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Servus Zusammen,

ich habe vor ein paar Tagen eine Frage zu einer Lichstärkesensor-Schaltung gestellt: https://www.elektronik-kompendium.de/forum/board_entry.php?id=287279
Hat mir schon mal viel Spaß gemacht das aufzubauen, vor allem weil es (abgesehen von einem kleinen Denk- und Messfehler) gleich gut geklappt hat und ich dabei was gelernt habe.

Ich möchte die Lichtstärke ja mit einem µC (nennen wir ihn mal Arduino ) auslesen und da habe ich bei dem aktuellen OPV noch ein Problem mit dem virtuellen GND und common GND für die unterschiedlichen Versorgungsspanngen. Also habe ich mir heute Abend ein paar rail-to-tail OPV rausgesucht die mit +5V und GND funktionieren könnten. Dabei ist mir eingefallen, dass der ADC mit 10Bit (bei 5V Vcc) ja auch in 4.9mV Schritten messen kann. Könnte ich damit dann nicht sogar ohne OPV die Helligkeit halbwegs genau bestimmen? Hab mir mal folgende Schaltung überlegt und auf dem Steckbrett mit dem Oszi ausprobiert.



So auf den ersten Blick sieht das eigentlich nicht schlecht aus. Brauche ich da noch etwas Zusatzbeschaltung (Kondensatoren, etc.) oder bin ich komplett auf dem Holzweg und das taugt überhaupt nichts?

» Wenn die Schaltung richtig aufgebaut ist und auch richtig funktioniert,
» dann gibt der OPV bis zu + oder - 11 V heraus, je nach Polung der Diode.
» Die Spannung muss zwischen 0 V bei völliger Dunkelheit und 11 V
» bei Beleuchtung liegen.
Das Vorzeichen passt, abhängig von der Polung der Diode. Nur bei Dunkelheit wechselt das Vorzeichen, so wie ich die Dieode eingebaut haben eben auf knapp -0,4V

» Ich vermute, dass in der Schaltung wohl noch ein Aufbaufehler steckt.
» Lass den MC erstmal weg.
» Wenn du ein Voltmeter hast, dann mess erstmal die Spannung damit.
Wenn ich mich richtig erinnere habe ich mit dem DMM und dem Oszi parallel gemessen, eventuell liegt der Fehler dadurch auch im Messaufbau. Ich werde am Wochenende nochmal auf Fehlersuche gehen, vorher komme ich nicht dazu.

» Wenn dann die Schaltung zu deiner Zufriedenheit funktioniert, dann
» schließ den MC an.
Ok, dann mach ich das so. Danke!

» » Der OPV kann +/- 11 V ausgeben.
» Das ist ein Punkt wo ich noch unsicher bin. Eigentlich hätte ich erwartet,
» dass der OPV bei Dunkelheit in Richtung -11V aussteuert, aber ich bekomme
» den nicht unter -0,5V, bei +/-12V Versorgung. Eventuell habe ich da noch
» einen Fehler im Testaufbau.
»
» » Dann sollte der Spannungsteiler die Spannung auf 5,5 V herunterteilen.
» » Dann wird die volle Auflösung erreicht.
» » Also 2 gleichgroße Widerstände als Spannungsteiler
» » z. B. 2 * 10kOhm . Der Wert ist ziemlich unkritisch.
» Teile ich die Spannung dann nicht auch auf -5V5 runter, wenn der OPV (was
» er grad nicht tut) eine kleinere Spannung als -0V5 ausgibt?
» Wobei das der µC, laut Wolfgangs Post, verkraften sollte, wenn ein
» Widerstand den Strom begrenzt.
»
» Ich probier das einfach mal aus! Ich denke ich kann das schon messen bevor
» was kaputt geht. Und falls nicht, ein gehimmelter µC-Pin oder gar ein
» gehimmelter µC fehlt mir eh noch im Lebenslauf

Wenn die Schaltung richtig aufgebaut ist und auch richtig funktioniert,
dann gibt der OPV bis zu + oder - 11 V heraus, je nach Polung der Diode.
Die Spannung muss zwischen 0 V bei völliger Dunkelheit und 11 V
bei Beleuchtung liegen.
Ich vermute, dass in der Schaltung wohl noch ein Aufbaufehler steckt.
Lass den MC erstmal weg.
Wenn du ein Voltmeter hast, dann mess erstmal die Spannung damit.
So kannst du die Funktion erstmal überprüfen.
Wenn dann die Schaltung zu deiner Zufriedenheit funktioniert, dann
schließ den MC an.

