Ещё одна задачка на сообразительность. Думал, решу её элементарно, но что-то зациклился...
Требуется создать уравнемер для бытовых нужд, состоящий из линейки герконов (нормально разомкнутых) в количестве 8 штук, вокруг которых плавает магнит.
Шаг расположения герконов таков, что возможно замыкание либо одного из них, либо двух соседних. Для минимизации количества соединительных проводов решил коммутировать герконами резисторы и образовавшийся делитель подключить к АЦП МК.
Вопрос: как рассчитать номиналы и соединить резисторы, чтобы получилось более-менее равномерное приращение напряжения, как функции от уровня?
Вроде напрашивается аналогия с R-2R матрицей, но не складывается...

Если взять перекидные трехвыводные герконы,
то, я думаю, проблем нет.
http://radiohlam.ru/teory/dac_r-2r.htm
Либо после обычного геркона ставить КМОП ключ/буфер.

Извините за офтоп, но (учитывая количество герконов) напрашивается что-то вроде регистра сдвига с паралельной загрузкой и последовательным чтением. Который можно последовательно считать, и в МК обработать результаты. Но это не годится, если предполагаются чисто аналоговые методы...

Я бы сделал трёхпроводкой, т.е. разделил бы на 2 по 4 разряда и весовые делители, например, 3,74/7,5/15/30 кОм, или последовательно-параллельно на любой паре R/2R, например, при 10 кОм и 20 кОм получаются 5 кОм и 40 кОм соответственно, или ещё как-нибудь.

Если так уж принципиальна двухпроводка, то можно поставить последовательно с ветками полярный коммутатор на диодах, или синхронном выпрямителе на дискретных полевиках, или в составе логического КМОП-инвертора (1G04, S04, SP04, SZ04 и т.п.) — один конец получившегося двухполюсника коммутирует логическими уровнями контроллер, а второй вешается на половинный (R+R) делитель питания и с него же сигнал на АЦП.

Стабилитроны или диоды.

Вопрос. Возможно замыкание любых пар герконов или можно построить линейное множество, как если бы герконы расположены в одну линию?
Если да тогда можно изобразить схему в виде потенциометра. (герконы-ползунок). Все резисторы одинаковы. Установлены рядом с герконом. Получаем двухпроводную линию.


PS Новая идея. По такой схеме можно определить замыкание любой пары герконов. Измеряя сопротивление от "движка" до вода цепи имеем позицию первого геркона. А сопротивление последовательно соединенных резисторов "растояние между замкнутыми герконами.

Все герконы подключаете к общей линии - входу АЦП. Каждый из герконов замыкает линию через собственный резистор на общую землю.
Номиналы соседних резисторов должны отличаться в два раза. Если питать конструкцию постоянным током, то измеренное напряжение, полученное
в виде байта из регистра АЦП, покажет Вам в каждом бите какой из герконов замкнут/разомкнут. Подробности, полагаю, додумаете самостоятельно...

Нет, переключающих герконов нет и логику совать внутрь не хотелось бы.


И как их соединить, чтобы различить уровень?


Герконы в линии, конечно. Замыкание любых пар невозможно, лишь соседних. Но вашу мысль я не понял. Как соединить?


Из-за возможности замыкания соседних герконов картина немного меняется. Различить, конечно, можно, но уж очень переменный шаг. Так выглядит в этом случае зависимость суммарного сопротивления лестницы от положения магнита:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Нужно три провода.
Делаем цепочку из N+1 одинаковых резисторов (N - количество герконов).
Крайние — на землю и питание.
Все герконы одним концом на общий третий вывод на вход АЦП. Другим — между резисторами.
На примере трёх герконов. Замкнуты герконы номер:
1 — на АЦП поступает 1/4 * VCC.
1+2 — 1/3 * VCC
2 — 1/2 * VCC
2+3 — 2/3 * VCC.
3 — 3/4 * VCC

