Arduino Nano: การวัดแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กด้วยอินพุตแบบอะนาล็อก

ฉันต้องวัด 0v เพื่อ 40mV อย่างถูกต้องที่สุดกับ ADC 10 บิตบนArduino Nano ฉันต้องการตัวอย่างเพียงประมาณหนึ่งต่อวินาทีเท่านั้น

ฉันวางแผนที่จะยึดขา AREF ที่ 40mV เหนือพื้นดินป้องกันอย่างถูกต้องทุกอย่างใช้ฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำผ่านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์และใช้แหล่งจ่ายไฟที่ราบเรียบอย่างเหมาะสม

ฉันน่าจะได้รับความแม่นยำประเภทใด
ฉันสามารถทำอะไรได้อีกเพื่อปรับปรุงความแม่นยำ

arduino adc

— CL22
แหล่งที่มา

ตรวจสอบแผ่นข้อมูลของตัวควบคุมของคุณสำหรับแรงดันอ้างอิงช่องว่างของวงที่มี จากนั้นออกแบบเครื่องขยายเสียงที่ขยายสัญญาณสูงสุดให้น้อยที่สุดภายใต้แรงดันอ้างอิงนั้น

— jippie

คำตอบ:

มีผู้เชี่ยวชาญที่ดีกว่าของ ADC ของนาโนมากกว่าฉัน แต่ฉันแน่ใจว่ามันจะมีปัญหาบางอย่างดังนั้นฉันจึงขอแนะนำแอมป์แน่นอน ฉันอยากจะแนะนำ op-amp ที่ทำงานจาก 5V (หรืออะไรก็ตามที่ nano ใช้) และ 0V op-amp จะต้องใช้ความสามารถแบบ rail-to-rail บนอินพุทและเอาท์พุทและได้รับการกำหนดค่าในโหมด non-inverting ด้วยอัตราขยายที่แปลง 40mV เป็นขนาดเต็มบนนาโน

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ถ้าเต็มสเกล (พูด) 3V คุณจะต้องได้รับ 3 / 0.04 = 75 ซึ่งหมายความว่า R2 / R1 = 74 (75 ลบ 1)

R1 จะมีความสุขที่ 100 โอห์มดังนั้น R2 จะเท่ากับ 7400 โอห์ม (7k5 ในแบบคู่กับ 560k ให้ 7k401 ซึ่งหวังว่าจะใกล้พอ op-amp จำเป็นต้องวิ่งด้วยความเร็วช้าเมื่ออ่านคำถามของคุณและมีหลาย อุปกรณ์ที่จะเหมาะจับไฟขณะที่ฉันโพสต์คำตอบและดู ...

AD8538มีลักษณะที่เหมาะสมและเพื่อไม่ AD8628 แต่อาจมีอีกหลายคนที่ได้อย่างง่ายดายพอดีใบเสร็จ

— แอนดี้อาคา
แหล่งที่มา

สเกลเต็มคือ Vcc แต่การให้แรงดันอ้างอิงบนขาของ AREF จะช่วยให้สามารถอ้างอิงเต็มสเกลที่ต่ำกว่าได้ตามต้องการ อย่างไรก็ตามการขยายสัญญาณยังคงเป็นที่ต้องการเนื่องจาก AREF ที่ต่ำกว่า 1.0 โวลต์ใช้งานไม่ได้ AFAIC (ไม่มีหลักฐานสารคดีเพียงปัญหาบางอย่างที่ฉันต้องเผชิญ)

— Anindo Ghosh

ทำไมไม่ใช้ตัวต้านทาน E12 ทั่วไปอีกต่อไป อัตราส่วนที่แน่นอนไม่สำคัญเกินไปตราบใดที่คุณรู้ว่าจะชดเชย เช่น. 12k ÷ 150 = 80 หรือ 33k ÷ 470 ≈ 70 แน่นอนว่านี่เป็นกรณีของแรงดันเอาต์พุต 3V ซึ่งอาจไม่เหมาะสม

— jippie

@ jippie ฉันเห็นด้วยอย่างสิ้นเชิง แต่คำตอบของฉัน "แนะนำ" วิธีการใส่ตัวต้านทานในแบบคู่ขนานและฉันไม่แน่ใจว่า OP รู้หรือไม่ เขาได้รับคำตอบเพิ่มเติมฟรี !!

— แอนดี้อาคา

+1 สำหรับคำแนะนำแอมป์สหกรณ์ AD8538 เป็นรายการโปรดส่วนตัวโดยเฉพาะในแพ็คเกจ SOT23 - ไม่มีพินที่ไม่มีความหมายพฤติกรรมการระบายความร้อนที่ดีเยี่ยม

— Anindo Ghosh

@AnindoGhosh - 20 เดือนใน ATMega328 แผ่นข้อมูล ดูเหมือนจะไม่พูดที่ใดก็ได้ในหน้า 650 ของสิ่งที่ช่วงค่าที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานภายนอกแรงดันไฟฟ้า Aref แต่ทั้งหมดของกราฟจำนวนมากที่มีการกล่าวถึงมีขีด จำกัด ล่างของ 1.8V :-(. Vcc อาจ> = 1.8 V และ AVcc อาจเป็น Vcc-0.3V ที่ต่ำที่สุดเท่าที่ 1.5V นั้นถูกกฎหมายการใช้การอ้างอิง bandgap ภายใน 1.1V ให้แรงดัน ADC สูงสุดต่ำกว่า V_ARef ภายนอกอาจถูกกฎหมาย แต่ไม่แน่นอน

