Null- oder Niederspannungsteiler zur Schalteridentifikation

8

Ist es möglich, eine Spannungsteilerschaltung mit Schaltern zu entwerfen, die keinen oder nur einen sehr geringen Strom verbrauchen? Würde es funktionieren, einen Transistor zu verwenden, um das Ende des Widerstandsstrangs von Masse zu verbinden / zu trennen?

Hintergrund

Die Schaltung wird zwei Dinge tun. Jeder Schalter in der Schaltung weckt einen IC (ATMEGA328P), indem er einen Transistor verwendet, um einen Interrupt-Pin LOW zu senden. Sobald der IC aufwacht, tastet der ADC die vom Stromkreis kommenden Spannungen ab, sodass der IC weiß, welche Taste gedrückt wurde.

Das gesamte Projekt wird batteriebetrieben sein, und dieser Spannungsteiler kann die Batterielebensdauer erheblich beeinträchtigen.

Das Projekt liest 1) Dateien von einer SD-Karte, 2) geht in den Ruhezustand, 3) weckt und spielt Sounds ab, wenn eine der 16 Tasten gedrückt wird, und 4) geht in den Ruhezustand und wiederholt den Vorgang ab # 3 beim Drücken der Taste. Ich gehe davon aus, dass es beim Laufen eine erhebliche Stromaufnahme hat.

Bestehender Spannungsteiler

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Mögliche Transistorlösung

Durch Platzieren eines Transistors zwischen dem Ende der Widerstandskette und Masse und durch Aktivieren des Transistors durch Drücken der Taste wird das Ende der Spannungskette mit Masse verbunden. Dies führt zu einer anfänglichen Spannungsablesung von 5 V, und sobald der Transistor eingeschaltet ist, ist die tatsächliche Lesespannung die beabsichtigte Spannung. Ich habe keine Ahnung, ob das funktionieren wird.

mögliche Spannungsteilerschaltung mit Transistor

Andere Lösungen

Per Frage 28897 könnte ich hohe Werte von Widerständen wie 10 MOhm verwenden. Dies wird jedoch immer noch eine aktuelle Auslosung von Hunderten von nA haben. Ich würde Null bevorzugen.

transistors voltage-divider

— LucasMcGraw
quelle

3

Wenn Sie eine 1000-mAh-Batterie mit 5 V über 10 MOhm verwenden, hält die Batterie 228 Jahre oder 6 Jahre mit einer winzigen 30-mAh-Knopf-Lithiumzelle. Jede Probe, die Sie mit einem ADC entnehmen, lädt oder entlädt auch eine Kappe. Außerdem liegen die ADC-Eingangsimpedanzen an Controllern in der Regel im 10K-Bereich, und Sie werden bei jedem Sample eine Kappe aufladen. Sind Sie sich angesichts dessen sicher, dass Ihre nA-Lösung wirklich einen spürbaren Einfluss auf die Akkulaufzeit hat?

— Scott Seidman

Sie haben Recht, da die Summe des Ruhestroms des Spannungsreglers und der MCU selbst (im Schlaf) wahrscheinlich mindestens 10 uA beträgt. Ich versuche nur, unnötigen Stromverbrauch zu reduzieren.

— LucasMcGraw

@ n.taco Einige zusätzliche Daten würden helfen. Was ist Ihre maximale Batteriespannung? Was ist deine Vcc-Spannung? Wie wird der uC mit Strom versorgt (über einen Linearregler oder einen Schaltmodus oder direkt von der Batterie)?

— Nick Alexeev

Die Batteriequelle wird wahrscheinlich 4 D-Zellen sein. Der Spannungsregler ist ein Maxim MAX667 (linearer Spannungsregler), der alle Geräte mit Strom versorgt (keine Geräte sehen die Batteriespannung außer dem Regler). Vcc ist 5V.

— LucasMcGraw

@ n.taco Übrigens, schreiben Sie Komponentenbezeichner in Ihre Schaltpläne. Es ist viel einfacher, "Q23" zu sagen als "3rd Bottom BJT von rechts". Lesen Sie dies . Ihr Risiko für Bluthochdruck ist stark erhöht, wenn Sie diese Richtlinien zu EE.SE nicht befolgen. Faire Warnung.

