen skicka datat digitalt över vanliga optokopplare.

Ett annat alternativ är ju att ha en fiberoptisk länk mellan två kort. Det ger en rejäl isolation:)

[TomasL]

Det finns faktisk optokopplare för att skicka analoga signaler! De består av en LED + 2 st fotomottagare men tusan om jag kan komma ihåg vad de heter.

Grejen är iaf. att man kan spegla strömmen mellan de två mottagare och därmed få en transfer-funktion med ung. 1% noggrannhet.

Jo, men man behöver en återkopplad drivkrets för dessa dvs en OP en transistor samt några motstånd, kondingar mm, dessutom behöver man en förstärkare på andra sidan, HCNR200 är en sådan variant.

Frågan är varför man behöver ha det isolerat.

[Icecap]

Jag kan hålla med om att det låter ganska dumt att måste isolera signalerna från sensorerna, att skydda ingången däremot är ju mycket vettigt.

Drivningen av utgångar är alldeles enkel men den exakta lösning beror ju på vilken sorts drivning som ska användas.

Duger det med NPN open collector-utgång är ULN200x ju ett enkelt val, ska det vara PNP-utgång kan UDN2987A vara en bra lösning.

[TomasL]

räcker ju med ett seriemotstånd på säg 100k och klampning innan motståndet till VDD och VSS

[Nerre]

En anledning till att det måste vara isolerat kan vara att det är en medicinsk tillämpning där man inte vill riskera att jorda patienten (F-typ applied part brukar det kallas, F står för floating).

En annan kan vara att det man skall mäta på är delar som innehåller hög spänning som man inte vill riskera att få in i utrustningen. Det räcker inte med att "skydda ingångarna" då eftersom del farliga spänningen kan lyfta hela kretsen till farlig potential (om jord ligger 250 V och ingången på 255 V är det ju bara 5 V insignal, men kretsen är livsfarlig att beröra).

[TomasL]

Jo, men här verkar det ju inte handla om varken höga spänningar eller medicin.

[Currydressing]

Experimentet kommer köras som en del av nyttolasten i en sondraket, vi vill därför spänna på två par extra säkerhetsbälten och skydda mot allt oförutsett då vi bara har en chans att utföra vårt experiment.

[Icecap]

Faktisk är det nog minst lika säkert att inte ha isolerat!

Allt beror på hur ni styr lasten och vilken isolering som finns där. Med isolerade ingångar ska sensorerna ändå matas och värden överföras på något vis och om den matning driver processorn också är knappast ett problem.

Drivningen till utgångar kan man däremot lägga på en egen nätdel och styra med optokopplare, då blir det minst lika bra och avsevärd mer effektivt och enkelt.

Men ska det kopplas till PC och annat till µC'n får man ju räkna detta med i helheten och då kan en isolering där vara en bra idé.

[calmar]

Currydressing: Fler säkerhetsbälten leder till fler komponenter i kretsen, och varje komponent är ytterligare en möjlig felkälla behäftad med en viss felprocent.

Det är med andra ord inte alls säkert att isolation med mera leder till större driftsäkerhet på det stora hela.
Tänk om både sensorn och mikrokontrollern funkar utmärkt men optokopplaren visar sig vara ett riktigt måndags-ex?

Det krävs en ordentlig analys för att kunna avgöra vilken den optimala konfigurationen är.
Försök räkna ut vilka fel som kan inträffa, hur de påverkar kretsen / övriga mätningar, hur sannolikt det är att just det felet inträffar, osv. Ställ upp och utvärdera.

[jesse]

Om du ska använda en optokopplare för att överföra en analog signal behöver du en speciell analog dubbel optokopplare samt några op-förstärkare.

Själv brukar jag lösa problemet med att först använda en lämplig A/D omvandlare med SPI-interface och sedan isolera den digitala signalen. Då använder jag ADUM 1411 eller ADUM1401 digital isolator. Det finns även motsvarande kretsar med inbyggd isolerad DC/DC som ger 5 volt ut på mätsidan. Dessa sprider dock en del elektromagnetisk strålning, så man bör följa rekommendationerna i databladet o hur man eliminerar detta.

Om sensorn inte har någon speciell orsak att vara isolerad är det bättre att skydda ingången på andra sätt... (ESD skydd, överspänningsskydd)

[Currydressing]

En del tid har gått och vi har beslutat att skippa optokopplarna mellan sensorerna och uCn.
Men det stora problemet nu är hur vi ska reglera och mäta spänningen över vår last.
Lasten som består av sex resistanstrådar, ska drivas med Ni-Mh batterier på 2.4 V.
Dessa trådar ska hettas upp till 310 grader under 15-20 sekunder och smälta ett lödprov.
Vi har testat oss fram till att spänningen behöver regleras ner till 1.5 V för att uppnå den önskade tempraturen.
Vi vill kunna mäta strömmen genom eller spänningen över trådarna med hjälp av uCn för att se till att vi har rätt temperatur.
Är det här ett bra tillfälle att använda en optokopplare? Då trådarna har låg resistans drar vi ca 10 A under batterierna under körning.