Spannung messen

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Hallo,

ich habe mich bereits etwas durch das Forum gelesen, konnte aber keinen richtigen Ansatz für meinen Gedanken finden...

Ich habe ein Arduino Duemilanove Board und ein 2-Zeillen LCD... Das Display funktioniert einwandfrei!

Jetzt möchte ich im KFZ-Bereich Spannungen messen! Um genau zu sein Sensoren im Auto auslesen (Wasser- und Öltemperatur).

Ich habe jetzt schon mehrmals gelesen das ich, logisch, Widerstände brauche... Nur welche jetzt genau? Es können Spannungen bis 15V anfallen... Vllt kann mir jemand helfen und evtl ein kleines Bild zur Schaltung bereitstellen??

Danke schonmal im Voraus!

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stresch89:
Jetzt möchte ich im KFZ-Bereich Spannungen messen! Um genau zu sein Sensoren im Auto auslesen (Wasser- und Öltemperatur).

Ich habe jetzt schon mehrmals gelesen das ich, logisch, Widerstände brauche... Nur welche jetzt genau? Es können Spannungen bis 15V anfallen... Vllt kann mir jemand helfen und evtl ein kleines Bild zur Schaltung bereitstellen??

In der Messschaltung fallen nur Spannungen bis 5V an, wenn Du die Sensoren nicht am KFZ-Bordnetz betreibst, sondern an der Arduino-Betriebsspannung. D.h. Du mußt für den Arduino UND für die Sensoren eine auf 5V stabilisierte, einwandfreie Spannung herstellen, mit der dann der Arduino und die Spannungsteilerschaltung der Sensoren versorgt wird.

Hinweis: Die Netzteil-Eingangsbuchse des Arduino einfach mit dem Kfz-Bordnetz zu verbinden, ist keine einwandfreie Stromquelle, da diese Arduino-Eingangsbuchse nur für eine einwandfrei geglättete Gleichspannung von maximal 12 Volt vorgesehen ist, aber nicht für ein Bordnetz mit 13,2V Nominalspannung, Schwankungen von 8 bis 15 Volt und zwischendrin Spannungsspitzen bis hoch zu 80 Volt, die Deinen Arduino ohne entsprechende Vorsichtsmaßnahmen killen würden.

In den letzten 24 Stunden sind von anderen Forenteilnehmern bereits zwei ältere Threads hochgewühlt worden, in denen ich sowohl die prinzipielle Messschaltung als auch Berechnungsformeln und Funktionen hergeleitet und gepostet habe:

Temperaturmessung mit NTC-Widerständen, unter anderem auch für VDO-Öltemperaturgeber:
http://forum.arduino.cc/index.php?topic=155733.msg1170722#msg1170722

Funktion für VDO Öldrucksensor 5 bar:
http://forum.arduino.cc/index.php?topic=155733.msg1325925#msg1325925

Funktion für VDO Öldrucksensor 10 bar:
http://forum.arduino.cc/index.php?topic=152024.msg1572764#msg1572764

Vielleicht schaust Du mal die beiden Threads insgesamt durch.

Als Spannungsversorgung im Kfz für die Arduino-Schaltung würde ich vielleicht einen DC/DC-Step-Down-Regler als Verbindung zwischen Kfz-Bordnetz und Arduino verwenden, der am Ausgang auf ca. 7,5 V eingestellt ist und damit den Arduino an der Netzteil-Eingangsbuchse versorgt. Den Step-Down-Regler eingangsseitig mit einer zusätzlichen Suppressordiode geschützt.

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Hmm....

also das mit 5V Betriebsspannung des Arduino ist mir klar und das habe ich auch im Griff...nur versteh ich nicht ganz wie du das mit den Sensoren meinst... also ich dachte mir, dass wenn ich entsprechende Widerstände benutze, ich während dem Betrieb des KFZ direkt messen könnte! Meine Idee war eine Art Multifunktionsanzeige... Ich bin jetzt nicht super bewandert im Schaltplan-Lesen, deshalb mal die Frage ob du mir grob Aufzeigen könntest welche Widerstände ich wie schalten müsste um z.b. einfach die Batteriespannung zu messen?!

Gruß Silas

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stresch89:
deshalb mal die Frage ob du mir grob Aufzeigen könntest welche Widerstände ich wie schalten müsste um z.b. einfach die Batteriespannung zu messen?!

Ich bin nicht der Spezialist dafür. Ich weiß nur, dass Dein Messfall, bei dem Du Arduino-Eingänge mit dem Kfz-Bordnetz verbinden möchtest, zusätzliche Absicherungen an jedem Eingang erfordern, der mit dem Bordnetz verbunden ist.