» Der OPV kann +/- 11 V ausgeben.
Das ist ein Punkt wo ich noch unsicher bin. Eigentlich hätte ich erwartet, dass der OPV bei Dunkelheit in Richtung -11V aussteuert, aber ich bekomme den nicht unter -0,5V, bei +/-12V Versorgung. Eventuell habe ich da noch einen Fehler im Testaufbau.

» Dann sollte der Spannungsteiler die Spannung auf 5,5 V herunterteilen.
» Dann wird die volle Auflösung erreicht.
» Also 2 gleichgroße Widerstände als Spannungsteiler
» z. B. 2 * 10kOhm . Der Wert ist ziemlich unkritisch.
Teile ich die Spannung dann nicht auch auf -5V5 runter, wenn der OPV (was er grad nicht tut) eine kleinere Spannung als -0V5 ausgibt?
Wobei das der µC, laut Wolfgangs Post, verkraften sollte, wenn ein Widerstand den Strom begrenzt.

Ich probier das einfach mal aus! Ich denke ich kann das schon messen bevor was kaputt geht. Und falls nicht, ein gehimmelter µC-Pin oder gar ein gehimmelter µC fehlt mir eh noch im Lebenslauf

» Da würde ich einen mini pro nehmen, den Quartz gegen einen 8MHz tauschen,
» den Spannungsregler und die Power-LED auslöten und den Bootloader anpassen.
Ist eine Option, bin ich aber zu Faul für Hab mit mal eine Stange ATMega328P im DIL-Gehäuse bestellt, als die (wenn ich mich richtig erinnere) für 1,60€ angeboten wurden. Genügend passende IC-Sockel hab ich auch auf Lager. Bei Batteriebetrieb verwende ich meistens den internen 8MHz Oszillator, wenn das Timing wichtig ist löte ich einen 8MHz Quarz drauf.

» Der Opamp,
» so er denn erforderlich ist, wird in den Messpausen über einen Port
» stromlos geschaltet, der ADC logischerweise auch.
Genau so hab ich mir das für den Batteriebetrieb auch überlegt. Für den ersten Versuchsaufbau habe ich zwar ein 12V Netzteil zur Verfügung, aber da ich den Sensor auch mal via Batterie betreiben möchte versuche ich das Thema Energiesparen jetzt schon zu berücksichtigen.

» Wie sollen die
» Messergebnisse ausgegeben werden? Erst einmal speichern, EEPROM oder
» SD-Card, oder sofort ausgeben, 433MHz-Funk oder LCD oder LED?
Der Messwert geht sofort via 433MHz raus, das ganze wir in mein bestehendes Sensor-Setup integriert.

Ich hab einen PI auf dem alle Messwerte von verschiedenen Sensoren (via Kabel, WLAN und 433MHz) zusammenlaufen und dann in einer Datenbank gespeichert werden. Auf die Datenbank greift dann eine Webanwendung zu mit der ich mir die Messwerte im Browser (Desktop, Mobilgerät) anschauen kann. So nebenbei arbeite ich auch noch an einem Stück Software, das uns bei bestimmten Bedingungen eine Nachricht auf die Wischkästle (Smartphone) schickt - z.B. wenn mal wieder vergessen wurde, das Klofenster rechtzeitig zu schließen oder ein Sensor seit längerem keine Messwerte mehr liefert.

Wenn der ADC 5 V verarbeitet, dann muss der Spannungsteiler
angepasst werden. Der OPV kann +/- 11 V ausgeben.
Dann sollte der Spannungsteiler die Spannung auf 5,5 V herunterteilen.
Dann wird die volle Auflösung erreicht.
Also 2 gleichgroße Widerstände als Spannungsteiler
z. B. 2 * 10kOhm . Der Wert ist ziemlich unkritisch.
alles zwischen 1 kOhm und 47 kOhm geht.