Резисторы последовательно в линию. На вход генератор тока I. Выход на корпус. Герконы из узлов соединения резисторов на провод выход. Если нумеровать герконы от земляного провода тогда
напряжение на выходе U= k*R *I где k номер первого от земли замкнутого геркона.
нвпряжение на входе цепочки U=n*R*I (где n число резисторов в цепи) если замкнут один геркон и U=(n-m)*R*I. ( m *растояние* между замкнутыми герконами m=1 при соседних герконах. Входное сопротивление измерителя напряжения должно быть >>n*R

Можно так, при пяти герконах 10 ступенек

Или так. Тогда не различаются промежуточные состояния с двумя замкнутыми герконами, но зато два провода, а не три.
Но я бы включил набор резисторов не реостатом, а потенциометром, разменял бы третий провод на более высокое разрешение.

Почему? Вы не дочитали пост до конца. Обнаруживаются два прозвольных (не обязательно соседних) замкнутых герконов просто нобходимо ещё мерять напряжение на входе схемы и питать генератором тока

P.S. Можно использовать и для клавиатур 16 клавишь без проблем.

Я, видимо, не совсем корректно изложил свою идею...
При фиксированном напряжении Uн ток через "лесенку" будет равен: I=Uн*(1/R)*(B7*1+B6*(1/2)+...+B0*(1/128))
Где R - сопротивление резистора для старшего бита, а B7, B6,.., B0 - состояние герконов (0-разомкнут, 1-замкнут).
При определенном выборе Uн, значение измеренного тока мы получим в виде байта: B7,B6,...,B0.
То есть, каждый бит результата покажет состояние соответствующего геркона.
Напрямую измерять ток конечно не нужно. Линию АЦП достатчно подключить к питанию подтягивающим резистором с известным номиналом.
Измеренное напряжение нужно пересчитать в ток и нормировать его к выбранному значению Uн.
P.S. Все как Вы хотели - минимум проводов и резисторов. Немного программых трудностей при пересчете, которые вполне преодолимы.

Спасибо, идея понятна. Она оказалась общей для всех предложенных способов. Если задавать ток или контролировать его, то всё получается.

Это, наверное, удобно, но "расстояние" между младшими битами и старшими сильно различается, то есть имеем переменный порог. В принципе, не страшно, но условию не соответствует: великовата чувствительность к разбросу и уходу номиналов.

P.S. Пожалуй, я поторопился с пониманием. Трёхпроводный вариант красив и логичен. А вот двухпроводный?

Вас не затруднит изобразить? Что-то с головой у меня...

Резисторы соединяются с герконами последовательно, и все эти восемь пар соединяются параллельно. Номиналы резисторов подбираются, чтобы образовать ряд, где старший менее, чем в два раза больше младшего. Для семи подошёл бы E24, а для восьми придётся или E48 или E96 через 3, например. К датчику, таким образом, идут два провода, один из них подтягивается к VREF через резистор, другой заземляется, середина к АЦП. Если замыкаются два соседних геркона, то параллельное сопротивление двух соседних резисторов всегда будет за пределами ряда сопротивлений одиночных резисторов. То есть образуются два неперекрывающихся ряда с достаточно большим шагом - один ряд с одиночными резисторами, и один с соседними параллельными.

Согласен. Наверное, избыточно в Вашем случае определять состояние любого сочетания замкнутых/разомкнутых герконов.
Если наложить ограничение - замкнут только один геркон или два соседних, то можно применить такой вариант:
Все герконы соединяем с линией АЦП, подтянутой к земле определенным резистором. С другой стороны - соединяем герконы последовательно между собой резисторами одинакового номинала, последний (верхний) геркон соединяем с питанием. Сопротивление верхнего плеча образовавшегося
делителя будет определяться только одним замкнутым герконом - тем, что выше других. Состояние герконов ниже - не влияет на результат.
... Или влияет? Что-то сегодня тоже голова не работает.
... Нет, не влияет. Все, что ниже - будут закорочены.