— Russell McMahon

เดิมทีฉันไม่ได้วางแผนที่จะเพิ่มสิ่งนี้เป็นคำตอบ แต่มันสำคัญที่จะปล่อยให้มันจมอยู่ในความคิดเห็น

มันเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุดในการหันไปใช้แผ่นข้อมูลของไมโครคอนโทรลเลอร์ของคุณ และถ้าฉันถูกต้องเกี่ยวกับ Arduino Nano มี ATMEGA 168 นี่คือแผ่นข้อมูล ลักษณะไฟฟ้าเป็นส่วนที่คุณต้องรู้และตรวจสอบสิ่งที่มีก่อน

จุดคือแรงดันอ้างอิงขั้นต่ำคือ 1.0V - คุณสามารถดูได้ในหน้า 311 คุณจะต้องขยายสัญญาณอย่างน้อย 25 เท่าเพื่อให้ได้ความแม่นยำที่เหมาะสม

ตอนนี้ตัวเลือกที่ดีที่สุดขององค์ประกอบที่ฉันรู้ (แม้ว่าฉันเพิ่งจะรู้หัวข้อ) จะต้องใช้แอมพลิฟายเออร์เสียงรบกวนต่ำซึ่งสามารถใช้งานแบบ rail-to-rail อย่าง @Andyaka ได้ แล้วฉันคิดว่าตัวเลือกที่ดีที่สุดของการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าคือทางเลือกภายใน แม้ว่าพวกเขาอาจจะแตกต่างกันระหว่างอุปกรณ์ แต่ฉันคิดว่าความเสถียรควรเหมาะสมที่สุด ยิ่งไปกว่านั้นตัวต้านทานที่คุณเลือกควรอยู่ในแนวต้านที่ต่ำกว่าแทนที่จะสูงกว่าเนื่องจากมีความต้านทานต่อเสียงรบกวน อย่าลืมว่ามันมีความเสถียรตลอดเวลาและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ!

การกำหนดค่าที่ดีที่สุดของแอมพลิฟายเออร์อาจแตกต่างกันไป - แอมพลิฟายเออร์ที่ไม่แปลงอาจเริ่มต้นได้ดี แต่ความต้านทานอินพุตสูงอาจทำงานได้ไม่ดีกับสัญญาณของคุณ (แม้ว่ามันควรจะโอเค)

— TNW
แหล่งที่มา

ทำไมอิมพีแดนซ์อินพุตสูงถึงใช้งานไม่ได้กับสัญญาณ Arduino GPIOs ในโหมดอินพุตนั้นเป็นอิมพีแดนซ์อินพุตสูงทั้งหมดตามวิธีการเช่นเดียวกับ ADC ส่วนใหญ่

— Anindo Ghosh

@AnindoGhosh หากต้องโหลดแหล่งสัญญาณเพื่อวัดและทำไม่ถูกต้อง ฉันไม่สามารถบอกอะไรเกี่ยวกับลักษณะของสัญญาณของ OP ฉันคิดว่าคำแนะนำในโพสต์ของฉันนั้นรุนแรงเกินไปกับแอมป์ - มันอาจไม่ควรเกิดขึ้น แต่อิมพีแดนซ์อินพุตสูงเป็นสิ่งที่ฉันคิดว่ามันควรระวังไว้ดีกว่า

— TNW

ฉันเชื่อว่าการโหลดแหล่งสัญญาณหากจำเป็นต้องใช้เป็นวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงและเท่าเทียมกันโดยทั่วไปแล้วนักออกแบบจะพยายามให้ได้อิมพิแดนซ์สูงและอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำ ดังนั้น downvote ของฉันในคำสั่งที่ไม่มีเงื่อนไข

— Anindo Ghosh

@AnindoGhosh ฉันคิดว่ามันอาจจะดีกว่าที่จะคิดว่าคนรู้น้อยกว่า (โดยเฉพาะอย่างยิ่งการอ้างอิง 40mV ที่ทำให้ฉันสงสัย) ฉันอยากจะชี้ให้เห็นว่าทางเลือกระหว่างแอมพลิฟายเออร์และแอมพลิฟายเออร์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่าเราสามารถเปลี่ยนขั้วได้หรือไม่

— TNW

-4

คุณควรใช้เครื่องขยายเสียงเพื่อความแม่นยำสูงสุด

— Leon Heller
แหล่งที่มา

ขอบคุณ - แต่ทำไม ขั้นตอนพิเศษจะไม่เพิ่มเสียงรบกวนและความไม่ถูกต้องหรือไม่ วงจรเครื่องขยายเสียงประเภทใดที่ให้ผลดีที่สุด

— CL22

ฉันสมมติว่าแอมป์ปฏิบัติการเสียงรบกวนต่ำในการกำหนดค่าแบบไม่มีส่วนแบ่งสามารถทำได้ตราบใดที่คุณใช้ตัวต้านทานที่เสถียรเพื่อรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่

— TNW

สำหรับคนที่ประณามผู้ใช้รายอื่นโดยไม่ให้ข้อมูลนี่เป็นคำตอบที่เปลือยเปล่า คุณสามารถเพิ่มแผนงานหรือรายละเอียดเพิ่มเติมได้ไหม

— Chris Laplante