Galvanisch getrennte Spannungsmessung per I²C

Die Messung per I²C läuft jetzt im aktuellsten Programm der Franzbox!
derzeit bis 160V, aber das ist nur eine Frage des Eingangsspannungsteilers.
Hier wird zwar die "Akkuspannung" angezeigt, aber nur deshalb, weil
ich da schöner testen kann, und weils für die Strommessung noch ein paar
Änderungen im Programm braucht. Ich hätte gerne beide Möglichkeiten
einstellbar bzw sogar automatisch umgeschaltet, entweder wie bisher
Strommessung per LEM und Onboard AD-Wandler ohne Spannungsmessung
und als Option die genauere Messung per I²C extern und galvanisch getrennt
inklusive Akkuspannung.       ............sieht schon mal sehr gut aus!

Hier taucht auch wieder mal die Frage auf Shunt oder Induktiver Wandler.
Weil die Spannungsmessung ohnehin schon eine Verbindung zum Akkupack hat
wäre für den Shunt nur noch eine Leitung zusätzlich zu legen.
Der Shunt hätte den größten Vorteil bei geringen Strömen, weil da 0A
auch 0,0V Messignal ergeben, keine Drift, kein Nullabgleich,
da kommts nur auf die Qualität des Messverstärkers an.
Hier ist aber alles möglich, mal Preise und Verfügbarkeit checken!
So ein Shunt liegt preislich wohl irgendwo bei 50 Euro, und ist damit deutlich teurer
als ein LEM-Wandler für unter 20Euro.Die LEM-Wandler arbeiten erstaunlich gut,
aber mit 1-2% Fehler muss man immer rechnen und der Nullpunkt wandert ein bisschen
mit der Temperatur. An einem 10Bit AD-Wandler ist ein Schritt schon 1,6A
Da kann man keine Wunder erwarten, und zur Messung des Nachladens mit
10A oder so genügt das halt einfach nicht. Zum Ah-zählen bei Strömen um 150A
reichts aber locker!
Wie schon gesagt, es kommt halt drauf
an, welche Messeigenschaften man haben will, und was man bereit ist, dafur zu bezahlen.
Shunts sind in der Regel auf 50 ; 60 ; 100; oder 200mV Ausgangsspannung
abgeglichen, und weil die Last im Fall eines Antriebs nicht dauerhaft anliegt darf man den
hier auch mal etwas knapp dimensionieren. Ein 300A/100mV -Shunt kann hier also
durchaus auch für 600A/200mV verwendet werden. Das hält der schon ein paar Minuten aus!
Allerdings: 500A und 200mV sind schon 100W Verlustleistung! das darf man nicht
auf die leichte Schulter nehmen! Da verwundern die Abstimmungen auf 50mV nicht!
Aber dann ist der Messverstärker wirklich gefordert, wenn das so um 0A auch
noch passen soll!

Die Signale laufen übrigens auch schon über den Isolator, und das Problem
des Programm-Stillstandes bei "offenem" I²C-Bus ist inzwischen auch gelöst

Kleiner Nachtrag 5.12.13:
Mit einem anderen Spannungsteiler (60k + 500R =121:1) kann jetzt bis 247V
gemessen werden, Das passt fürs erste.
Leider ist die ganze Ausleserei in der Interrupt-routine nicht ganz unproblematisch.
Es kommt zu etwas seltsamen Timing-Problemen??? im Display die ich vorher nicht
feststellte. Mehrstellige Zahlenwerte die ich direkt anzeigte wurden sporadisch nur
einstellig dargestellt, wodurch die Anzeige gelegentlich flackerte und zuckte.
Dies betraf hauptsächlich das Menue und die Anzeige der Amperestunden bei 100%.
Ich konnte zwar die wirkliche Ursache noch nicht feststellen, aber als "Workaround"
wandle ich diese Werte jetzt in einen String bevor ich sie anzeige. Dann passt die Anzeige!
Ich muss zumindest den Strom-Wert unbedingt in einer Interrupt- Schleife einlesen,
und dann auch beide Kanäle abwechselnd. Weil der AD-Wandler dazu auch jedesmal
umkonfiguriert werden muss sind das durchaus einige Daten auf den I²C-Leitungen.
Die Spannung bräuchte zwar nicht derart oft gemessen werden ( ca 15x je Sekunde),
aber anders wärs noch komplizierter, weil ja die ganzen Schreib- und Lesevorgänge
koordiniert sein müssen.Erst IC ansprechen, Kanal aktivieren, ein bisschen warten und
dann auslesen.
Der Zeitliche Ablauf und die Berechnungen laufen im Hintergrund so wie bisher,
und die Werte sind nach wie vor korrekt, es ist noch kein unlösbares Problem aufgetaucht.