В этом случае ряд всё ещё не равномерный, но ... терпимо:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Спасибо.

Вот схема.при резисторах 5% легко до 20 клавиш.

таким образом k= U/(R*I), m=(n*R*I-U)/(I*R)

Да, действительно. Таким образом один замкнутый геркон от двух не отличить.


ОК, спасибо. Но ведь тоже трёхпроводная. А то я подумал - совсем ничего уже не соображаю...

А оно Вам нужно? Точность, конечно, пострадает немного
Кстати, подбором резисторов можно легко сделать равномерную шкалу по напряжению...

Хотелось бы. Ведь ровно в два раза.

Тогда придется вставить пару диодов - сверху и снизу цепочки резисторов. Затем, соединяете их вместе на одну линию,
которую подключаете к ноге MK. Подаете на эту ногу питание - определяете самый верхний замкнутый геркон.
Подаете землю - определяете самый нижний замкнутый геркон. Подтяжку возле ноги АЦП надо тоже будет делать
переключаемой земля/питание - заводить на еще одну ногу. Не хотите третий провод - готовьте три ноги МК.

Интересная мысль, спасибо.

Зачем так просто? Ведь можно немного сложнее, но много надёжнее!
На каждый геркон подаёте напряжение, пропорциональное уровню.
Нечётные герконы замыкаются на первый вход аналогового сумматора.
Чётные герконы замыкаются на второйй вход аналогового сумматора.
Суммарное напряжение обрабатывается и выделяется значение уровня.
ЗЫ: Заметьте, что здесь точность выше, чем в вашем варианте решения!
ЗЫ2: Да, пропорция для очень длинной линейки с быстроменяющимся туда-сюда уровнем должна быть не линейной, а степенной или геометрической.

Понравилось. Но тоже ведь трёхпроводная схема. По сути, вариация того, что предложил MaslovVG. А точность за счёт чего выше?

За счёт суммирования точных напряжений, а не неточных резисторов.
PS: И почему именно трёхпроводная, напряжение ведь берём на выходе сумматора напряжений, а не на входе?

А так?

Вот выдалась минутка. Возвращаемся к стабилитронам (диодам).
Представим себе, что мы снимаем вольт-амперную характеристику стабилитрон (или несколько диодов) + последовательный резистор.
Цепочка эта включается герконом. Теперь представим себе соседнюю цепочку, которая тоже может быть подключена параллельно. Она должна отличаться на один диод. Легко видеть, что эти состояния можно также легко отличить.
Как снять характеристику... Ну не мне Вам рассказывать... Конденсатор заряжается достаточно медленно... 7 диодов вписываются в 5 вольт...
Вариант - генератор тока.

Замечу, что чуть раньше полярный коммутатор Вы отвергли.

Вот та же схема, но не с весовым делителем, а в вариации потенциометра MaslovVG:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

..Если речь идет об уровнеметре, требование непременно линейного изменения выходного напряжения непонятно.
..Пусть имеем восемь герконов A,B,C, ..H. Это соответствует таблице последовательных состояний A,AB,B,BC,C,CD, ..GH,H – 15 значений.
По такой таблице положение поплавка определяется однозначно.

..Причем, даже не обязательно иметь 15 различных напряжений в диапазоне 5 вольт. Например, для последовательного ряда чисел 1,3,2,5,3,7,3,4.. все три тройки имеют разное значение для определения позиции, стоит ли перед тройкой единица, пятерка либо семерка..

а магнит случаем не от динамика ?

Задача сама по себе великолепна

Спасибо всем, даже не ожидал. А магнит от динамика, откуда же ещё?

Вероятно Вы в курсе , что на оси симметрии такого магнита в непосредственной близости имеется 5 зон, характерных . В 3-х из них геркон замыкается , а в 2-х размыкается. Это как-то будет учтено в алгоритме обработки сигналов ? пока что-то не заметил.