Am besten liest Du Dich selber ein:
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23

Demgegenüber brauchen alle diejenigen, die nur die Arduino-Stromversorgung mit dem Bordnetz verbinden (also nicht die Ein-/Ausgänge), im Allgemeinen nur die Spannungsversorgung speziell absichern, wenn sie die Sensoren (Temperaturgeber, Druckgeber) nicht aus dem Bordnetz versorgen, sondern mit der 5V-Spannung aus dem Arduino. Allenfalls wenn am Kfz mit einem Elektroschweißgerät hantiert werden soll, müßten diese den Arduino dann zum Schweißen an der Karosserie zeitweise entfernen.

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Fangen wir mal mit dem einfachsten an: Messen der Batteriespannung:

Zwischenablage01.jpg
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zunächst brauchst du einen Spannungsteiler (R1 und R2), der dir die zu messende Spannung auf Arduino-verträgliche 5V runterteilt.
Uad = Ubatt * R2 / (R1+R2) mit 4,7k/15k kannst du bis ca. 20V messen. bzw 1 bit entspricht 20,48mV Ubatt.

Damit dein AD aber vernünftige Werte mißt, mußt du das Signal glätten, damit nicht jeder zappler das Messergebnis beeinflußt.
Dafür sind die beiden Kondensatoren: der Dicke (22µF) zum glätten, der Kleine für die schnellen Zappler, die der Dicke nicht mitkriegt.

Da aber nun im KFZ-Bordnetz böse Spannungsspitzen unterwegs sind (teilweise über 100V) müssen wir den Arduino davor schützen.
dafür dienen die Dioden. Zuerst eine 12V Zenerdiode, die die groben Dinger platt macht. Warum 12v nicht 5V?
Weil Zenerdioden auch bereits vor erreichen der Knickspannung Strom ziehen und damit das Messergebnis verfälschen würden.
Mit einer 12V Diode ist der Abstand groß genug. Den Rest, der durchkommt, den begrenzen die beiden Schottky-Dioden auf Werte, die dem Arduino nicht schaden.

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Hallo guntherb,

ich bin Arduino newbie, habe aber sehr schnell eine konkrete Anwendung gefunden.

Mir macht ein Wechselrichter (12V auf ~220V) im Wohnmobil
großen Ärger. Das Ding schaltet immer wieder ab.

Ich möchte nun die 12V Spannungsversorgung des Wechselrichters
mit Arduino und Data Logger Shield genau überwachen.
Ich denke dein Schaltungs-Vorschlag ist dazu sehr gut geeignet.

Bei der praktischen Umsetzung tauchen nun folgende Fragen auf.

Habe ich die Anschlüsse richtig verstanden ?

Ardu-5V = Stromversorgung für Arduino Board (also keine weitere Stromversorgung mehr notwendig)
Ardu-AD = Analog Eingang Arduino Board

Beim großen C kann ich genau die Bezeichnungen für die Dioden nicht finden.
Gehen auch folgende?

für D1 und D2 http://www.conrad.de/ce/de/product/164828/Schottky-Diode-Vishay-SB130-SB140-Gehaeuseart-DO-41-IF-1-A?queryFromSuggest=true

für D3 http://www.conrad.de/ce/de/product/180181/Zener-Diode-500-mW-Diotec-ZPD12V-Gehaeuseart-DO-35-Ptot-500-mW-Zenerspannung-12-V?queryFromSuggest=true

Danke schon mal für deine Hilfe

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ArduDo:
Ardu-5V = Stromversorgung für Arduino Board (also keine weitere Stromversorgung mehr notwendig)

Ja, das die 5V Arduinoversorgung, aber nein, der arduino brauchte noch eine eigene Versorgung!

Die Dioden sind auch gut zu verwenden.

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ArduDo:
Hallo guntherb,

ich bin Arduino newbie, habe aber sehr schnell eine konkrete Anwendung gefunden.

Mir macht ein Wechselrichter (12V auf ~220V) im Wohnmobil
großen Ärger. Das Ding schaltet immer wieder ab.
...

Wann schaltet das Ding denn ab? Wenn der Motor läuft oder wenn der Motor abgeschaltet ist? Ist der Wechselrichter genügend dimensioniert? Daten werden oft als W (Wirkleistung) angegeben die angeschlossenen Geräte haben aber einen Blindleistungsteil der den Strom erhöht.

