Здравствуйте!

Задача следующая.
Спроектировать измеритель давления. Датчик OT-1 0-10 Бар, двухпроводное исполнение.
Фактически измеритель представляет из себя небольшую плату, на которой SPI АЦП и аналоговые цепи для подключения датчика.
Плата подключается к уже готовому контроллеру по SPI.

Прочитал несколько статей по петле, прошелся поиском (google) по форуму, но не нашел ответов на свои вопросы.
Прошу помочь разобраться.

1. Гальваническая развязка.
В каких случаях нужна, а в каких не нужна?
На что влияет?
Хотелось бы увидеть структурную схему петли с прорисовкой входных/выходных цепей устройств.
Или что-то в этом роде.

2. Защита аналогового входа.
Как я понимаю, шунт защищать смысла нет. А вот аналоговый вход защитить нужно. В форуме советуют стабилитрон (напряжение стабилизации немного больше, чем напряжение на шунте при токе 20 мА) и предохранитель на 1 А. Это на случай КЗ в линии. Не понимаю, как высокое напряжение в этом случае может повредить аналоговый вход?

3. Питание датчика.
Любой датчик, питающийся непосредственно от петли должен потреблять не более 4 мА?
Кстати, сколько потребляет OT-1 - в даташите не указано. Или предполагается, что он автоматически удовлетворяет выше приведенному требованию?

Благодарю заранее.

Вы как бы занимаетесь не свои делом, мягко говоря. Не надо изобретать велосипед.
В вашем случае я бы сначала изучил характеристики датчика ( в частности допустимую нагрузку по выходу), узнал уровень напряжения питания токовой петли датчика. Скорее всего входы частотника и показометра развязаны гальванически. Если это так, то опять же если входное сопротивление частотника и показометра меньше максимально возможного для датчика, то вход частотника и показометра можно включить последовательно.

Если что-то невыполняется, то необходимо купить и подключить разветвитель сигнала 4-20 мА. Есть такие готовые измерительные преобразователи. Они из одного сигнала делают два гальванически развязанных. Само собой если главный инженер одобрит это улучшение и выделит деньги на рацуху.
После этого необходимо зарисовать схему включения и сдать в отдел технической документации или как там у вас эта служба называется? Чтобы при ремонте установки было понятно, что было сделано и когда.
А сопли с мелкими сомнительными изобретениями с неизвестными авторами на производстве никому не нужны.

Сообщение отредактировал x-men - May 29 2015, 08:50

Я не спорю.
Разрешили повозиться в образовательных целях. Естественно, сразу никто не разрешит задействовать - есть испытательный стенд. А оставят или нет - не мне решать: есть те, кто за это отвечает (нач. цеха, гл. инженер и пр.). Запрета использовать наработки, вместо готового решения - не было.
_{П.С. Отклоняемся от темы.}


Примерно так и сделано. Вот черновая схема.
[attachment=92840:___________.JPG]


В качестве МК - EFM32. _{Осваиваю их, других нету и не пробовал.}
Обычно, под свои нужды покупаю в элитане, чип-нн, промэлектронике и др. интернет-магазинах. Если цены совсем дикие и можно ждать - смотрю, что можно достать с алиэкспресса или ебея. Как и все, наверно.
Напрямую у иностранных производителей или крупных дилеров заказывать очень муторно и накладно.
Может вам будет что подсказать. Буду благодарен.

Сообщение отредактировал kreker - May 29 2015, 11:47

Хорошо, что у вас есть желание сделать лучше. Сам уже давно работаю в компании занимающейся автоматизации. Встречал несколько раз специалистов высочайшего уровня из числа эксплуатирующего персонала. Были уникальные товарищи, в хорошем смысле слова.
Кажется у вас Веспер частотник. Я его не помню, однако в него должен быть аналоговый выход- монитор. На него можно назначать отображение различных параметров. Посмотрите руководство на частотное. Может быть получится использовать этот выход. Так было бы проще.
Лучше и удобнее для вас было бы использовать не мк, а готовый плк. Изучить на примерах разработку прикладной программы для вашей задачи и быстренько написать работающее приложение.
Есть много и книг и фирменных самоучителей по конкретным ПЛК.
Представьте, что ваш мк завис и остановил, а то и хуже угробил установку. Вам в таком случае не позавидуешь.

Сообщение отредактировал x-men - May 29 2015, 17:36

Подскажите, пожалуйста, надо ли соединять землю АЦП и отрицательные выводы двух входных каналов.
Текущее расключение частотников (два частотника, по датчику на каждый) в этом посте, планирую включить в разрыв петель.
Набросок схемы:
[attachment=93012:scheme.jpg]

Сообщение отредактировал kreker - Jun 7 2015, 02:22

Было дело, когда в схеме с 7792, для управления транзисторными ключиками, использовал не по назначению его встроенные источники тока.