— Nick Alexeev

5

Neue Antwort

Ihr Ansatz kann funktionieren. Aber Ihr 2. Schaltplan hat einen Fehler, denke ich. Der ADC wird immer sehen , V _sein des Transistors, der immer 0,7 V oder so ist.

Diese Variante sollte dieses Problem nicht haben, da sich zwischen Basis und ADC ein Widerstand R39 befindet.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Alte Antwort, die keine Antwort war

Der Teiler kann mit einem Transistor geschaltet werden, um die Batterie zu schonen. Es muss sich jedoch um einen High-Side-Schalter handeln. Wenn Sie auf Masse schalten, wird die Batteriespannung am A / D-Pin angezeigt, wodurch der Eingang beschädigt werden kann.

(Ursprünglich wurde der Schaltplan in diesem Thread veröffentlicht .)

— Nick Alexeev
quelle

Wie würde diese Idee mit der Einschränkung funktionieren, dass die Schalter den Transistor einschalten?

— LucasMcGraw

1

Ersetzen Sie das digitale Signal divider On/Off, das den Transistor steuert, durch einen manuellen Schalter. Wie ist es damit?

— Nick Alexeev

1. Es fällt mir schwer zu sehen, wie ich dies erweitern würde, um festzustellen, welcher Schalter gedrückt wird. Müsste ich für N Schalter nicht N Transistoren plus die Widerstände zum Teilen der Spannung haben? 2. Wenn Vcc <= ADC max Spannung, könnte ich Masse schalten? In diesem Fall beginnt die Spannung am ADC bei 5 V, sinkt jedoch auf die geteilte Spannung, richtig?

— LucasMcGraw

@ NickAlexeev Ich sehe den Fehler, danke für den Hinweis; Ich wusste auch nicht, dass dies mit einem Transistor möglich ist. Das sieht gut aus, ich werde es dieses Wochenende ausprobieren.

— LucasMcGraw

3

Sie benötigen nicht einmal einen Transistor, um den Widerstandsstrang zu trennen. Sie können ihn einfach an einen MCU-Ausgangspin anschließen. Stellen Sie den gleichen Wert wie das andere Ende der Zeichenfolge ein, und es wird ein Strom nahe Null verwendet. Ich habe diesen Ansatz verwendet und es funktioniert gut.

(Geben Sie dem Transistor in Ihrem Diagramm eine eigene Masse und verbinden Sie den MCU-Pin mit der Unterseite des Widerstandsstrings.)

— pjc50
quelle

Beziehen Sie sich auf das zweite oder das erste Diagramm?

— LucasMcGraw

Wenn beide Pins HIGH sind, tritt dann ein Spannungsabfall im Teiler auf?

— LucasMcGraw

Erstes Diagramm (habe deinen Beitrag so bearbeitet, dass er sie direkt einschließt). Wenn beide Enden hoch sind, ist die Spannung an allen Punkten entlang des Teilers hoch und es fließt kein Strom.

— pjc50

2

Ist es möglich, eine Spannungsteilerschaltung mit Schaltern zu entwerfen, die keinen Strom verwenden ...

Dies sollte den Trick machen und keine Erdungsumschaltung erforderlich machen. Ein Teiler wird nur dann an die Batterie angeschlossen, wenn ein Schalter geschlossen ist und der ADC-Eingang auf Masse gezogen wird, wenn alle Schalter geöffnet sind.

Für 5 V Vcc ist der ADC-Eingang:

5,0 V = SW1 geschlossen
3,3 V = SW2 geschlossen
1,7 V = SW3 geschlossen
0V = alle Schalter offen

Natürlich können Sie die Widerstandswerte nach Ihren Wünschen einstellen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

— Alfred Centauri
quelle

Dieser Ansatz kann gut sein, wenn man Qualitätsschalter verwendet. Es kann sehr schlimm sein, wenn man Carbon Domes auf einer PC-Platine verwendet, da der Widerstand eines leicht gedrückten Knopfes weniger als 1 K oder mehr als 100 K oder irgendwo dazwischen betragen kann und dieser Widerstand vernünftig zu bleiben scheint stabil für einen signifikanten Bruchteil einer Sekunde. Während es für das System im Allgemeinen in Ordnung ist, leichte Tastendrücke zu ignorieren, ist es im Allgemeinen ärgerlich, wenn ein leichter Tastendruck auf eine Taste als völlig andere Taste interpretiert wird.