Galvanisch getrennte Spannungsmessung mit MCP3426 und ADUM2250

Der Messaufbau ist zwar sehr primitiv und nur mal schnell zusammengelötet,
aber so funktioniert das schon recht gut und genau so wie erhofft.

Als AD-Wandler dient ein MCP3426, das ist der kleine I²C delta-sigma-Stromwandler
in den ich mich regelrecht verliebt habe und der für diesen Zweck hervorragend geeignet ist.
12 14 oder 16Bit Auflösung bei +- 2,048V Eingangsspannung gegen einen Bezugspunkt
der nicht auf GND liegen muss das Ganze zwei Mal, Referenzspannung etc "On Board"
Es ist keinerlei externe Beschaltung notwendig ausser Spannungsversorgung und I²C
Der funktioniert von 3-5,5V und ausserdem ist noch ein "gain" also ein Vorverstärkungsfaktor
von 1  ;  2  ; 4 oder 8 einstellbar das ergibt z.B. einen Eingangsbereich von +- 0,256mV
bei einer Auflösung von 65536 Schritten bei 16Bit ok, braucht nicht jeder so fein, und dann
wird der Wandler auch langsam, aber 12Bit sind auch noch 4096 Schritte
bzw 14bit 16384Schrittegesamt also 8192 von 0-maximum.
Damit kann man direkt einen Strom-Shunt auslesen. (meist auf 200mV abgeglichen)
15 SPS (16 bits)  60 SPS (14 bits)  240 SPS (12 bits) (SPS= Messungen pro Sekunde)
wie ich in teinem älteren Post schon mal erwähnte kann man bei +-2,048V Eingang
und Betrieb an 5V einen LEM Stromwandler ebenfalls direkt anschliessen.
Der Messbereich des LEM HASS200S geht dann bis +- 645A also mehr als nötig für
das Maximum von +-600A.
Die Ansteuerung per I²C ist erstaunlich einfach.
Weil es immer wieder die gleichen Befehlssequenzen sind ist das in Bascom mit
wenigen Zeilen Programm erledigt. Die Zahlen auf dem Display der Franzbox
(:7:32:16) sind die drei Byte, die pro Messung empfangen werden
also highbyte, lowbyte, Statusbyte  7 x 256 + 32 ergibt 1824.

Das schöne am MCP3426 ist, dass die Eingangsspannung schon korrekt ausgegeben
wird. 1824 sind bei 12 Bit und den 2,048V Referenz auf +- 2048 Schritte
exakt 1,824V am Eingang!

Das ist wesentlich schöner zu berechnen als z.B. 1024 Schritte bei 5,07V Referenz
umzurechnen wie das beim Onboard-AD-Wandler des Atmega üblich ist.

........wer hier mal meinen Spannungsteiler genauer anschaut wird feststellen, dass
da was nicht stimmen kann......ich habe mal wieder dieses doofe Messinstrument
erwischt, das bei leerer Batterie ohne Warnung zu viel anzeigt.......und habs im Programm
angepasst, ohne lange zu überlegen. Dieses Messgerät wird jetzt entsorgt!

Für die galv.Trennung des I²C-Busses sorgt ein ADUM2250.
einfach mal nach den Datenblättern googeln, die sind leicht zu finden!

So ist die gesamte Messvorrichtung mit gerade mal ca.10 Bauteilen zu realisieren.
I²C ist zwar nicht unbedingt das ideale Bussystem in rauher Umgebung, da muss ich
noch ein paar Versuchsreihen durchführen, aber wenn man den Messwandler nicht
allzuweit weg vom Auswerterechner platziert dann funktioniert das sehr zuverlässig
und auch schnell.SPI ist da auch nicht viel besser, braucht aber einen Port mehr
und RS232 ist eher langsam und braucht einiges an Hardware zusätzlich.

Das EA DOGM163-Display ist kompatibel !!!!!!!!