» Servus Zusammen,
»
» ich habe vor ein paar Tagen eine Frage zu einer Lichstärkesensor-Schaltung
» gestellt:
» https://www.elektronik-kompendium.de/forum/board_entry.php?id=287279
» Hat mir schon mal viel Spaß gemacht das aufzubauen, vor allem weil es
» (abgesehen von einem kleinen Denk- und Messfehler) gleich gut geklappt hat
» und ich dabei was gelernt habe.
»
» Ich möchte die Lichtstärke ja mit einem µC (nennen wir ihn mal Arduino

Da würde ich einen mini pro nehmen, den Quartz gegen einen 8MHz tauschen, den Spannungsregler und die Power-LED auslöten und den Bootloader anpassen. So läuft er mit den 3..4V einer Lithiumzelle. Mit Sleepmode bekommt man den Stromverbrauch zwischen den Messungen auf einstellige µA-Zahlen. Der Opamp, so er denn erforderlich ist, wird in den Messpausen über einen Port stromlos geschaltet, der ADC logischerweise auch. Wie sollen die Messergebnisse ausgegeben werden? Erst einmal speichern, EEPROM oder SD-Card, oder sofort ausgeben, 433MHz-Funk oder LCD oder LED?

» Ohne jetzt das Datenblatt gelesen zu haben, würde ich sagen, 5mA sollten
» gehen.
Danke, ich denke damit kann ich was anfangen.

» Da die Durchlassspannung einer Diode sehr stark temperaturabhängig ist,
» würde ich solche Ideen erst einmal mit großer Skepsis betrachten.
Ich hab das mal etwas nachgelesen und so grob nachvollzogen. Ich verstehe davon noch viel zu wenig um damit wirklich etwas anfangen zu können. Also ja, ich lasse die Finger davon.

Hallo,

» es führen viele Wege nach Rom...und wenn man die Landschaft mag, genießt
» man auch die Umwege.
Mir gefällt die Landschaft grad recht gut. Sehr viele Serpentinen, aber überall scheint die Sonne

» Du willst möglichst einfach einen Photosensor mit µC auswerten, also mit
» nur einer Versorgungsspannung auskommen.
Jein. Also ja, ich will einen Helligkeitssensor mit einem µC auswerten.
Ich will den schaltungstechnischen Aufwand nicht zwingendenermaßen möglichst gering halten, ich würde nur gerne verstehen was der "Sensor" da macht und wie er funktioniert und wie ich das ganze drumherum gestalte.
Ich würde den "Sensor" auch gerne so aufbauen, dass er auch via Batterie betrieben werden kann und halbwegs vergleichbare Werte liefert. Muss für die erste Version nicht unbedingt sein, wäre aber super.

» Klar, man kann die +/- Spannung
» auf viele Art erzeugen - wenn man sie denn überhaupt braucht.
Das ist einer der Punkte die ich noch nicht abschätzen kann.

» Ein "alter" OPV für single Supply ist der LM358.
Da hab ich sogar noch ein paar auf Lager.
» Auf Seite 12 wird gezeigt, wie man eine Photodiode damit betreibt - und es
» gibt eine Reihe weiterer Vorschläge zum single-supply Betrieb.
Damit, und den anderen Vorschlägen die hier gepostet wurden werde ich mich die nächsten Abende mal befassen

» Natürlich
» geht auch die Google - Suche nach "LM358 Photodiode" - nur dann gibt es
» einigen Mist auszusortieren.
Genau das wollte ich nicht machen, eben weil man da auch viel Mist findet und ich eben nicht abschätzen kann was Mist ist und was nicht.