Я бы советовал
1. Выбросить внешний REF. у этого АЦП прекрасный внутренний REF.
2. но тогда нужно чуть изменить схему или программу: так как у этого АЦП внутренний опорник 1.17 вольт, так что больше 1.17 вольт на входе он измерить не сможет, вариантов несколько:
а) уменьшить шунт до 50 Ом
б) если нужно оставить шунт 100 Ом: подвесить AIN- на уровень примерно 1 вольт и измерять относительно его, а для точности- просто измерять и этот уровень третьим каналом АЦП, тогда реальное измеряемое напряжение будет до 2В
в) этот путь самый красивый, если нужно оставить шунт 100 Ом и не нужно выжимать максимальную скорость: использовать VDD в качестве VREF, а для измерения этого VDD использовать внутренний VREF- получается ни одной внешней дополнительной детали, просто чуть больше программной и измерительной работы (нужно дополнительно измерить VDD и произвести перерасчет входного напряжения согласно реальному VDD)

Про напряжения и подтяжки:
Для безопасности (АЦП не выйдет из строя):
Вам нужно обязательно обеспечить условие нахождения уровней всех AIN+ и AIN- цепей в пределах, оговоренных документацией на данный АЦП, то есть −0.3 V to AVDD + 0.3 V. Это уровни, измеренные относительно GND самого АЦП.

Для корректных измерений ограничение жестче:
Absolute AIN Voltage Limits
Unbuffered Mode
GND – 30 mV V min Gain = 1 or 2
AVDD + 30 mV V max

Buffered Mode
GND + 100 mV V min Gain = 1 or 2
AVDD – 100 mV V max
In-Amp Active GND + 300 mV V min Gain = 4 to 128
AVDD – 1.1 V max
Если Вы можете это гарантировать без соединения к GND- отлично.
Обратите внимание на сложность работы около GND. Если нужно усиление или буферизация, для этого есть специальные методы внутри АЦП (BIAS VOLTAGE GENERATOR, например). Но Вам оно не нужно- Вы не работаете около нуля и входное сопротивление низкое и входное напряжение вообще не нужно усиливать-буферизировать.

Вот подумалось: а не пострадает от этого точность? Ведь фактически вместо одного измерения мы выполняем два, каждое со своей погрешностью, да её и не одномоментно...

Теоретически- конечно, точность страдает, погрешности складываются. Но это все считается. И при нужных Топикстартеру погрешностях (используемые им сенсоры точнее 0.25% не делают) - подозреваю, что запросто укладывается в требуемую точность.
Но это только если у него есть уже купленные хорошие 100-омные шунты. Если еще нет шунтов- то просто поставить 50 Ом, останется прямое измерение с использованием внутреннего АЦП, который имеет 1.17V ± 0.01%, и 15 ppm/°C max, даже калибровать не нужно.

Кстати, 50 Ом хорошие резисторы сильно дороже, чем 49.9 Ома.
49.9 Ом 0.1% 5ppm/C в штучных количествах меньше доллара стоят http://www.digikey.com/product-detail/en/P...89-1-ND/3647980
0.01 % 49.9 Ом - 2 доллара http://www.digikey.com/product-detail/en/R...R9CT-ND/4072378

0.01% 50 Ом - 13 долларов. http://www.digikey.com/product-detail/en/Y...1027-ND/5028224

Эх-хэ-хэх, не хватает у меня знаний и опыта.


Хорошо, значит без соединения GND АЦП и выводов AIN(x)- сетью GNDiso - никак.
Тогда получается борода с защитой и гальваноразвязкой - токи уже по другому потекут, ведь так?

Про обеспечение условия нахождения уровней - надо добавить сборку на подобии PRTR5V0U2AX?


Варианты б) и в) я пока не знаю как реализовать. Остаётся только вариант а), ну или внешний ИОН.



_{Начинаю подумывать уже как бы "сыграть в пас" с этой затеей или запросить помощи старших.}

Чтобы токи никуда не текли- Вам достаточно использовать один АЦП на один сенсор. При этом соединить AIN- с цепью GND самого АЦП.
Таким образом, все условия будут соблюдены.

Ограничение напряжения- Вы уже имеете ограничитель тока, который не даст току выйти за пределы 0...+ 30mA (да и D5 от инверсного тока защитит) , то есть напряжение на шунте 50 Ом не выйдет за пределы 0... 1500 mV. Ничего больше и не нужно.