Grüße Uwe

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Hallo Uwe,
der Wechselrichter gehört zu einer Pad Kaffeemaschine und wird als Set verkauft
http://www.kuehlbox-profi.de/Waeco-PerfectCoffee-PAD-01-Kaffeemaschine-12V-230V
Die Kaffeemaschine kann nur mit dem speziell dafür gebauten Wechselrichter an 12V betrieben werden
(die Leistung ist bei 12V Betrieb auf 350W begrenzt).
Der Kaffee ist Klasse aber ich habe aber nun schon den zweiten Wechselrichter auf Garantie bekommen.
Jetzt möchte ich bei dem neuen Wechselrichter beobachten was da schief läuft.

Dazu will ich die Versorgungsspannung und die Temperatur am Gehäuse mit dem Arduino Uno
und dem Adafruit Data Logger aufzeichen. Temperaturschrieb funktioniert schon.
Die Spannung möchte ich mit der von guntherb vorgeschlagenen Schaltung abgreifen.

Hallo guntherb,
die Schaltung läuft bereits. Der Spannungsteiler funktioniert prima.
Jetzt ist mir auch klar das der Anschluß Ardu-5V nicht als Stromversorgung
dienen kann weil dort auch die Spannung vom Spannungsteiler anliegt.
Also nehme ich meinen Batterieblock am 2,1 mm Power Plug.

Ich messe am Spannungsteiler mit dem Voltmeter exakt :
Messspannung für Arduino Analog Eingang = ((15kOhm+4,7kOhm)/4,7kOhm*Batteriespannung.
Beispiel 12,0 Volt Batteriespannung ergibt 2,86 Volt.

Damit gege ich auf Analog Input A0.
Ardu-GND ist klar
Aber wozu dient dann noch Ardu-5V ?

Ich verwende ein Arduino Uno R3.
Ist Ardu-5V vielleich für ein anderes Board?

Grüße Walter

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ArduDo:
Ardu-GND ist klar
Aber wozu dient dann noch Ardu-5V ?

Die beiden Dioden D1 und D2 dienen dazu, den Arduino-Eingang vor schädlichen Spannungsspitzen zu schützen.
Dies passiert, in dem D2 negative Störspitzen nach GND ableitet und damit die Spannung am AD-Pin auf minimal -0,4V begrenzt.
Und die D1 leitet positive Spannungsspitzen auf die 5V des Arduino ab und begrenzt damit auf 5,4V maximale Spannung am AD.

Um die Störer ableiten zu können muß deshalb D1 mit dem 5V Pin des Arduino verbunden sein.

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Ums nochmal deutlich zu machen:
Ardu-5V an 5V
Ardu-AD an A0
Ardu-GND an GND

Unbenannt-1.jpg
Unbenannt-1.jpg800×371 46.8 KB

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Hallo Gunter,

vielen Dank für die Erklärung.
Schlaue Schaltung.
D.h. der im Arduino eingebaute Spannungsregler wird benutzt
um evtl. auftretende Spanungsspitzen zu vernichten. Richtig?

Gruß
Walter

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ArduDo:
D.h. der im Arduino eingebaute Spannungsregler wird benutzt um evtl. auftretende Spanungsspitzen zu vernichten. Richtig?

Richtig.
Die "fetten" Störer werden durch die Z.Diode geklemmt, der Rest wird auf die Versorgung des Arduino abgeleitet.
Deshalb brauchts hier die Schotky dioden. Die leiten, lange bevor die Silizium Dioden im Arduino leitend werden.

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Ersteinmal meinen Dank für die Mühe die Lösung so übersichtlich darzustellen. Obwohl das letzte Update bereits einige Zeit zurück liegt, möchte ich jedoch noch zwei Fragen stellen.

  1. Gibt es einen Grund, warum einer der kleinere Kondensator Bipolar ist?
  2. Wieviel Spannung sollten die Kondensatoren vertragen können? Ich bin mir nicht sicher ob die so häufig angeführten Spannungsspitzen beim KFZ hinsichtlich der sehr kurzen Dauer hier relevant sind.

Gruß
Hermann

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hermann_ruedel:
Ersteinmal meinen Dank für die Mühe die Lösung so übersichtlich darzustellen. Obwohl das letzte Update bereits einige Zeit zurück liegt, möchte ich jedoch noch zwei Fragen stellen.

  1. Gibt es einen Grund, warum einer der kleinere Kondensator Bipolar ist?
  2. Wieviel Spannung sollten die Kondensatoren vertragen können? Ich bin mir nicht sicher ob die so häufig angeführten Spannungsspitzen beim KFZ hinsichtlich der sehr kurzen Dauer hier relevant sind.

Gruß
Hermann

  1. Ja, größere Kapazitätswerte in einem vertretbaren Volumen kann nur durch gepolte Kondensatoren realisiert werden (als Dielektrikum wird eine Oxidschicht auf der Aluminium oder Tantalelektrode verwendet. Die wird aber bei falscher Polarität chemisch abgebaut und der Kondensator geht kaputt). Somit erledigt sich die Frage.
  2. sind rilevant. Spannungsspitzen schlagen durch das Dielektrikum und schließen so den kondensator Kurz oder vermindern die aktive Fläche sprich Kapazität. Das passiert auch bei ultrakurzen Spannungspitzen.

Grüße Uwe

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Hallo gunther:

Ja, das die 5V Arduinoversorgung, aber nein, der arduino brauchte noch eine eigene Versorgung!

Eine Frage an dieser Stelle:
Wie würde eine professionelle Schaltung aussehen, welche die 5V aus dem Auto Bordnetz bereitstellt ?
Also Spannungspeaks absobiert und andere Dinge die dort so unterwegs sind.

Der 7805 an das Bordnetz geklemmt funktioniert temporär schon, wie macht das der Profi ?

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Verstehe ich die Antwort

uwefed:

  1. Ja, größere Kapazitätswerte in einem vertretbaren Volumen kann nur durch gepolte Kondensatoren realisiert werden (als Dielektrikum wird eine Oxidschicht auf der Aluminium oder Tantalelektrode verwendet. Die wird aber bei falscher Polarität chemisch abgebaut und der Kondensator geht kaputt). Somit erledigt sich die Frage.

wenn ich daraus ableite, dass ich auch "Monacor Elektrolyt Kondensator bipolar 22µF LSC-220NP" verwenden kann?

Danke im Voraus
Hermann

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hermann_ruedel:

  1. Gibt es einen Grund, warum der kleinere Kondensator Bipolar ist?

ja. 100nF Kondensatoren gibts nicht als Elko.
Und der zweite, wichtigere Grund: Keramische Kondensatoren haben einen wesentlich höheren Frequenzgang und filtern damit schnelle Störer, die ein Elko einfach passieren lassen würde.

Der zweite Kondensator (Elko) ist im wesentlichen dafüt da, mit R1 einen Tiefpass zu bilden, damit die gemessene Spannung ruhiger ist.

hermann_ruedel:
2. Wieviel Spannung sollten die Kondensatoren vertragen können?

da die Kondensatoren hinter den Schutzdioden liegen, können hier nicht mehr als 5V auftreten. Wenn doch, dann ist der Arduino kaputt.

rudirabbit:
Wie würde eine professionelle Schaltung aussehen, welche die 5V aus dem Auto Bordnetz bereitstellt ?
Also Spannungspeaks absobiert und andere Dinge die dort so unterwegs sind.

Die Frage kann man pauschal nicht beantworten, da es stark von der jeweiligen Anwendung abhängt. Vor allem, wieviel Strom wird benötigt, welche Anforderungen an EMV, SMD oder thruHole und ähnliches.

Wenn man die EMV mal weglässt, kann man das grob auf ein Konzept vereinfachen:

  1. Verpolschutz (z.B. Längsdiode, oder Sicherung + Querdiode, hängt vom Spannungsregler ab)
  2. Überspannungs und Transientenschutz (z.B. eine Supressordiode, Varistor, etc)
  3. Einen Spannungsregler (Linear oder DC/DC, möglichst hohe Eingangsspannung damit die Suppressordiode besser ausgewählt werden kann, nach möglichkeit automotive tauglich)
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Vielen Dank für die geduldigen Antworten. Sie haben mir gleich ein paar Richtungen aufgewiesen in denen ich mich aufschlauen kann. :smiley:

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Hi,

ich würde die Schaltung gerne nachbauen, finde aber keine Zenderdiode BZX55C12 bei Reichelt, wo ich immer bestelle.

Geht alternativ auch diese? ZF 12: Zenerdiode, 12 V, 0,5 W, DO-35 bei reichelt elektronik

Die Werte und Toleranz scheinen passend.
Die unterscheidet sich für mich in den Werten IF. Bei Reichelt 250mA, die BZX55C12 scheinbar 100mA: http://www.digikey.com/product-detail/en/fairchild-semiconductor/BZX55C12/BZX55C12-ND/977841

Ich bin Informatiker und da hört bei mir lange die Elektronikkenntnisse auf :frowning: Spielt der Unterschied eine Rolle oder kann ich die alternative Diode nutzen oder doch besser die angegebene BZX55C12 besorgen?

Vielen Dank und Gruß
Dennis