Jak najlepiej dopasować sygnał z czujnika MPX4115A do przetwornika A/C 20bit?

Sat Feb 10, 2007 12:06 pm   

Witam
Buduję układ, którego główną cześcią będzie czujnik ćiśnienia MPX4115a, i
właśnie jego wskazania chciałbym monitorować. Z racji tego, że potrzebna
jest jak najlepsza rozdzielczość chciałbym się zapytać jakie przeprowadzić
zabiegi, żeby uzyskać jak najlepszy, najbardziej precyzyjny wynik pomiaru
napiecia, dla przetwornika A/C o rozdzielczości 20bit. Zakres użyteczny w
moim projekcie wyjścia czujnika to jakieś 3-4,8 V.

Przetworniki zwykle mają zakres wejścia 0-5V. Jak ogólnie można dopasować
wyjście z czujnika, tak, by obejmowało jak największą część "skali"
przetwornika?
Czy stosować jakieś specjalne źródła napięcia odniesienia, czy wystarczy
wyjście z LM-a (czy napięcie Vref bedzie odpowiedniej jakości?) ?

Co już wiem?

1. Trzymać ścieżki tej czesci układu jak najdalej od ścieżek szybko
zmieniajacych stan (z ang. "hi-speed switching tracks")
2. Scieżki miedzy czujnikiem, a przetwornikiem jak najkrótsze.
3. Im większa rozdzielczość przetwornika tym lepiej.

Pomiary nie będą zbyt częste - myślę, maxymalnie 5 razy na sekundę, a
wystarczyłoby w ostatecznosci 2-3.

Czy stosować jakies filtry czy inne układy, tak by przetwornik nie wariował
mi na kliku najmniej znaczących bitach?


Pozdrawiam, Kuba

Sat Feb 10, 2007 12:40 pm   

Zrobienie tak precyzyjnego układu pomiarowego to nie lada wyzwanie. Napisz
sobie aplikację pozwalającą na obróbkę statystyczną danych to będziesz miał
wgląd na jakość pomiaru. Do celów określenia parametrów samego układu
pomiarowego wstaw na jeden kanał przetwornika jakieś precyzyjne źródło
napiecia. Będziesz wiedział o ile Ci pływa wynik.


operacyjnym.
Klasyczny układ wzmacniacza odwracajacego, przy czym na wejście
nieodwracające zamiast zera podajesz napięcie odejmowane. Jeżeli wzmacniacz
ma wzmocnienie większe niż 1 to napięcie odejmowane podziel przez
wzmocnienie.
Do zabawy w konfigurację takch rzeczy, projektowanie filtrów itp polecam
program symulujacy np LT Spice. Jeżeli nie masz doświadczenia to symulacje w
komputerze szybciej pozwolą zrozumieć istotę sprawy.


o stabilności pozwalającej zmierzyć te 20 bitów. Plicz jakiemu napięciu
odpowiada 1 bit w takiej rozdzieczości i szukaj odpowiednio dokadnego
źródła. Jest szansa że coś znajdziesz na stronie np. Analog Devices.Pamiętaj
też o stabilności w funkcji temperatury, jeżeli Twój układ będzie pracował
warunkach zmiennej temperatury.


pojedyńczych herców.
Jeżeli możesz próbkować częściej to filtruj też cyfrowo już uzyskane wyniki.

Generalnei poro informacji znajdziesz w notach aplikacyjnych dotyczących
czujnika, oraz przetwornika.

--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Sat Feb 10, 2007 1:10 pm   

Jakub Gocaliński napisał(a):

Czujnik ma Accuracy =1.5%. Jeśli ustabilizujesz go termicznie na
poziomie +-1C to zjedziesz z błędami temperaturowymi do ok 20Pa.
Dochodzą błędy histerezy, liniowość i stabilność (efekty starzeniowe).
Na przetworniku nie uzyskasz więc lepszej dokładności niż 0.2%.
Wystarczyłby przetwornik 10 bitowy ale możesz dać 12.


To zależy jaki LM. LM385 wystarczyłby (ale nie dla 20 bitów).

Filtr dolnoprzepustowy RC.

--
Pozdrawiam
MD

Sat Feb 10, 2007 1:26 pm   

Piotr "PitLab" Laskowski napisał(a):

Ale te napięcie też musi być wzięte ze stabilnego źródła. Trzeba by
ocenić czy więcej straci na dokładności mierząc pelny zakres sygnału
(traci trochę ponad 1bit rozdzielczosci) czy odejmując napięcia na
wzmacniaczu. Jeśli przetwornik A/D nie obciąża źródła sygnału to dałbym
wprost z MPX bez wzmacniacza. Tylko RC i ewentualny dzielnik (jeśli
przetwornik np ma Vin= 2.5V.



