Problem mit Wheatstonebrücke an AVR

[Ulrich Prinz]

Hallo zusammen!

Ich möchte gerne eine Waagenelektronik ersetzen. Die vorhandene
Elektronik kann ausser dem Gewicht nix anzeigen, aber ich möchte dem
Teil ein paar mehr Fähigkeiten verleihen, wie Gewichte und Tara-Werte
(Nullstellung mit Offset) speichern. Ist vielleicht ganz gut geeignet um
die Inventur zu vereinfachen. Also eine Schraube messen und dann Kiste
mit Schrauben draufstellen. Die Schachteln haben alle das gleiche
Gewicht, daher möchte ich deren Gewicht als Tara bereits einspeichern
und damit automatisch herausrechnen. Zudem könnte die Waage dann gleich
Stückzahlen anstatt Gewichte anzeigen.

Nun gut, die Software für einen AVR zu stricken ist nicht schwer, aber
ich bin ein weing ein Analoglegasteinker Ich habe hier am
eigentlichen Gewichtaufnehmer vier Dehnungsstreifen als Wheatstone
Brücke geschaltet. Diese gibt mir bei 2.5V Input einen Wert von etwa
-0.4mV als Ausgang, bei ca 300g sind es etwa 0.1mV und bei geschätzten
2kg sind es etwa 0.4mV.

Diese Werte sind für einen AVR etwas schwer verdaulich. Zum einen ist
der Messbereich selbst für einen 10Bit A/D in einem der größeren
megaAVRs schon hart, zum Anderen machen mir die negativen Spannungen
etwas Kopfzerbrechen. Was ich suche ist eine Lösung, diese Spannung in
einen vernünftigen Bereich zu transformieren, der gut von einem 10Bit
A/D erfaßbar und vor allem durch äußere Einflüsse nicht so leicht
zerstörbar ist. Achso, und das Offset sollte vielleicht Asymetrisch
sein, ich möchte nur positive Gewichte messen, keine negativen. Der D/A
Prozess sollte also in positive Richtung einen weiteren Bereich
erfassen, als in den Negativen.

Ich habe zum einen einige Abhandlungen über die Wheatstone Brücke
gefunden, das Prinzip verstehe ich, aber was mir fehlt ist die Übersicht
über enstprechende OP-Schaltungen und vor allem die Übersicht, welchen
OP man für diese Schatung am besten einsetzt. Eine gewisse
Störunempfindlichkeit gegenüber einem in der Nachbarschaft liegenden AVR
sollte gegeben sein auch wenn ich mir da bei einem Layout einer Platine
natürlich besonders mühe geben würde.

Eine weitere Frage wäre dann noch, ob man zwei D/As eventuell zu einem
zusammenschalten kann. Damit könnte ich die Auflösung eventuell
verbessern, da 10-Bit lediglich eine Messung von etwas gröber als 0.2g
bei einem Maximum von 250g ermöglichen. Sonst muss halt ein 16-Bit D/A
mit I2C oder SPI Interface auf das Platinchen, was aber wiederum
zusätzlicher Aufwand wäre. Aber vielleicht kennt ja jemand einen
passenden und gut erhältlichen 14-Bit D/A? Vielleicht einen, der weitere
Beschaltung der Wheatstone Brücke durch OPs überflüssig macht? Das wäre
natürlich die optimale Lösung

Danke schon mal für jeden Tip, es würden auch ein paar Links oder
Bausteinnamen tun, nach Datenblättern such ich dann schon.

Gruß,

Ulrich

 

[MaWin]

Ulrich Prinz <uprinz2@netscape.net> schrieb im Beitrag <bi8mtg$7jk$05$1@news.t-online.com>...

Danke schon mal für jeden Tip, es würden auch ein paar Links oder
Bausteinnamen tun, nach Datenblättern such ich dann schon.

Mal abgesehen davon, das man solche Waagen natuerlich fertig kaufen kann,

wie waere es mit einem Waagen-IC ? MAX1402 von http://www.maxim-ic.com
Figure 16 zeigt die DMS-Beschaltung.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Bernd Winchenbach]

Hallo Ulrich

Ich möchte gerne eine Waagenelektronik ersetzen. Die vorhandene
Elektronik kann ausser dem Gewicht nix anzeigen, aber ich möchte dem
Teil ein paar mehr Fähigkeiten verleihen, wie Gewichte und Tara-Werte
(Nullstellung mit Offset) speichern. Ist vielleicht ganz gut geeignet um
die Inventur zu vereinfachen. Also eine Schraube messen und dann Kiste
mit Schrauben draufstellen. Die Schachteln haben alle das gleiche
Gewicht, daher möchte ich deren Gewicht als Tara bereits einspeichern
und damit automatisch herausrechnen. Zudem könnte die Waage dann gleich
Stückzahlen anstatt Gewichte anzeigen.

Wie MaWin jabereits ausgeführt hat gibt es Waagen mit Zählfunktion
bereits für kleines Geld. ( 2 kg / 1 g / Stückgewicht ab 2 g z.B. ab 170
Teuro)

Nun gut, die Software für einen AVR zu stricken ist nicht schwer, aber
ich bin ein weing ein Analoglegasteinker Ich habe hier am
eigentlichen Gewichtaufnehmer vier Dehnungsstreifen als Wheatstone
Brücke geschaltet. Diese gibt mir bei 2.5V Input einen Wert von etwa
-0.4mV als Ausgang, bei ca 300g sind es etwa 0.1mV und bei geschätzten
2kg sind es etwa 0.4mV.

Den negativen Nullpunkt kann man logischerweise durch "Verstimmen" der
Brücke mittels Zusatzwiderstand vermeiden.

Bei leerer Waage -0,4 mV, bei 300g +0.1 mV , bei 2000g +0,4 mV ??
Das ist :
1). sehr unlinear
2). zu wenig für eine Waage mit Stückzählfunktion.

1 mV/V Empfindlichkeit der DMS-Brücke sollte schon vorhanden sein,
da eine interne Auflösung von 0.1 g für eine Zählwaage mit 2000 g
gebraucht werden.

Üblicherweise besitzen die Waagen heutzutage Sigma-Delta-A/D-Wandler
mit 20 / 24 bit Auflösung.

Fertige Wandler-IC mit Vorverstärker und Brückenspeisung für DMS
gibts u.a. von :
Analog, Cirrus-Logic, Maxim, Burr-Brown.

Gruß

Bernd

 

[Dirk Ruth]

On Sat, 23 Aug 2003 23:42:18 +0200, Ulrich Prinz
<uprinz2@netscape.net> wrote:

Hallo zusammen!

[.........]

Danke schon mal für jeden Tip, es würden auch ein paar Links oder
Bausteinnamen tun, nach Datenblättern such ich dann schon.

Schau Dir doch mal den UTI03 von Smatec an.
www.smartec.nl


Gibt's in kleinen Stückzahlen beo Conrad und sonst bei www.hy-line.de


Tschö
Dirk

 

[Ulrich Prinz]

Dirk Ruth wrote:

On Sat, 23 Aug 2003 23:42:18 +0200, Ulrich Prinz
uprinz2@netscape.net> wrote:


Hallo zusammen!


[.........]


Danke schon mal für jeden Tip, es würden auch ein paar Links oder
Bausteinnamen tun, nach Datenblättern such ich dann schon.




Schau Dir doch mal den UTI03 von Smatec an.
www.smartec.nl


Gibt's in kleinen Stückzahlen beo Conrad und sonst bei www.hy-line.de

Hallo Dirk!

Vielen Dank, das Teil scheint praktisch und ein Preis von 10€ bei Conrad
bedeutet 5€ bei einem guten anderen Disti, was das ganze in einen
bezahlbaren Rahmen bringt. Eine Frequenz kann ein ATMEL recht einfach
messen.

Danke

Ulrich

 

[MaWin]

Ulrich Prinz <uprinz2@netscape.net> schrieb im Beitrag <biadoo$6te$06$1@news.t-online.com>...

Ich versuche daher inzwischen auf Maxim, bis auf einige Ausnahmen wieder
zu verzichten.

Och, es gibt eine Reihe mehr, AD771x bekommst du bei www.segor.de,

LTC2400 bei jedem, ADS1242 von BurrBrown (TI) oft als Sample, etc.
Ich wuerde ruhig viel Bits nehmen, denn schnell muss die Wandlung
ja nicht sein.

Natuerlich gibt es das meiste, was Maxim anbietet nicht, die sind
ja auch einen kundenspezifische Firma. Mal die Akzeptanz testen,
mal ein paar Entwicklungsmoeglichkeiten vorstellen, und wenn dann
jemand 1 Mio Steuck ordert, kann man mal die Fabrikbaender anlaufen
lassen. Das ist halt Maxim.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Ulrich Prinz]

MaWin wrote:

Ulrich Prinz <uprinz2@netscape.net> schrieb im Beitrag <biadoo$6te$06$1@news.t-online.com>...

Ich versuche daher inzwischen auf Maxim, bis auf einige Ausnahmen wieder
zu verzichten.


Och, es gibt eine Reihe mehr, AD771x bekommst du bei www.segor.de,
LTC2400 bei jedem, ADS1242 von BurrBrown (TI) oft als Sample, etc.
Ich wuerde ruhig viel Bits nehmen, denn schnell muss die Wandlung
ja nicht sein.

Jep, bin schon an einigen Stellen fündig geworden. Habe auch kein
Problem 24-Bit mit einem 8-Bit Proz ala ATmega32 oder ATmega128 zu
verwursten. Schnell muss das wirklich nicht sein. Bei drei Messungen pro
Sekunde bin ich allemal schnell genug.

Ich erprobe aber noch ein Verfahren, dass ganz anders funktioniert. Ich
leer zwei Kondensatoren an den Enden der Brück und lasse diese aufladen.
Dabei mess ich die Zeit bis zu einem bestimmten Spannungsanstieg. Das
Verfahren ist gegenüber äußeren Störeinflüssen unempfindlicher, hängt
aber von der Qualität und vor allem der Toleranz der Kondensatoren ab.
Mal sehen, was sich da erbgibt. Damit könnte ich auf einen A/D
vollständig verzichten. Muss halt mal herausfinden, ob es Kondensatoren
in geforderter Qualität und Toleranz gibt, nützt aber erst was, wenn ich
den Testaufbau an meinem ATmega103 Devel-Kit getestet habe und die
Kondensator Werte bekannt sind.

Natuerlich gibt es das meiste, was Maxim anbietet nicht, die sind
ja auch einen kundenspezifische Firma. Mal die Akzeptanz testen,
mal ein paar Entwicklungsmoeglichkeiten vorstellen, und wenn dann
jemand 1 Mio Steuck ordert, kann man mal die Fabrikbaender anlaufen
lassen. Das ist halt Maxim.

Tja, leider nützt das nicht viel, wenn die ihre Factoray mal eben mit
irgendwas für einen Kunden auslasten und man als kleine Firma auf seine
bestellungen 3 Monate warten muß nur um eine Mail zu bekommen, dass es
noch einmal drei Monate dauern kann. Da hilft nur eines: Redesign ohne
Maxim, was erheblich billiger als eine Konventionalstrafe ist.

Schade, aber außer MAX232 und MAX3232 werde ich von denen nix mehr
ordern, alles andere was ich von denen mal benötigt habe gibt es ähnlich
auch von AD oder ST oder BB/TI.

Gruß,

Ulrich

 

[Bernd Winchenbach]

"Ulrich Prinz" <uprinz2@netscape.net> schrieb im
Newsbeitrag news:biaeah$2p0$00$1@news.t-online.com...

Hallo Ulrich,

Die Werte sind geschätzt. Als Referenz für das Gewicht dienten mir
einige Gegenstände wie z.B. eine Rolle Lötzinn oder eine CD-Hülle. Es
ging mir darum überhaupt einen Ansatz für den notwendigen Meßbereich zu
finden. Die Waage sollte im bereich von 0..500g bei einer Auflösung von
0.1g arbeiten. Das aus einer defekten Waage ausgebaute DMS-Modul hat
diesen Bereich abgedeckt. Die Elektronik der Waage steht leider nicht
mehr zur Verfügung.

Hast du die Daten der alten Waage noch ?
Wenn du Typenbezeichnung/Hersteller auf der Wägezelle findest,
kann ich dir höchstwahrscheinlich das Datenblatt dazu besorgen.

Üblicherweise haben Single-Point WZ 2mV/V und eine Widerstand
zwischen 350 und 1000 Ohm. Speisespannung ist typisch <= 10(15) Volt.

Ich habe die Spannungen per Labornetzteil und TrueRMS Digitalmultimeter
herausgefunden. Ich weiß mom nicht, welchen EIngangswiderstand as DMM
hat.

Bei dem Ausgangswiderstand der DMS unkritisch, 0,01 mV Auflösung sollte
das DMM schon haben. Mit 10 V DC speisen, dann messen.

Zudem war die Schaltung freifliegend. Ich werde das heute Abend mal
vernünftig aufbauen und mit einem sehr hochohmigen Tastkopf ausmessen.
Es ist mir aufgefallen, dass die Beschreibeungen zu DMS-Waagen immer
bestimmte Bereiche nutzen, also 20mV 40mV und 80mV. Ich kann mir nicht
vorstellen, dass dieser Waagenhersteller so weit davon abweicht. Es muss
sich also um einen Fehler in meinem Meßaufbau handeln.

Wie gesagt 20 mV Ausgang bei 10 V Speisung ( 2mV/V) sind Standard.

Vielleicht ist es aber eine 5 kg WZ, dann hast du mit 10 % Auslastung
schlechte Karten.

Wichtig ist auch die Ausgangsspannung im unbelasteten Zustand.
Abweichungen von Null deuten auf eine Verformung des Messkörpers,
in dieser Gewichtsklasse üblicherweise Alu, hin.

Gute Zählwaagen bis 500g werden auch nicht mit DMS sondern mit
Kraftkompensations-Aufnehmern ( z.B. Sartorius / Mettler) realisiert.

DMS unter 5 kg sind empfindlich in Bezug auf Temp. / Hysterese /
mechanische Überlastung über 150 %.

Gruss

Bernd

 

[Ulrich Prinz]

Bernd Winchenbach wrote:

"Ulrich Prinz" <uprinz2@netscape.net> schrieb im
Newsbeitrag news:biaeah$2p0$00$1@news.t-online.com...

Hallo Ulrich,


Die Werte sind geschätzt. Als Referenz für das Gewicht dienten mir
einige Gegenstände wie z.B. eine Rolle Lötzinn oder eine CD-Hülle. Es
ging mir darum überhaupt einen Ansatz für den notwendigen Meßbereich zu
finden. Die Waage sollte im bereich von 0..500g bei einer Auflösung von
0.1g arbeiten. Das aus einer defekten Waage ausgebaute DMS-Modul hat
diesen Bereich abgedeckt. Die Elektronik der Waage steht leider nicht
mehr zur Verfügung.


Hast du die Daten der alten Waage noch ?
Wenn du Typenbezeichnung/Hersteller auf der Wägezelle findest,
kann ich dir höchstwahrscheinlich das Datenblatt dazu besorgen.

Das Teil ist die kleine Waage von Conrad. Irgendwas wie DWP500 oder so

gewesen. Muss ich noch mal nachsehen. Eine Anleitung dazu habe ich, aber
eben nur über die Bedienung der Waage selbst, einen Hersteller des
eigentlichen Aufnehmers habe ich nicht. Wäre ja schön diesen zu wissen
um bei einer eventuellen Serie dieses Gerätes nicht immer eine ganze
Waage kaufen zu müssen.

Üblicherweise haben Single-Point WZ 2mV/V und eine Widerstand
zwischen 350 und 1000 Ohm. Speisespannung ist typisch <= 10(15) Volt.

Also der Widerstand der einzelnen DMS kann ich nicht messen, weil sie

als Brücke bereits auf dem Aufnehmer zusammen geschaltet sind, wobei da
bereits ein Widerstand zusätzlich drauf ist. Dazu kommt dann noch, dass
die Lötstellen mit einer Art Heißkleber vergossen sind. Zwischen den
beiden Ausgängen oder Eingängen ohne Widerstand mess ich 263R.

Ich habe die Spannungen per Labornetzteil und TrueRMS Digitalmultimeter
herausgefunden. Ich weiß mom nicht, welchen EIngangswiderstand as DMM
hat.


Bei dem Ausgangswiderstand der DMS unkritisch, 0,01 mV Auflösung sollte
das DMM schon haben. Mit 10 V DC speisen, dann messen.

Die Waagenelektronik ist komplett mit 5V versorgt. Ich habe sie

inzwischen doch gefunden. Leider sind einige Käfer abgeschliffen, also
nicht mehr identifizierbar.

Zudem war die Schaltung freifliegend. Ich werde das heute Abend mal
vernünftig aufbauen und mit einem sehr hochohmigen Tastkopf ausmessen.
Es ist mir aufgefallen, dass die Beschreibeungen zu DMS-Waagen immer
bestimmte Bereiche nutzen, also 20mV 40mV und 80mV. Ich kann mir nicht
vorstellen, dass dieser Waagenhersteller so weit davon abweicht. Es muss
sich also um einen Fehler in meinem Meßaufbau handeln.


Wie gesagt 20 mV Ausgang bei 10 V Speisung ( 2mV/V) sind Standard.

Vielleicht ist es aber eine 5 kg WZ, dann hast du mit 10 % Auslastung
schlechte Karten.

Nein es ist eine 500g Waage bei 0.1g Auflösung, das weiß ich sicher.

Wichtig ist auch die Ausgangsspannung im unbelasteten Zustand.
Abweichungen von Null deuten auf eine Verformung des Messkörpers,
in dieser Gewichtsklasse üblicherweise Alu, hin.