Но использование MAX14626 мне кажется избыточным.
вот, картинку приложил:

Думал обойдусь одним АЦП с несколькими каналами.

Позаимствовал у вас RC-фильтр, добавил защиту от статики, правда бездумно (не нашёл как правильно сделать).

AD7796
ADR391B
ADuM5401
MAX14626

Теперь уже лучше? (см. вложение)
[attachment=93060:scheme_v2.jpg]

Сообщение отредактировал kreker - Jun 8 2015, 12:16

1. уберите R11, D8 - это просто лишние детали. Нет внутри схемы статики, и избыточному напряжению неоткуда взяться.
2. Добавьте Testpoint на ногу CLK U6 - это позволит контролировать работоспособность АЦП (это нога программно переводится на вывод и осциллографом на ней можно наблюдать тактовую АЦП - очень удобно при тестировании).
3. Уберите синюю линию (шина) между первым и вторым каналами, это две разные шины, и такое соединение просто сбивает с толку.
4. Вы ведь один микроконтроллер используете? соедините линией шины справа от ADUM, это позволит сразу догадаться что все цепи идут куда-то вместе.
5. Я бы советовал использовать один SPI для коммуникации, только сигналы CS раздельные. Прочитали один- потом прочитали другой. АЦП медленный, вы без проблем успеете это сделать за время одного измерения.
6. Если все-таки используются разные SPI, и больше эти SPI нигде не используются- то можно и вовсе CS не подключать (подтянуть навсегда в активное состояние, лог"0")- то есть этот CS можно вообще не вести через оптрон от МК.
7. C32 (конденсатор на входе референса)- 0.1 uF очень мало. Нужно 1 uF или лучше больше (до 10 uF керамика). Я бы вообще поставил на питание референса RC- цепочку для фильтрации шумов от DCDC, ну хоть 100 Ом/10uF.
8. На выходе референса (C33)- 0.1 uF это минимальное значение, лучше 1 uF.
9. Указанный в схеме тип D5 (SMF40A) - не защищает ни от чего. MAX14626 имеет максимальное допустимое входное напряжение 40 вольт, а SMF40A только начнет открываться при бОльших напряжениях (44-49 вольт), а полностью может открыться аж на 64 вольта. К этому моменту от Макса останутся рожки на ножки. Поставьте что-то на более вменяемое напряжение, например, 20 вольт (SMAJ20A или подобное). Можете даже поставить биполярный (SMAJ20CA) - отрицательную полярность отрежет Макс, а у Вас не будет режима к.з, если подадут какие-нибуди 15 вольт в обратной полярности.
10. Подумайте о предохранителе (PTC) до этого TVS. Ведь если у Вас подадут напряжение, а не ток, то TVS просто сгорит, он долго не продержится.
11. про MAX14626 : у него не очень дружественный для паяльника корпус (DFN): если Вы такие не паяли, то будет сложно.

Уфф....

Upd: начал зачеркивать вредные советы

Вы уже так пробовали делать?
Я да. Ничего хорошего не вышло. Чтобы словить синхронизацию из-за случайной помехи нужно будет отправлять 32 или 24 (не помню уже) бита логических единиц
и это приведёт к полному ресету АЦП, а не только его интерфейса, как это было ранее в AD7709.
И чтобы потом получить валидные данные нужно пропустить несколько семплов (заполнение внутреннего фильтра АЦП) - в моём случае это было непозволительно.
И чтобы понять, что синхронизация потеряна тоже нужно быть весьма прозорливым.
Скажу наверняка: чтобы не иметь головной боли не экономьте на дешёвом медленном оптроне для выборки сигнала CS.
Да и ещё за ADUMы стоит сказать. Они не такие привлекательные, как могут показаться на первый взгляд. Они обладают весьма противной особенностью:
защёлкиваются при воздействии помехи (http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-793.pdf).
И чтобы вывести их из этого состояния нужно снимать с них питание, что лично меня сильно огорчает...

Согласен. Негодный совет. Вычеркиваю.

Нет, я не использовал такие АЦП без CS.
У меня другие танцы с бубном были (ad7792): регистры конфигурации терялись из-за помех иногда. Так что я слежу за валидностью конфигурационных регистров - читаю их после чтения данных, и только потом принимаю решение что данные валидны. ну и если невалидны- полная реконфигурация АЦП с ресетом.
Но происходит это редко (есть одна система, нон-стоп годами работает, и там сотни этих АЦП на платах).

Действую абсолютно аналогично и именно из-за Вами озвученной проблемы.
После таких косяков с целым рядом изделий AD (AD7792, ADUM, ADE) сильно пересмотрел своё отношение к их продукции...