Jeśli pracuje w temperaturze pokojowej i nie ma stabilizacji termicznej
źródła to należałoby przyjąć np +-10C. Żeby zachować te 20 bitów
musiałby mieć źródło 0.05ppm/C.

--
Pozdrawiam
MD

Sat Feb 10, 2007 2:12 pm   

rozdzieczością 12 bitów potrzebowałem zawęzić zakres żeby uzyskać rozsądną
rozdzielczość. Sprzętowo ograniczam zakres wejściowy do 2 bitów bo
interesuje mnie tylko wąski odcinek pomiarowy - mierzę wysokość i zakres 2km
spokojnie mi wystarczy.
W ten sposób stosunkowo tanim kosztem (porządny wzmacniacz kosztuje mniej
niż >14 bitowy przetwornik) zbliżam siedo 14 bitów. Jeżeli liczyć wzrost
rozdzieczości metodami statystyczmymi (oversampling) to zbliżam się do 15-16
bitów co mne satysfakcjonuje.
Nie ukrywam że cały ukłąd analogowy jest dokładnie przeliczony,
przesymulowany i wielokrotnie sprawdzany w praktyce. Np. tutaj jest
porównanie pomiarów z urządzeniem referencyjnym
http://www.pitlab.pl/logi/061226_asw28_lolo.gif


docelowe nie będzie pracowało w temperaturze pokojowej. Będzie latało aż pod
chmury a tam są spore gradienty temperatur, zwłaszcza gdy wylatuje się z
ciepłego komina ;-)

--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Sat Feb 10, 2007 3:38 pm   

Piotr "PitLab" Laskowski wrote:


Na wykresie widać, że oba piki są równej wysokości a na opadającym
zboczu lokalne osobliwości na cienkiej linii są o ok 6m wyżej niż na
grubej (np. te na wysokości ok 260m). To jest około 80Pa różnicy. Byc
może to także wina przyrządu referencyjnego Tak czy inaczej to 12
bitów wystarczyłoby. Chyba że używasz słabszej wersji przetwornika
gwarantującej 11 bitów to wtedy warto walczyć o dodatkowy bit.


Jakby nie kombinował wyjdzie mu nie lepiej niż 0.5%.


--
Pozdrawiam
MD

Sat Feb 10, 2007 6:02 pm   

leszej klasy niż moje - przynajmniej ma 16 bitowy przetwornik i większe
możliwości kompensacji nieliniowości samego przetwornika. O ile autor
niczego nie skopał powinno być dokładniejsze.
Te różnice mogą wynikać z różnych algorytmów linearyzacji krzywej h(P), ale
może to być problem sprzętowy. Na pewno nie jest idealnie u mnie, bo widać
że po wylądowaniu wysokość rozjechała się o ok. 2m.
W tej chwili zajmujęsięczym innym, ale niedługo wrócę do tego problemu i
jeszcze będę go wałkował.
Muszę rozgryźć sposób przechowywania danych przez to urządzenie i pobawić
się na poziomie liczb i najlepiej kilku lotów. Wtedy powinno być widać
ewentualne zafalowania charakterystyki w funkcji wysokości spowodowane
błędami linearyzacji.


przetwornika. Według not katalogowych nie ma lepszych i gorszych. Chyba że
mówimy o różnych czujnikach. Autor wątku wspominał o MPX4115A.


nie trzeba. Przynajmniej jest to sporo dokładniej niż mógłby to oszacować
pilot.

--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Sat Feb 10, 2007 6:37 pm   

Piotr "PitLab" Laskowski napisał(a):

Na h(P) się nie znam ale może to być po prostu liniowość U(P).

Na pewno nie jest idealnie u mnie, bo widać

Histereza czujnika lub dryft temperaturowy. Musiałbyś pobadać go trochę.
Np wysterować podciśnieniem 5kPa (chyba odpowiada 400m ) i potrzymać
przez czas porównywalny z czasem lotu. Możesz też przymocować do
czujnika bloczek metalowy z termometrem i mierzyć wpływ temperatury na
wskazania a potem w locie obserwować zmianę temperatury.