Правда? Не верится - поле замыкается через ферромагнитный геркон. Я так думала раньше. Может, есть разные герконы?

Правда -правда.
по настоятельному совету Станислава, я лечился магнитными полями и теперь вижу их насквозь

Нет, не в курсе, магнитными полями лечиться не доводилось. Но обратил внимание на 3 зоны. В одной из них, центральной, геркон действительно размыкается. Область её невелика и особого значения этому факту я не придавал. Придётся задуматься.

Учтите еще, что магнит притягивается к герконам и они могут его тормозить в неправильном положении.
И к внешним предметам он тоже может притягиваться.
А не проще ли сделать фотодатчики?

Ну... Полечите и меня - какая же там конфигурация поля? Я-то (больная еще) думаю, что если ось представить вертикальной, то сверху один полюс, а снизу - другой.
Магнита от динамика нет у меня... Лечите дистанционно. А еще от размеров должно зависеть. От соотношения.


Тогда не нужно в эту сторону страдать. Если нет другого магнита, то его можно сделать из катушки. Ведь импульсы можно достаточно редко подавать. В катушке (имитируем герконовое реле) все будет правильно работать. Добавится два (или один) проводочек. Или приделать к поплавку реохорд. Есть такие долгоиграющие.

Нет, фотодатчики точно не проще. А конструкция такова, что ничего постороннего нет и торможением можно смело пренебречь.


Катушка - это совсем уж... Проводочки... У меня таких магнитов много, я лучше дополнительный на поплавок наклею, чтобы поле разровнять. Если тау научит...
Или предысторию запоминать попробую.

примерно так как на рисунке.
Эти карманы действительно существуют, в чём я лично убедился лет 10 назад, строя уровнемер в колодец.

И как Вы решили проблему? Мой магнит относительно невелик, поэтому "карман", по ощущениям, миллиметр-полтора длиной. Посмотрим, как поведёт себя в реальности.

у меня магнит был диаметром сантиметров 7 снаружи и 2-3см внутри. толщина около 1 см. На поплавке от детской пирамидки. Этот магнит ползал дыркой по вертикальной металлопластиковой трубе ,герметично заглушенной с двух сторон фиттингами. В верхнем фиттинге был проц , опрашивающий матрицу герконов внутри трубы (штук 10-16 - не помню) и по 2-м проводам (где питание ) передавало оно инфу на 10 метров куда-то раз в секунду. Конечно запоминалась предыстория сработавших герконов и как-то вычислялось положение магнита на трубе. "Карманы" были примерно по 1..2 см. Расстояние от магнита до геркона "дальше кармана" , где он срабатывал - примерно 5 см или 6 было. Естественно геркон внутри магнита - тоже срабатывал.

Пластиковая труба ,внутри поплавок с наклеенным ниодимовым магнитом таблеткой.
И ещё один вариант двухпроводной схемки

Только недавно узнал, что в системе "планета и спутник" - например, Луна и Земля - существуют четыре точки равновесия, две устойчивые и две неустойчивые

Пришлось вернуться к этой теме. Уровнемер более полугода функционирует, но за это время приходится менять уже второй геркон. Просто перестаёт реагировать на магнит. Размагничивается? Может, кольцевой магнит так неблагоприятно действует на геркон? Какой типичный срок службы геркона? К сожалению, о производителе и типе не знаю ничего, достались ... неофициально.

Как он может размагнититься? Он должен быть из мягкого ферромагнетика. В поле зазор между двумя кусками магнитопровода стремится сократится... Ну Вы же знаете, где энергия там прячется.

Да, казалось бы, износу его не бывать. А вот, поди ж ты...

А что за проблема МК подключить по двум проводам и по ним же передавать состояние? на один мк вешаете герконы каждый на свой вывод. этим же мк осуществляете передачу по усарт подкорачивая мосфетом два провода. по этим же проводам и питаете, но через диод на ионистор. с другой стороны вход принимающего мк с резистором 100 ом на питание. делал, работает.