Arduino एनालॉग के लिए स्केलिंग वोल्टेज, परे वोल्टेज डिवाइडर


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मैंने हाल ही में कुछ फाइबर-ऑप्टिक बेंड सेंसर का निर्माण किया है और मैं उन मूल्यों को पढ़ना चाहता हूं जो मुझे एक Arduino के माध्यम से कंप्यूटर में मिलते हैं। मैं औद्योगिक फाइबर ऑप्टिक्स से इस फोटोडायोड के साथ प्रकाश को माप रहा हूं । वर्तमान में, मैं दूसरे छोर पर एलईडी के साथ-साथ फोटोकोड 2.2V दे रहा हूं। मेरा सवाल इस तथ्य से है कि फोटोडायोड पर एक बहु-मीटर द्वारा मापा गया वोल्टेज में उतार-चढ़ाव रैखिक है, लेकिन फाइबर के विकृत होने के बावजूद छोटा है, यहां तक ​​कि काफी मौलिक रूप से। फाइबर के साथ सीधे, फाइबर पर निर्भर करता है (इसकी पहचान करने के लिए उन्हें कड़ी मेहनत करना), वोल्टेज उदाहरण के लिए, 1.92V के आसपास घूमता है, और झुकने के साथ यह 1.93-1.94V तक जाएगा। मैं वोल्टेज के समान होने के बारे में चिंतित नहीं हूं क्योंकि मैं सॉफ्टवेयर में स्केल कर सकता हूं।

जब मैं Arduino के साथ A / D कर रहा हूं, तो मैं इस बारे में चिंतित हूं कि संकल्प खो रहा है। अगर मेरे वोल्टेज में उतार-चढ़ाव 10mV के क्रम पर है, तो क्या Arduino के 10-बिट A / D से नर्क की मात्रा निर्धारित नहीं होगी, भले ही मैं वोल्टेज डिवाइडर के साथ 5V तक वोल्टेज को बढ़ा दूं? मैं जो देख रहा हूं वह एक एनालॉग स्केलर है। मैं पूरी रेंज को कवर करने के लिए 1.92 और 1.94 के बीच की उस सीमा को कैसे बढ़ा सकता हूं, 0V से 5V तक ताकि मैं Arduino A / D की पूरी रेंज का लाभ उठा सकूं?

मुझे ऐसा लगता है कि इलेक्ट्रॉनिक्स में यह एक सामान्य ऑपरेशन हो गया है, लेकिन मैंने कभी इसका औपचारिक रूप से अध्ययन नहीं किया है, इसलिए मुझ पर बहुत सारी चीजें खो जाती हैं।

(आप सोच रहे होंगे, जैसा कि डीएवीआर था, "आप बेंड सेंसिंग के लिए फाइबर ऑप्टिक्स का उपयोग क्यों कर रहे हैं? फाइबर के झुकने पर आप वोल्टेज परिवर्तन की उम्मीद क्यों करेंगे?" चाल फाइबरिक केबल के एक तरफ क्लैडिंग को हटाने के लिए है? (यह प्रकाश को बाहर फैलने देता है। जब केबल को स्कोरिंग से दूर झुका दिया जाता है, तो और भी अधिक प्रकाश केबल से बाहर निकल जाता है, जिससे रिसीवर में वोल्टेज गिर जाता है, और इसके विपरीत।)


क्या आप इतने दयालु होंगे कि अपने रिसीवर को योजनाबद्ध दिखा सकें? क्या आप 1.9 वी के पूर्वाग्रह वोल्टेज की आपूर्ति कर रहे हैं?