Gute Nachrichten in der Display-Problematik!
Vorhin in der Mittagspause habe ich mal versucht, das EA DOGM163 Display
an der Mini-Franzbox zum Laufen zu bekommen.Gestern abend hatte ich noch einen
Adapter dafür gebaut um alles an meinen Platinen betreiben zu können
Es funktionierte fast auf Anhieb, nur die Kontrasteinstellung gab sich äusserst zickig.
Hmmmmmm erstens schlecht dokumentiert, und dann auch noch ein Schreibfehler in
der Bascom-Hilfe-Datei an ganz entscheidender Stelle..........
Da wurde die Mittagspause dann etwas länger....... ;-)
Aber jetzt funktionierts! Auch die Kontrasteinstellung per Software!
Das ist mal wert dieser Sache einen eigenen Tröööt zu widmen.
Kurz gefasst:
Das ist die eigentliche Änderung im Programm
Config Lcd = 16 * 3 , Chipset = Dogm163v5 , Contrast = &h79     '16*3 type EA DOG display
anstatt wie bisher beim EA DIP204
Config Lcd = 20 * 4a , Chipset = Ks077                                          'für EA DIP204-4

Die Zahl für den Kontrast  geht von &b0111 0000 bis &b0111 1111 bzw von &h70 bis &h7F
es gibt also 16 mögliche Werte und wenn man das mit dem Kontrast weglässt, dann wird der
voreingestellte Defaultwert genommen der mir in dem Fall aber zu dunkel war.
Entscheidend ist, das nur die letzten vier Bit den Kontrast bestimmen und vorne 0111 = 7h
stehen muss. In dezimalen Werten ist das also 112 bis 127 was natürlich auch funktioniert
Es ist mir noch nicht gelungen, die Zahl als Variable einzufügen. da muss man also ein bisschen
"zaubern" um den Kontrast vom Menue aus einzustellen. möglich ist es sicher, aber halt nicht
so ganz simpel.Schlimmstenfalls 16 verschiedene Config LCD-Zeilen und ein Sprungbefehl davor.
Aber das geht garantiert noch eleganter.

Nachtrag Juni2014:
Vor einiger Zeit habe ich eine Möglichkeit gefunden, wie man das EA DOGM nachträglich
neu initialisieren kann, (nicht ganz einfach......der Bascom-Befehl INITLCD ist einer der Schlüssel!)
 und auch, wie den Kontrast im laufenden Betrieb ändern kann, aber das ist nicht so wirklich sauber
zu machen.Man muss nach dem (Neu-)Initialisieren, das immer mit dem Wert in Configlcd passiert
sofort die korrigierten Kontastwerte nachschicken. Das Progamm hierzu habe ich in den Tiefen des
WWW.entdeckt, und ein wenig korrigiert und angepasst, weil da der gesendete Wertebereich für
den Kontrast nicht richtig ausgegeben wird. Ein Ändern des Kontrast-Wertes im Bascom-Programm
per Menue ist mit nach wie vor nicht gelungen.
Das Ganze steht etwas weiter vorne hier im Blog, ziemlich weit unten auf diesem Post:
http://vehikelfranz.blogspot.de/2014/04/lange-nichts-los-hier.html


Das EA DOGM-Display an der Franzbox:
Ich habe natürlich meine Texte noch nicht neu formatiert, aber alles wird schön angezeigt!
Suuuuper! und das auch mit 5V Betriebsspannung!




















Natürlich hab ich es heute Abend auch mit dem Franzbox-Programm versucht:
Selbstverständlich (?) hat es da auch geklappt! Auch die Formatierung der Texte
auf  3x16 Zeichen ist machbar.Weniger zu lesen, aber doch noch verständlich.
Die BMS-Funktionen habe ich aber bis auf weiteres stillgelegt.
Ich brauche Platz für die I²C Geschichten.

Hier sieht man sehr gut, wie klein und flach die EA DOGM Displays sind:

allerdings lief nicht alles perfekt. Die Schaltung lief über Nacht durch und

am nächsten Morgen war dann das Display leer! 

Es geht also wohl doch nicht ohne Stützkondensator am LCD.

Ich werde auch noch den Reset und die geschaltete Beleuchtung

so anklemmen wie in der Box vorgesehen, dann wird das hoffentlich

unempfindlicher.

kleines Update:
jetzt sind auch 500Ah einstellbar (da sollten noch viel mehr möglich sein, (999?)
ich muss das aber erst noch in Ruhe durchrechnen, damit keine Variable
an eine Grenze kommt.Die Berechnungen sind nicht immer einfach wenns
"krumme" Zahlen sind.
Wenn es schnell gehen soll kann man nur mit ganzen Zahlen rechnen und es wird
nicht gerundet. da muss man also oft erst multiplizieren, was berechnen
und dann wieder dividieren damits auch nach dem Komma noch stimmt.