— Supercat

Genau; Verwendung eines druckempfindlichen Widerstand , anstatt eine vernünftige Annäherung an geniune, offen , wenn ausgeschaltet, kurz , wenn auf, Schalter wird in diesem Kreislauf führen zu unvorhersehbaren Ergebnissen.

— Alfred Centauri

In vielen Anwendungen kann ein Carbon-Dome-Kontakt, obwohl er sich wie ein druckempfindlicher Widerstand verhält, als Schalter verwendet werden (obwohl das Hinzufügen von Hardware- oder Semi-Hardware-Hysterese sicherlich hilfreich sein kann). Ich wollte nur sicherstellen, dass die Leser wissen, dass dies keine dieser Anwendungen ist.

— Supercat

Tatsächlich und leider, es ist ein Unterschied, der hat gemacht werden. Nur weil etwas als "Schalter" bezeichnet wird, bedeutet dies nicht unbedingt, dass es eine gute Annäherung an einen idealen Schalter ist.

— Alfred Centauri

1

Bei zwei E / A-Pins mit einigermaßen konsistenten Schaltschwellenwerten könnte man über einen kleinen Widerstand eine geerdete Kappe mit jedem Prozessorstift verbinden, eine Kappe an jedes Ende der Widerstandskette binden und jeden Schalter einen Abgriff auf die Kette mit VDD verbinden lassen oder Boden (je nachdem, was bequemer ist; ich gehe für diese Diskussion von VDD aus). Haben Sie einen signifikanten Widerstand zwischen beiden Enden und dem ersten Schalter. Wenn kein Schalter gedrückt wird, erden Sie beide Stifte lange genug, um die Kappen zu entladen. dann schwebe eins und setze das andere auf VDD. Zeit, wie lange es dauert, bis der Floating Pin seinen Status ändert. Wenn die Schwellenwerte der Eingänge abweichen können, wiederholen Sie den Test für den anderen Eingang. Erden Sie dann beide Stifte und schweben Sie sie dann - dies ist der Leerlaufzustand.

Sobald beobachtet wurde, dass ein Stift seinen Zustand ändert, erden Sie beide Stifte lange genug, um die Kappe zu entladen, und schweben Sie sie. Zeit, wie lange es dauert, bis jeder Pin seinen Status ändert. Das oben gemessene Verhältnis dieser Zeit zur Basislinie zeigt den Widerstand von jedem Pin zu VDD an. Stellen Sie sicher, dass die Summe der beiden Messungen dem Gesamtwiderstand der Saite angemessen nahe kommt (andernfalls hat der Knopf keinen guten Kontakt, sodass die Anzeige möglicherweise fehlerhaft ist).

Wenn der Prozessor möglicherweise überschüssigen Strom zieht, wenn die Eingänge von den Schienen wegschweben, ist es möglicherweise eine gute Idee, die Kappen regelmäßig zu entladen, auch wenn keine Taste gedrückt wird. In diesem Fall sollten die Ruheströme für das System ziemlich gering sein.

— Superkatze
quelle

Interessante Idee. Ziehen die Kondensatoren nicht kontinuierlich Strom?

— LucasMcGraw

1

@ n.taco: Um die Spannung an einer Kappe um einen bestimmten Betrag zu erhöhen, muss eine Ladungsmenge (in Coulomb) hinzugefügt werden, die der Spannungsänderung (in Volt) mal der Kapazität (in Farad) entspricht. Zum Verringern der Spannung muss die Ladung entfernt werden. Ein Ampere entspricht einem Coulomb pro Sekunde. Das Laden eines Kondensators und das Ablassen seiner Ladung mit einer periodischen Rate auf Masse erfordert eine Strommenge, die der Ladung pro Zyklus mal der Frequenz entspricht. Wenn der Kondensator die meiste Zeit bei konstanter Spannung sitzt, verbraucht er während dieser Zeit im Wesentlichen keinen Strom.

— Supercat