यदि आपके पास स्वयं रिसीवर के लिए योजनाबद्ध है, तो मैं ऊपर डेटाशीट से जुड़ा हुआ हूं। यहाँ यह फिर से है: i-fiberoptics.com/pdf/IFD91.pdf यदि आपका मतलब है कि मैंने इसे कैसे हुक किया है, तो आप तस्वीर में देख सकते हैं। रिसीवर काला है। मैं इसे नारंगी तार के साथ रिसीवर के किनारे पर लाल तार के माध्यम से 2.2V (हालांकि, फोटो में यह एक ली-आयन बैटरी है) दे रहा हूं, और मैं उस अवरोधक पर वोल्टेज को माप रहा हूं जो जमीन पर जाता है दूसरी ओर।
छत

जवाबों:


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इसलिए अगर मैं सही तरीके से समझूं, तो आप 1.9V सिग्नल के शीर्ष पर 10 mV भिन्नता को "पढ़ने" में सक्षम होना चाहते हैं?

अगर ऐसा है तो मैं दो अलग-अलग चरणों का सुझाव दूंगा। पहला एक फोटोडायोड एम्पलीफायर होगा (पृष्ठ 9 सर्किट का सबसे मानक है)। यह आपके फोटोडायोड से वोल्टेज में अनुवादित वर्तमान को प्राप्त करने में मदद करेगा।

दूसरा चरण एक इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर होगा, जैसे कि टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स से आईएनए परिवार (सबसे अच्छा लेकिन महंगा भी हो सकता है)। यह आपके "सामान्य मोड" सिग्नल को हटाने में मदद करेगा, जो इस मामले में 1.9 वी है। आप इंस्ट्रूमेंटेशन amp में लाभ भी जोड़ सकते हैं या वैकल्पिक रूप से लाभ प्राप्त करने में मदद करने के लिए अंत में एक गैर-इनवर्टिंग कॉन्फ़िगरेशन में एक साधारण ऑप amp जोड़ सकते हैं आवश्यक 5 वी तक आपका संकेत।

मैं यह नहीं कह रहा हूं कि यह सही होगा, लेकिन मुझे लगता है कि यह एक अच्छी शुरुआत है।

अंतिम नोट के रूप में, मुझे क्लैम्प के बारे में ऊपर डेविड का विचार पसंद है, भले ही वे ए / डी कनवर्टर में कुछ माप त्रुटियों का कारण बन सकते हैं। क्या अधिक महत्वपूर्ण है, हालांकि यदि आप इसे स्विंग कर सकते हैं, तो 741 की तुलना में बेहतर ऑप amp आज़माएं। वे सामान्य हैं लेकिन चश्मा बहुत भयानक हैं। इनपुट टर्मिनलों पर ऑफ़सेट वोल्टेज का 3 या 4 mV वास्तव में एक छोटे सिग्नल को गड़बड़ कर सकता है जैसे आप मापने की कोशिश कर रहे हैं।

~ क्रिस गामेल


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आपको किसी इंस्ट्रूमेंटेशन amp की आवश्यकता नहीं है। एक सरल अंतर amp करेगा। आपको अपने संदर्भ के रूप में उपयोग करने के लिए एक निरंतर 1.9 वी आपूर्ति की आवश्यकता है, हालांकि। मैं कुछ इस तरह का अनुमान लगा रहा हूं जो पहले से ही सेंसर के लिए पूर्वाग्रह के रूप में सर्किट में मौजूद है। यह एक योजनाबद्ध करने में मदद करेगा। इसके अलावा, पूर्वाग्रह को हटाने के बाद, आपको एडीसी के 0 और 5 वी रेंज के बीच इसे प्राप्त करने के लिए एक और पूर्वाग्रह जोड़ने की आवश्यकता है।
एंडोलिथ 17:09

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मैं मानता हूँ कि आपको एक की आवश्यकता नहीं है, लेकिन यह एक अच्छा विचार है। इससे पहले बफ़र्स के साथ एक इंस्ट्रूमेंटेशन amp केवल एक अलग amp है (कभी-कभी लाभ के लिए जोड़ा प्रतिरोधों के साथ)। यदि आप एक अलग amp का उपयोग करते हैं, तो आप अपने अलग amp में प्रतिरोधों की दया पर हैं; कभी-कभी 1K जितना कम होता है। यदि वह कुछ मापने की कोशिश कर रहा है, तो वह उच्च प्रतिबाधा (iAmp के बफ़र्स से) वास्तव में मदद कर सकती है (यानी माप उपकरण में कोई वर्तमान प्रवाह नहीं)।
क्रिस गमेल