Franzbox "MINI" als Controller

Gestern konnte ich endlich mal die "Mini"-Version der Franzbox als PWM-Controller in Betrieb
nehmen. Auch wenn da noch irgendwelche Kleinigkeiten im Programm nicht ganz das machen wie
es eigentlich beabsichtigt ist so kann man da doch sehr gut sehen, wie ich das Setup-Menue
gestaltet habe. Die Start-Stop-Funktion hat in der normalen Box schon einwandfrei funktioniert,
aber im Rahmen der Übertragung auf die "Mini"-Box und der Einfügung der Drehzahlmessung
und verschiedener andere Dinge hat sich wohl ein kleiner Fehler eingeschlichen, und es sieht
sehr danach aus als würde da eine Zahl in Zusammenhang mit negativen Stromwerten bei 0
überlaufen..... wie dem auch sei, das finde ich schon raus!

>>>>EDIT 25.11.13:
Ich meine ich habs gefunden! einmal nicht abgefragt ob >0 vor "decr" einer Word-Variable.....
Leider kann ich es heute nicht testen weil der Controller in meiner Werkstatt ist,
und ich noch in der Firma sitze.......

Nochmal Edit 28.11.13:
........das wars wirklich! Aber der Fehler war nicht neu sondern auch in der alten Version schon drin!
Wieso ist das da nicht aufgefallen? Ganz einfach:Da war der Spannungsmesseingang ein bisschen
stärker geglättet.Höherer Widerstand und größerer Kondensator. Um hier unter Null überzulaufen
muss ja bei PWM=0 ein Stromsignal größer als die Begrenzung im Leerlauf ankommen. Das sollte ja
überhaupt nicht möglich sein.Offenbar aber doch! und das Programm muss das auch vertragen können.
Egal, jetzt funktionierts und wieder mal ist ein gut verstecktes Fehlerchen gefunden und beseitigt!
Für so was ist es wieder mal gut, einen Prüfstand zu haben.


Das Video auf Youtube

.......wie schon erwähnt klappt es hier einfach nicht mehr, wie gewohnt Videos einzubinden.
Ich kann zwar mit der selben Ameldung sowohl den Blogger als auch Youtube aufrufen,
aber von hier aus werden meine eigenen Youtube-Videos nicht mehr gefunden.
Auch das direkte Hochladen macht Probleme........

Die "Franzbox" und die Displayproblematik

Das 5V / 3,3V-Problem im Fall der Franzbox lässt mir keine Ruhe!
Es geht jetzt mehr darum, in welche Richtung ich jetzt weiterentwickle.
Jedes Teil, das man ändert zieht gewaltige Kreise und verändert mehr am Konzept
als man zunächst meint.

Das EA DIP204 Display ist definitiv eine Sackgasse, so gehts also nicht weiter.
Ich habe noch so viele 5V-Displays wie Platinen, aber das wars dann.
Direkt aufs EA DIP203 umzusteigen ist mit den derzeitigen Layouts nicht ohne Probleme möglich

Leider passt in das bisherige Gehäuse keines der vielen Standarddisplays rein.
Mehr als 75 x 40 mm geht auf gar keinen Fall, und ich hätte gerne mindestens zwei Zeilen
mit je 20 Zeichen aber da führt kein Weg hin. Ich werde also eventuell auf zwei Zeilen mit 16
Zeichen ausweichen müssen, aber selbst da gibts nichts wirklich passendes.
Mit 2 x 16 Zeichen kann ich zwar mehr oder weniger gut die Infos der bisherigen Franzbox anzeigen
aber an BMS-Funktionen ist so nicht zu denken.

Ein letzter Strohhalm sind die EA DOG-Displays, aber die sind wieder mal ein bisschen
anders anzusteuern aber das sollte zu schaffen sein. Ich hab einfach mal eins bestellt
mit 3 x 16 Zeichen. Das sollte als Kompromiss reichen. Ganz neu soll es die auch als 4 x 20
Version geben, aber ich hab noch keinen Händler gefunden der sie jetzt schon liefert.
Im Datenblatt steht, die Text-Versionen seien mit 5V zu betreiben! das muss ich jetzt mal alles
klären und auch mal schauen wie da die Zukunft aussieht.
Wenn das EA DOG halbwegs kompatibel ist, dann ist es auch an der bisherigen Box-Platine
zu betreiben, und es sieht sehr danach aus dass eine kleine Programmanpassung reichen müsste

Die Abmessungen wären fürs Design sehr günstig und auf den paar zusätzlichen mm ist
wohl auch noch ein MAX232 unterzubringen als ordentlicher serieller Schnittstellenbaustein.
Da wird dann aus der EADIPUINO-Platine wie ich meine Mini-Version gennnt habe
eine EADOGUINO werden mit vermutlich  55 x 40 mm wenn ich den Drehencoder
auch noch auf die Platine packe und den schwarzen Stecker eventuell durch was kleineres ersetze

...........es wird sich demnächst zeigen wie es weiter geht!