Gruß
Bastelix

» » Der Eingang des µC ist gegen pos. und neg. Spannungen mit Dioden
» geschützt.
» » Um die Schutzwirkung zu erhalten, muss allerdings der Strom begrenzt
» sein.
» » Ein Widerstand vor dem Eingang reicht.
» Danke. Ich hab da blos immer Angst, dass ich mir einen Pin ausbrenne. Hab
» da noch einen recht teuren Arduino Due und einen Raspberry PI in der
» Bastelkiste wo jemand (nicht ich!) ein paar Pins gegrillt hat.
»
» Wie kann ich den geeigneten Widerstandswert abschätzen/ausrechnen? So
» spontan hätte ich jetzt mal mit 100k angefangen und dann ggf. über 10k und
» 4k7 bis 1k runter probiert.

Ohne jetzt das Datenblatt gelesen zu haben, würde ich sagen, 5mA sollten gehen.

» » Vorschlag: den OP asymetrisch versorgen. Den GND mit einer Diode anheben
» » und dann in Reihe zum OP-Ausgang eine Diode in Reihe schalten.
» Hab das grad mal etwas recherchiert. Das mit dem GND via Diode anheben ist
» mir im Moment noch etwas zu hoch. Ich bin ja schon froh, dass ich das mit
» den Potentialen mittlerweile so halbwegs verstanden habe, hoffe ich
» wenigstens

Da die Durchlassspannung einer Diode sehr stark temperaturabhängig ist, würde ich solche Ideen erst einmal mit großer Skepsis betrachten.

» Vorschlag: den OP asymetrisch versorgen. Den GND mit einer Diode anheben
» und dann in Reihe zum OP-Ausgang eine Diode in Reihe schalten.
Hab das grad mal etwas recherchiert. Das mit dem GND via Diode anheben ist mir im Moment noch etwas zu hoch. Ich bin ja schon froh, dass ich das mit den Potentialen mittlerweile so halbwegs verstanden habe, hoffe ich wenigstens

» Der Eingang des µC ist gegen pos. und neg. Spannungen mit Dioden geschützt.
» Um die Schutzwirkung zu erhalten, muss allerdings der Strom begrenzt sein.
» Ein Widerstand vor dem Eingang reicht.
Danke. Ich hab da blos immer Angst, dass ich mir einen Pin ausbrenne. Hab da noch einen recht teuren Arduino Due und einen Raspberry PI in der Bastelkiste wo jemand (nicht ich!) ein paar Pins gegrillt hat.

Wie kann ich den geeigneten Widerstandswert abschätzen/ausrechnen? So spontan hätte ich jetzt mal mit 100k angefangen und dann ggf. über 10k und 4k7 bis 1k runter probiert.

» Die Schaltung ist schon o.k.
Danke, dann bin ich ja doch noch lernfähig

» Darum solltest du die Ausgangsspannung mit einem Spannungsteiler auf
» kleiner 0,5 V reduzieren.
Dann habe ich aber nur noch einen etwas besseren Schwellenwertschalter, oder? Der ADC von meinem µC (ATMega328P) hat 10 Bit und hat dann bei 0v bis 5V eine Auflösung von 0,0049V. Wenn ich jetzt die +/-11V auf +/-0,5V herunter teile kann der µC ja nur noch zwischen 0V und 0,5V messen. Wenn ich das grad richtig verstehe geht dann da einiges an Auflösung verloren. Wäre jetzt erstmal kein Problem, ich bin ja noch am experimentieren, aber habe ich das soweit richtig verstanden?

» Den Spannungsteiler habe ich in das Schaltbild eingezeichnet.
Danke

» Die Polarität am Ausgang ist davon abhängig, wie die BPW 34 gepolt wird.
Das hab ich beim Experimentieren auch festgestellt, war mir nur nicht sicher ob das so passt oder ob ich da noch wo einen Bug verdrahtet habe

Hallo

» Der µC muß jetzt nur von Ausgangssignal des OPVs 6V abziehen, und das
» Ergebnis wäre identisch mit einer "normalen" +/- 6V Versorgung. Also wenn
» der der ADC des µC 6V ausgibt, dann zieht der µC 6V davon ab und rechnet
» mit 0V Nutzsignal weiter.
Jetzt hab ich es verstanden. Danke!