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इस अर्थ में सिग्नल कंडीशनिंग बेहद सामान्य है। आप एक एम्पलीफायर का उपयोग करना चाहते हैं ताकि उस 10mV रेंज स्पैन (उदाहरण के लिए) की पूरी 0-5V रेंज arduino की हो सके। यह LM741 जैसे op-amps का उपयोग करके किया जा सकता है। आप निश्चित रूप से एडीसी में अपने सिग्नल कंडीशनर / इनपुट के आउटपुट पर एक "वोल्टेज क्लैंप" (एक्स: दो जेनर डायोड) का उपयोग करना चाहते हैं, ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि मूल्य 5 वी से अधिक नहीं है। यदि आप ऑप-एम्पी डेटा शीट और / या सिग्नल कंडीशनिंग सर्किट पर ऑनलाइन चारों ओर देखते हैं, तो आपको गाइड वही चाहिए जो आप ढूंढ रहे हैं।


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सुझाव है कि आप एक अंतर PGA (प्रोग्राम योग्य लाभ एम्पलीफायर) और एक DAC के संयोजन को देखें, जिसमें सेंसर आउटपुट "+" इनपुट पर जा रहा है और DAC "-" इनपुट पर जा रहा है। (या ऐसा कुछ एकीकृत जो आपको समकक्ष कार्यक्षमता प्रदान करता है।) मूल रूप से, कम लाभ के साथ संकेत को देखें, यह पता लगाएं कि इसकी ऑफसेट क्या है, उस वोल्टेज को डीएसी पर रख दें, और लाभ को क्रैंक करें।

TI का PGA308 ऐसा लगता है कि यह एक अच्छा समाधान हो सकता है।

यदि आप एक कम महंगा समाधान चाहते हैं, तो एक निश्चित-लाभ अंतर एम्पलीफायर का उपयोग करें (मानक 4-रोकनेवाला + सेशन-amp करेगा) + एक स्थिर, शांत 8-बिट डीएसी (स्थिरता / शोर विशेषताओं सटीकता से अधिक महत्वपूर्ण), फिर से डाल दिया "+" इनपुट पर सेंसर का आउटपुट amp और DAC आउटपुट "-" इनपुट पर है।

पाठक के लिए व्यायाम: दिखाएँ कि आप डीएसी के साथ द्विआधारी खोज तकनीक का उपयोग करके संतृप्ति से बाहर और एक रेखीय सीमा में अंतर-एम्पी आउटपुट ला सकते हैं, और यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि लाभ जी 1 = फुलस्केल एडीसी इनपुट वोल्टेज से बड़ा नहीं है। डीएसी के नाममात्र चरण के आकार और उसके डीएनएल (अंतर गैर-भिन्नता) के योग से विभाजित। मैं शायद (G1 / 2) और G2 का उपयोग करूँगा, जहाँ G2 = fullscale ADC इनपुट वोल्टेज सेंसर आउटपुट वोल्टेज रेंज से विभाजित होता है जिसकी आपको परवाह है।


अभी तक मेरे लिए बहुत महत्वाकांक्षी समय की कमी है, लेकिन सुझाव के लिए धन्यवाद। मैं भविष्य के प्रोटोटाइप के लिए एनालॉग सिग्नल कंडीशनिंग में आगे गोता लगाने के लिए उत्साहित हूं।
छत पर

आपको DAC की आवश्यकता क्यों है? तुम सिर्फ इसके साथ एक डीसी ऑफसेट उत्पन्न कर रहे हैं? यह बजाय overkill लगता है।

हाँ। डीएसी को एक विस्तृत श्रृंखला में डीसी ऑफसेट को बदलने की धारणा पर भविष्यवाणी की गई थी। यदि आपके पास केवल संकीर्ण सीमा वाले वोल्टेज के साथ एक प्रणाली है, (यह मानते हुए कि आपने अपनी सहिष्णुता विश्लेषण सही किया है) तो एक ऑफसेट वोल्टेज का उत्पादन करने के लिए एक प्रतिरोधक विभक्त और एक संदर्भ पर्याप्त हो सकता है। या थोड़ी अधिक जटिलता के लिए, एक प्रतिरोधक नेटवर्क + मल्टीप्लेक्सर्स (जो कि कुछ डीएसी हैं)। DAC वास्तव में जटिल या महंगा डिवाइस नहीं है, अगर आपको अल्ट्रा-हाई स्पीड या अल्ट्रा-फाइन रेजोल्यूशन की आवश्यकता नहीं है।
जेसन एस

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एक मोड़ सेंसर के रूप में फाइबर ऑप्टिक्स का उपयोग करना एक खराब विकल्प हो सकता है, क्या फाइबर ऑप्टिक्स का पूरा बिंदु आसानी से आपको कम से कम नुकसान के साथ कोनों के आसपास प्रकाश को मोड़ने की अनुमति नहीं है?


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हां, लेकिन यदि आप जैकेट को उतारते हैं और एक रेजर ब्लेड के साथ एक तरफ से क्लैडिंग को हल्के से खुरचते हैं, तो आपके द्वारा फाइबर को मोड़ने पर प्रकाश की मात्रा अलग-अलग हो जाएगी। एक अच्छी विशेषता यह है कि आपको एक द्वि-दिशात्मक संकेत मिलता है। यदि आप स्कोरिंग से दूर झुकते हैं, तो कम प्रकाश के माध्यम से जाता है, यदि आप इसकी ओर झुकते हैं, तो अधिक प्रकाश हो जाता है। आपको इसे प्राप्त करने के लिए दो पारंपरिक बेंड सेंसर का उपयोग करना होगा। वे शांत भी दिखते हैं।
छत

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आपको दो चीजों की आवश्यकता है: 1.9v मानक (या इसके करीब) के खिलाफ तुलना करने के लिए एक अंतर इनपुट का उपयोग करने के लिए, और उस अंतर के समाधान को बढ़ाने के लिए एक एम्पलीफायर।

सर्वोत्तम परिणामों के लिए आपको बाहरी उच्च गुणवत्ता वाले इंस्ट्रूमेंटेशन एम्प या ऑप एम्प का उपयोग करना चाहिए। लेकिन आप माइक्रोकंट्रोलर में निर्मित सुविधाओं का उपयोग करके देख सकते हैं। Arduino मेगा (ATMega2560 चिप) और Arduino लियोनार्डो दोनों में चिप पर ADC के सही होने के लिए अंतर, प्रवर्धित इनपुट का विकल्प शामिल है। (ऊनो के पास यह नहीं है)। ATMega2560 कई सेंसर के लिए प्रवर्धित विभेदक ADC के कई चैनल (मल्टीप्लेक्स) कर सकता है - यह देखने के लिए डेटशीट को पढ़ें कि कौन सा पिन संयोजन संभव है। इसमें एक 200x प्रवर्धन विकल्प है, जो पूरे 1024 कदम के रिज़ॉल्यूशन को 25 mv में डाल देगा। आपको बस उस 25 mV विंडो को पोज़िशन करना है जहाँ आपको इसकी आवश्यकता है!

आपके उद्देश्यों के लिए पर्याप्त रूप से शोर मुक्त हो सकता है या नहीं हो सकता है - यह उच्च गुणवत्ता वाला नहीं है क्योंकि आप अधिक $ $ के लिए बाहरी निर्माण कर सकते हैं।

कठिन भाग के खिलाफ तुलना करने के लिए एक स्थिर और सटीक 1.9v संदर्भ मिल सकता है।


यह कहने के लिए यहां आया था। +1!
निक जॉनसन
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