Jep, das DMM ist hochohmig, aber der Oskar-Test steht noch an. Der hat

1MR oder 5MR je nach Tastkopf.

Gute Zählwaagen bis 500g werden auch nicht mit DMS sondern mit
Kraftkompensations-Aufnehmern ( z.B. Sartorius / Mettler) realisiert.

??? Muss ich mal zu stöbern.

DMS unter 5 kg sind empfindlich in Bezug auf Temp. / Hysterese /
mechanische Überlastung über 150 %.

Also Temp kann ich vielleicht über einen Fühler ausgleichen, der AVR hat

ja eh nix zu tun, wenn er das bissen wiegen machen soll. Dann kann er
auch ein wenig Temp-Kompensation berechnen.

Gruss

Bernd

Dito und vielen Dank für die Infos.

Ulrich

 

[Ulrich Prinz]

Bernd Winchenbach wrote:

"Ulrich Prinz" <uprinz2@netscape.net> schrieb im
Newsbeitrag news:biaeah$2p0$00$1@news.t-online.com...

Hallo Ulrich,


Die Werte sind geschätzt. Als Referenz für das Gewicht dienten mir
einige Gegenstände wie z.B. eine Rolle Lötzinn oder eine CD-Hülle. Es
ging mir darum überhaupt einen Ansatz für den notwendigen Meßbereich zu
finden. Die Waage sollte im bereich von 0..500g bei einer Auflösung von
0.1g arbeiten. Das aus einer defekten Waage ausgebaute DMS-Modul hat
diesen Bereich abgedeckt. Die Elektronik der Waage steht leider nicht
mehr zur Verfügung.


Hast du die Daten der alten Waage noch ?
Wenn du Typenbezeichnung/Hersteller auf der Wägezelle findest,
kann ich dir höchstwahrscheinlich das Datenblatt dazu besorgen.

Üblicherweise haben Single-Point WZ 2mV/V und eine Widerstand
zwischen 350 und 1000 Ohm. Speisespannung ist typisch <= 10(15) Volt.


Ich habe die Spannungen per Labornetzteil und TrueRMS Digitalmultimeter
herausgefunden. Ich weiß mom nicht, welchen EIngangswiderstand as DMM
hat.


Bei dem Ausgangswiderstand der DMS unkritisch, 0,01 mV Auflösung sollte
das DMM schon haben. Mit 10 V DC speisen, dann messen.


Zudem war die Schaltung freifliegend. Ich werde das heute Abend mal
vernünftig aufbauen und mit einem sehr hochohmigen Tastkopf ausmessen.
Es ist mir aufgefallen, dass die Beschreibeungen zu DMS-Waagen immer
bestimmte Bereiche nutzen, also 20mV 40mV und 80mV. Ich kann mir nicht
vorstellen, dass dieser Waagenhersteller so weit davon abweicht. Es muss
sich also um einen Fehler in meinem Meßaufbau handeln.


Wie gesagt 20 mV Ausgang bei 10 V Speisung ( 2mV/V) sind Standard.

Vielleicht ist es aber eine 5 kg WZ, dann hast du mit 10 % Auslastung
schlechte Karten.

Wichtig ist auch die Ausgangsspannung im unbelasteten Zustand.
Abweichungen von Null deuten auf eine Verformung des Messkörpers,
in dieser Gewichtsklasse üblicherweise Alu, hin.

Gute Zählwaagen bis 500g werden auch nicht mit DMS sondern mit
Kraftkompensations-Aufnehmern ( z.B. Sartorius / Mettler) realisiert.

Hallo Bernd!

Da der Thread in der News schon langsam wieder verwaist erlaube ich mir
die Anfrage parallel auch per eMail.

Du schreibst von Kraftkompensationsaufnehmern. Leider finde ich dazu nur
Vorlesungsbeiträge diverser Hochschulen. Ich würde später schon gerne
reine DMS oder die KKA einzeln kaufen und suche daher nach Bezugsquellen
für soetwas. Aber ich finde da nix. Auch Sartorius und Mettler bieten
nur fertige Waagen an, aber keine einzelnen Sensoren. Kennst Du da eine
Bezugsquelle. Ich meine, wenn die einzelnen Module teurer sind als eine
Waage, dann lohnt es nicht. Dann würde ich eher versuchen meine
Elektronik in das vorhendene Waagengehäuse zu integrieren, aber schöner
wäre es umgekehrt.

Danke schon mal

Ulrich