Miałem na myśli przetwornik A/D. Np. zobacz sobie w 12 bitowym Max187
wersje ACP, BCP i CCP

http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX187-MAX189.pdf




--
Pozdrawiam
MD


--
Pozdrawiam
MD

Sat Feb 10, 2007 7:35 pm   

"Piotr "PitLab" Laskowski" <pitlab@pulapka.wp.pl> wrote in message
news:eqkgi3$afa$1@node1.news.atman.pl...


Racja:) Buduję wariometr, przyrząd mierzący prędkość wznoszenia, opadania
np. paralotniarza, mierząc aktualnie panujące ciśnienie.

I tak naprawdę zależy mi tylko na tym, żeby co jakiś czas obliczyć wysokość,
i porównać ją z poprzednio zczytaną, w ten sposób uzyskując prędkość w
pionie. wystarczyłoby to 2-5 razy na sekunde.

Także problem działania w różnych temperaturach nie jest chyba tu kluczowy..
bo kolejne pomiary będą dokonywane w bardzo zblizonych warunkach. Nawet
wspominając te kominy termiczne to różnica w temp powietrza nie jest duża, a
sam czujnik jest odporny na wpływ temperatury w przedziale 0-85 oC, co
wystaarcza w zupełności.

Kluczową kwestia jest wiec nie odczytanie dokładnego cisnienia, ale
różnicy w cisnieniach z kolejnych pomiarów.

Pozdrawiam, Kuba

Sat Feb 10, 2007 7:52 pm   

kilka charakterystyk, bo teraz można sobie tylko gdybać. :-)


Bazując na wewnętrznym źródle napięcia odniesienia przetwornika wskazania
wysokości potrafiły zmienić się nawet o 175m przy różnicy tempertur 40stC
(+26 -14)!!! W późniejszych wersjach z obecnym źródłem napięciowym wpływ
temperatury zmniejszył się do chyba (nie mogę znaleźć tego pomiaru) 2m na
40stC.
Ponieważ w tym zastosowaniu pomiary są względne (wzgledem punktu i
temperatury startowej) i w praktyce nie przekraczają 10stC
taka dokładność mi wystarcza. W prezentowanym locie temperatura wahała
sięmiedzy 4,8 a 9,8stC.



Jakby co używam przetwornika od Analoga w lepszej wersji (są dwie).

--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Sat Feb 10, 2007 8:04 pm   

akustyczny a skoki sygnału 2-5 razy na sekundę są mało przyjemne dla ucha. W
swoim wariometrze pomiary (a w zasadzie serie pomiarów) robię co 50ms,
właśnie po to aby uzyskać płynny dźwięk.


wysokości a do tego porzebny jest układ stabilny temperaturowo.



Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Sat Feb 10, 2007 8:10 pm   

"Piotr "PitLab" Laskowski" <pitlab@pulapka.wp.pl> wrote in message
news:eql550$ebg$1@node1.news.atman.pl...


Ale sygnał można generować na podstawie tego jaka była ostatnio zmierzona
prędkość... Co prawda zmiana częstotliwosci pikania następowalaby 2-5 razy
na sekundę, ale nie było by i tak źle Sprawdzone :)


ale to raczej jako dodatek bym traktował. Jasne, że przydatny, ale nie
kluczowy w dzialaniu.


Czyli po prostu wybrać dobre źródł referencyjne, tak?

Pozdraiwam, Kuba

Sat Feb 10, 2007 9:00 pm   

przez Mariusza ma 0,8ppm/stC to wspominany LM385 ma 150ppm/stC. To pokazuje
skalę problemu.

--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Sat Feb 10, 2007 11:31 pm   

Piotr "PitLab" Laskowski napisał(a):

Można użyć wewnętrzne źródło w Max187 ma 30ppm/st albo użyć zewnętrzne
mające np 10ppm/st za 20zł. Tylko, że ograniczeniem może być jednak ten
czujnik. Pracowałem z czujnikami na mniejszy zakres MPX5010 - też
kompensowane ale gorsze bo miały 5% a nie 1.5. Niektóre miały
temperaturowy dryft offsetu rzędu 50 inne 300ppm. Nie zdziwiłbym się
gdyby te miały nawet 10ppm/st. Te wartości ppm to oczywiście od FS.


--
Pozdrawiam
MD

Sun Feb 11, 2007 10:33 am   

Sam już nie wiem jak to liczyć. Dokumentacja podaje ze bład czujnika liczy
się jako:
+- (Pressure Error x Temp. Factor x 0.009 x VS). Czyli wpływ temperatury to
(Temp factor =1) x 0,009 x (VS=5V), czyli błąd wynosi 0,045V full scale
(~4,5V)
czyli 100ppm w zakresie 0-85stC

--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl