Multi Input Switch

[0n3 70uch]

Hallo,

wie in einem anderen Forenbeitrag versprochen möchte ich euch mal mein aktuelles Projekt vorstellen. Selbstverständlich sind Anregungen, Verbesserungsvorschläge, Kritik usw. erlaubt .

Was galt es zu lösen:
Zurzeit baue ich an einem neuen Modellflugzeug mit Benzinmotor und damit verbunden auch einer elektronischen Zündung. Von vorne herein wollte ich die Zündung so erweitern, dass diese mittels Fernsteuerung abgeschaltet werden kann. Nach einiger Recherche im Netz bin ich auch schnell fündig geworden.

Hier zwei kommerzielle Lösungen (bitte nicht als Werbung ansehen):
- DPSI Micro - RCS
- SP 06

Auch Eigenentwicklungen sind schon vorhanden:
- Mini-RC-Schalter mit zwei Schaltstufen
- RC-Schalter mit TINY13

Nach etwas längerem hin und her entschied ich mich zum selber machen. Käufliche Produkte habe alle unterschiedliche Vor- und Nachteile, doch leider erfüllt keins meine gewünschten Anforderungen zu 100%.

Die Anforderungen:
- RC-Schalter Eingang
- Universal-Schalter Eingang (auch Schalter mit interner Elektronik sollen verwendet werden können, z.B. dieser hier)
- Spannungsmessung der zu schaltenden Last
- MOSFET mit mindestens 5A, besser sogar 10A
- Signalisieren der Akkuspannung und des Schaltzustandes über eine externe LED
- optional einen Summer (ebenfalls um vor zur geringer Akkuspannung zu warnen)
- vollständig variabel programmierbare Akku-Warnspannung
- möglichst einfache Programmierung ohne zusätzliche Programmierkarte oder ähnliches
- galvanische Trennung aller Eingangssignale (Störunterdrückung)
- geringer Stromverbrauch (Verwendung des Power-Down Modus)
- großer Spannungsbereich für die Schalteingänge
- Schaltausgang verwendbar von 2S bis 6S-LiPos (etwa 6,4V bis 25,2V)
- kleine Abmessung und geringes Gewicht
- möglichst geringe Bauteilkosten

Die Auswahl der Komponenten:
Als die Randdaten fest standen, begab ich mich auf die Suche nach einem geeigneten AVR Prozessor. Aufgrund der relativ hohen Anzahl von benötigten Ein- sowie Ausgängen und den Bedarf an zwei Interrupts (zum aufwecken aus dem Power-Down Modus), viel die Auswahl auf den ATmega8.

Als weitere Hardware kommen Duo-LEDs zum Einsatz, um die Programmierung wirklich deutlich leichter zu gestalten.
Die galvanische Trennung erfolgt mittels Optokoppler dies stellt sicher, dass keine Spannungsspitzen die Empfängerelektronik beschädigen könnten.
Außerdem sollen sämtliche Kabel und Bauteile, welche gegebenenfalls nicht benötigt werden, einfach von dem Hauptelektronik zu Trennen sein. Realisiert wird dies durch die Verwendung von Printsteckern.

Um eine möglichst kleine Platine zu erhalten, wird die gesamte Schaltung (wenn möglich) in SMD aufgebaut. Die ATmega8 Elektronik findet auf der ersten Platine platz. Eine zweite Platine soll den Linearregler und den Leistungs-MOSFET beherbergen. Beide Platinen sollen mit der Rückseite aneinander befestigt und mithilfe einer Stiftleiste elektronisch verbunden werden.

Der Schaltplan:
Für die erste Platine, auf welcher sich der ATmega8 und die LEDs sowie Taster befinden existiert bereits ein Schaltplan (siehe Anhang). Der Schaltplan für die zweite Platine wird nach der Fertigstellung des Layouts für die erste Platine entwickelt. Vielleicht könnt Ihr ja mal eben drüber schauen, ob sich irgendwo noch ein Fehler eingeschlichen hat.

Die Anschlüsse:
Wie bereits erwähnt werden sämtlich Ein- und Ausgänge über Printstecker abgefangen. Im folgenden die Erklärung, wo was anliegt:

JP1(2)
- Akkuspannung zur ADC-Messung
JP1(3)
- MOSFET Ansteuerung
MICROMATCH-6
- dient zur ISP-Programmeirung des ATmegas
J1
- Ausgang zur Signal-LED
J2
- Ausgang zum Piezo-Summer
J3 und J4
- EIn bzw. Ausgang für den Multi-Schalter
J5
- Eingang für den RC-Schalter

Die verschiedenen Switch Modes:
Bei dem "Multi Input Switch" soll der Anwender über folgende drei Konfigurationen (mittels Programmierung über die Taster) Entscheiden können:
Mode 1: Multi-Schalter aktiviert / RC-Schalter deaktiviert
- Der ATmega8 reagiert nur auf den Multi-Schalter Eingang
Mode 2: Multi-Schalter deaktiviert / RC-Schalter aktiviert
- Der ATmega8 reagiert nur auf den RC-Schalter Eingang
Mode 3: Multi-Schalter aktiviert / RC-Schalter aktiviert
- Der ATmega8 reagiert auf den Multi-Schalter Eingang (Master) und auf den RC-Schalter Eingang (Slave)

Dateianhänge:
"MIS - Pin Configurations.pdf"
- Erklärung zur Pin Configuration (kompatibel zu "Multi Input Switch 1.1")
"MIS-AVR 1.1-1.gif"
- der Schaltplan für die AVR Platine
"MIS-AVR 1.1-2.gif"
- erste Ansicht der AVR Platine
"MIS-AVR 1.1-3.gif"
- zweite Ansicht der AVR Platine
"MIS 1.0 - ATmega8.gif"
- farbige Hervorhebung der Belegung des ATmega8 im TQFP-Gehäuse (kompatibel zu "Multi Input Switch 1.1")

Guckt mal drüber und schreibt mir was ...
Gruß
Fabian

 

[dino03]

Hi Fabian,

ich hab mal etwas gestrickt ...


Also ...
1. Die Taster würde ich low-aktiv machen weil das den Widerstand einspart
(internen PullUp aktivieren) und den Kondensator nicht stoßartig über die
Betriebsspannung lädt (Spannungseinbrüche). Da haben auf mikrocontroller.net
ein paar Leute was über das Pollin-Board geschrieben die Probleme mit dieser
Schalteranordnung haben. Bei einem Flugzeug ... sicher ist sicher
Parallel reichen 47nF bis 100nF um schon recht gut zu entprellen. Komplett
bekommst du das sowieso nicht weg und mußt es großteils mit Software
machen.

2. Warum machst du die Widerstände der LEDs so niederohmig ? Wieviel Strom
soll da denn fließen ? Wenn du mit 10mA auskommst kannst du dir den ULN
sparen. Nimm LowCurrent oder Superhelle LEDs. Mit 5-10mA siehst du die
weit genug. Probiers mal aus.
EDIT: Bei Duo-LEDs sind R2-R5 definitiv zu klein. Nimm mal 330 .. 470 Ohm
das sind dann so 7..10mA für die LEDs. Wenns heller sein soll => Superhelle

3. Für den Reset reicht auch ein 22k. Muß kein 10k sein. Ist aber
Geschmackssache.

4. Genauso bei den Eingangsoptokopplern. Der Empfänger liefert doch
bestimmt mindestens 4,8V am Ausgang. Versuch mal auf 560 oder 680 hoch
zu gehen. Das entlastet den Empfänger.
EDIT: Hier reichen auch 560..820 Ohm (4..6mA) aus.

Sonst sieht es gut aus

und nun geh ich ...

Gruß
Dino

 

[0n3 70uch]

Hallo Dino,

wow das ging flott... Danke.

Die Taster würde ich low-aktiv machen

Die internen PullUps zu verwenden macht natürlich Sinn, wenn es um Platzsparen geht (und auch so).

Da haben auf mikrocontroller.net ein paar Leute was über das Pollin-Board geschrieben die Probleme mit dieser Schalteranordnung haben.

Wird abgeändert, bin schon an der Version 1.1 dran . Sollte ich eigentlich Keramik- oder Folienkondensatoren bevorzugen?

Wenn du mit 10mA auskommst kannst du dir den ULN sparen. Nimm LowCurrent oder Superhelle LEDs. Mit 5-10mA siehst du die weit genug. Probiers mal aus.

Wenn der ULN2003 nicht mehr gebraucht wird, wäre das natürlich nochmal ein deutlicher Platzgewinn. Ich finde bei R*ich*lt nur leider keine Low Current Duo-LEDs, ansonsten wären vielleicht zwei LEDs direkt nebeneinander eine Alternative (kann man bei der Größe ohnehin nicht auseinander halten ). Dann könnte ich doch die Signal-LED über einen BSS138 schalten oder hast du vielleicht noch eine bessere N-MOSFET alternative zum BSS138, welche auch im SMD Gehäuse bei R*ich*lt angeboten wird?

Für den Reset reicht auch ein 22k. Muß kein 10k sein. Ist aber Geschmackssache.

Ich nehme meistens 10kOhm für PullUp und PullDown Widerstände. Wobei 22kOhm wohl für die Einsparung von Strom sinnvoll seien dürfte.

Der Empfänger liefert doch bestimmt mindestens 4,8V am Ausgang.

Dürfte er eigentlich schon, nur hab ich mich ein wenig an den kommerziellen Produkten orientiert (meistens circa 3V bis 8V). Allerdings ist das ja eigentlich ziemlicher Blödsinn, weil wer betreibt seine Servos schon mit 3V . Von daher hast du schon recht wenn es um die Entlassung des Empfänger geht... wird geändert.

und nun geh ich ...

Dann Schlaf mal gut, ich rechne noch ein bisschen .

Danke nochmals!
Gruß
Fabian

 

[0n3 70uch]

Hallo,

im Anhang des ersten Beitrags befindet sich die überarbeitete Version "Multi Input Switch 1.1".

Die zwei Duo-LEDs wurden durch jeweils zwei rote und zwei grüne "Mini TOPLEDs" ersetzt. Das ganze in Low Current Ausführung mit 2mA.
Einige Widerstände wurden im Wert erhöht (an Reset und an den Optokopplern). Der ULN2003 wurde für die Signal-LED durch einen BSS123 ersetzt (Datenblatt im Anhang).

Die letzte Verbesserung fand an den Tastern statt. Danke für den Tipp mit den internen PullUps (die hatte ich schon wieder ganz vergessen ).

Vielleicht kann ja nochmal jemand einen Blick über das ganze werfen...
Gruß
Fabian

 

[dino03]

Hi Fabian,

jaaaahhh ... sieht schon ganz gut aus
Meiner Meinung nach könnte man sich R13 + R16 noch sparen. Warum hast du
die da drin ? Irgendein Grund den ich nicht kenne ? Die bilden doch mit den 10k
nur nen Spannungsteiler der den Logikpegel auf maximal 90% von Vcc ansteigen
läßt. Wenn du die Programmierung etwas änderst könnte man sogar die
Fototransistoren nach GND schalten lassen und als Gegenpol wieder die internen
PullUps verwenden (theoretisch). Also wenn der Strom für die Transistoren dann
ausreicht damit sie sauber schalten. Das spart dann pro Optokoppler zwei
Widerstände ein (also insgesamt 4 Stk)

Noch nen Tip ... schreib die Werte mal anders ...
zB 1k5 statt 1,5kOhm
22p statt 22pF
µ1 statt 100nF
560 statt 560Ohm oder sogar k56
das ist kürzer und spart Platz im Schaltplan. Und normalerweise ist es ja
klar das nen Kondensator Farad, nen Widerstand Ohm und ne Spule Henry
hat. Das kann man sich also sparen.

Gruß
Dino

 

[0n3 70uch]

Hallo Dino,

Meiner Meinung nach könnte man sich R13 + R16 noch sparen

Bisher habe ich diese Widerstände immer mit eingebaut, muss ich mal nachher testen ob man auch ohne diese auskommt. Die internen PullUps dürften aber glaub ich nicht ausreichen. Soweit ich weiß lagen diese ja zwischen 20-50kOhm, dass macht dann bei 35kOhm etwa 0,1mA. Im Datenblatt der Optokoppler (siehe Anhang) ist die Rede von Ic=1mA.

Noch nen Tip ... schreib die Werte mal anders ...

Schon dabei .

Sollte ich eigentlich vor das Gate des MOSFETs einen Widerstand legen (R7 mit 100Ohm) und brauche ich auch einen vor dem BSS123?

Danke für deine Unterstützung!
Gruß
Fabian

 

[dino03]

Hi,

Bisher habe ich diese Widerstände immer mit eingebaut, muss ich mal nachher testen ob man auch ohne diese auskommt. Die internen PullUps dürften aber glaub ich nicht ausreichen. Soweit ich weiß lagen diese ja zwischen 20-50kOhm, dass macht dann bei 35kOhm etwa 0,1mA. Im Datenblatt der Optokoppler (siehe Anhang) ist die Rede von Ic=1mA.

Also die 1k Widerstände kann man sich wohl sparen. Das mit den PullUps weiß
ich nicht genau. Müßte man mal ausprobieren.

Schon dabei .

Sollte ich eigentlich vor das Gate des MOSFETs einen Widerstand legen (R7 mit 100Ohm) und brauche ich auch einen vor dem BSS123?

Die begrenzen die Ströme zu den Gate-Elektroden ein wenig (Umladeströme)
aber bilden auch gleichzeitig mit den Gatekapazitäten einen Tiefpaß der die
Verlußtleistung etwas ansteigen läßt weil der MOSFET dadurch länger in
seinem "Widerstandsbereich" arbeitet statt voll durchzuschalten oder zu
sperren. Bei den kleinen MOSFETs kann man die wohl auch weglassen. Bei
großen MOSFETs (BUZ11, ...) würde ich evtl so um die 47...100 Ohm
reinschalten. Ist aber auch ein wenig Geschmacksfrage. Wenn es nicht so
auf Schaltgeschwindigkeit und Strom ankommt kann man auch bis zu 1M Ohm
reinschalten. Sollte auch noch gehen In den Datenblättern stehen ja
teilweise die Gatekapazitäten drin. Kann man ja mal rechnen (t=R*C)
Die Umladeströme sind auch die Hauptverlustleistung bei Prozessoren wegen
der hohen Frequenzen. Bei mehreren Megaherz machen sich selbst schon
wenige Picofarad bemerkbar. Aber bei deinem MOSFET im SOT23 Gehäuse
sollte das auch ohne gehen.

Gruß
Dino

 

[0n3 70uch]

Hallo Dino,

Also die 1k Widerstände kann man sich wohl sparen. Das mit den PullUps weiß ich nicht genau. Müßte man mal ausprobieren.

Also ich habe das das hier gefunden. Werde das ganze nachher mal mit einem CNY17 testen, leider habe ich keinen "LTV 357T" hier herumliegen. Dürfte aber eigentlich so ziemlich aufs selbe hinaus laufen. Mal schauen . Ärgerlich wäre nur, wenn die Platine kommt und es dann doch nicht funktioniert .

Aber bei deinem MOSFET im SOT23 Gehäuse sollte das auch ohne gehen.

Ich hab jetzt einfach vor beide MOSFETs ein 100Ohm Widerstand gesetzt (ist halt wie du schon sagtest, eine Geschmacksfrage).

Im Anhang des ersten Beitrags (um die Ressourcen des Forums etwas einzusparen) befindet sich die verbesserte Version mit der neuen Bauteilbezeichnung.

Gruß
Fabian

PS: Kann man eigentlich die Dateianhänge in den Beiträgen zuvor auch nochmal abändern? Also den alten Schaltplan 1.0 durch den neuen 1.1 ersetzten?

PSS: Nachdem ich lange auf der Suche nach einem geeignetem Forum für AVR-Prozessoren war (bisher hab ich mich immer hier herumgetrieben), habe ich glaub ich endlich eins gefunden. Hier stimmt der Umgangston untereinander und es werden Fragen auch mal etwas ausführlicher Beantwortet und nicht einfach nur abgehackt wie es in einigen anderen Foren der Fall ist... Danke dafür. Gefällt mir echt gut hier, hoffentlich bleibt das auch so .

PSSS: PS hat sich erledigt, hatte das zweite "Ändern" übersehen.

 

[0n3 70uch]

Hallo,

also das mit den internen PullUps funktioniert zu mindestens mit einem CNY17/1. Hier das Beweisvideo . Die LED flackert noch ein wenig, da ich keine Hysterese für den Schaltpunkt hinterlegt habe.

Gruß
Fabian

 

[dino03]

Hi Fabian,

Also ich habe das das hier gefunden. Werde das ganze nachher mal mit einem CNY17 testen, leider habe ich keinen "LTV 357T" hier herumliegen. Dürfte aber eigentlich so ziemlich aufs selbe hinaus laufen. Mal schauen . Ärgerlich wäre nur, wenn die Platine kommt und es dann doch nicht funktioniert .

Das ist so wie ich das mit den internen PullUps und ohne externe Widerstände
für den Transistor gedacht habe ...

also das mit den internen PullUps funktioniert zu mindestens mit einem CNY17/1. Hier das Beweisvideo . Die LED flackert noch ein wenig, da ich keine Hysterese für den Schaltpunkt hinterlegt habe.

das hört sich doch gut an Der CNY17 ist ne alte Schrotflinte. Wenn es mit
dem funktioniert dann sollte das mit den anderen kein großes Problem sein.
der CNY17/1 ist der mit dem kleinsten Kopplungsfaktor ...
nur 40-80%. Die anderen (CNY17/2 , CNY17/3) sind bereits besser. Also ich
würde mir da keine Gedanken machen
Sieh mal hier ... Anhang anzeigen CNY17_Optokoppler.pdf

Ich hab jetzt einfach vor beide MOSFETs ein 100Ohm Widerstand gesetzt (ist halt wie du schon sagtest, eine Geschmacksfrage).

Sollte passen. Bei mir liegt der Widerstand meißt je nach Geschmack, Tagesform
und grade greifbarem Teil zwischen 47 Ohm und 1k

Im Anhang des ersten Beitrags (um die Ressourcen des Forums etwas einzusparen) befindet sich die verbesserte Version mit der neuen Bauteilbezeichnung.

Ich glaube dei mir liegt der Resourcenverbrauch der Anhänge so bei 10..20%
des gesamten Speicherverbrauchs des Forums
Mach dir da man keine Sorgen Wenn es eng wird dann motzt Dirk bei mir
wohl als erstes
Berichtigung : Ich liege wohl so bei 30% des gesamt belegten Speichers

PSS: Nachdem ich lange auf der Suche nach einem geeignetem Forum für AVR-Prozessoren war (bisher hab ich mich immer hier herumgetrieben), habe ich glaub ich endlich eins gefunden. Hier stimmt der Umgangston untereinander und es werden Fragen auch mal etwas ausführlicher Beantwortet und nicht einfach nur abgehackt wie es in einigen anderen Foren der Fall ist... Danke dafür. Gefällt mir echt gut hier, hoffentlich bleibt das auch so .

Das hört man doch gern Das das so bleibt, dafür werden wir hier schon
sorgen. Sag einfach rechtzeitig bescheid wenn du mit Antworten
totgequatscht wirst dann wird die Informationsflut etwas zurückgefahren.

Gruß
Dino

 

[0n3 70uch]

Hallo Dino,

also das mit den internen PullUps geht scheinbar doch nicht . Ich konnte jeden beliebigen Wert im Programm eingeben, der ATmega8 hat immer an der gleichen Stelle reagiert. Erst mit einem zusätzlichen 10kOhm PullDown Widerstand hat es wieder funktioniert. Schade eigentlich... Dann werde ich wohl zur Sicherheit im Layout ebenfalls 10kOhm PullDown Widerstände an den Optokopplern vorsehen.

Ich glaube dei mir liegt der Resourcenverbrauch der Anhänge so bei 10..20% des gesamten Speicherverbrauchs des Forums. Mach dir da man keine Sorgen. Wenn es eng wird dann motzt Dirk bei mir wohl als erstes

Na dann... kann ich ja noch reichlich hoch laden .

Sag einfach rechtzeitig bescheid wenn du mit Antworten
totgequatscht wirst dann wird die Informationsflut etwas zurückgefahren.

Mach ich .

Gruß
Fabian

 

[dino03]

HiFabian,

also das mit den internen PullUps geht scheinbar doch nicht . Ich konnte jeden beliebigen Wert im Programm eingeben, der ATmega8 hat immer an der gleichen Stelle reagiert. Erst mit einem zusätzlichen 10kOhm PullDown Widerstand hat es wieder funktioniert. Schade eigentlich... Dann werde ich wohl zur Sicherheit im Layout ebenfalls 10kOhm PullDown Widerstände an den Optokopplern vorsehen.

Moment mal ... Wie hast du den Transistor vom Optokoppler an den
Atmel geschaltet ? Weil du intern ja einen PullUp hast und extern nen PullDown
angeschlossen hast ...

Wenn du den internen PullUp verwendest muß der Transistor vom Pin nach GND.
Wenn du den externen PullDown verwendest dann natürlich vom Pin nach Vcc.
Außerdem bildet der interne PullUp mit dem externen PullDown einen
Spannungsteiler.

Zum besseren Verständnis ...


Gruß
Dino

 

[0n3 70uch]

Hallo Dino,

Moment mal ... Wie hast du den Transistor vom Optokoppler an den Atmel geschaltet ? Weil du intern ja einen PullUp hast und extern nen PullDown angeschlossen hast ...

Hab mich etwas unverständlich ausgedrückt. Hatte es aber so gemacht wie du in deinem grafischen Beispiel (die rechten beiden) demonstriert hast. Also nicht beides gleichzeitig in Betrieb .

Vielleicht klappt das mit dem internen PullUps bei den SMD Optokopplern,welche ich verwenden möchte. Müsste ich dann mal ausprobieren, aber lieber Bau ich die beiden Widerstände für die zwei Optokoppler ein, als das nachher die Schaltung nicht funktioniert .

Warum der jetzt einigermaßen geschaltet hat (siehe Video) weiß ich leider auch nicht. Allerdings tat er das egal bei welchem Programmiert Wert, immer bei -34 (auf der Fernsteuerung). Ich hatte auch schon andere Prescaler für den Timer ausprobiert, leider ohne Erfolg.

Vielleicht ein komischer Zufall, dabei zeigt sich nur wieder wie gerne ich ein Oszilloskop hätte . Bei uns in der Schule flogen mehrere hundert Stück (wirklich hunderte über gut acht Räume) in den Schränken herum, teils ganz aber überwiegend defekt. Na ja verkaufen durften die mir auch keins...

Gruß
Fabian

 

[0n3 70uch]

Hallo,

nach einigen Stunden Arbeit ist es endlich soweit. Das Layout für die erste Platine, welche den AVR enthält ist fertig (siehe Anhang des ersten Beitrags).

Jetzt geht es an den Schaltplan der zweiten Platine, auf welcher das MOSFET und der Spannungsregler Platz haben soll.

Vom Platz her bin ich unter meine Erwartungen gekommen (auch Dank Dinos Bauteileinsparungen ). Die Leiterplatte misst 70x20mm (hatte mir so etwa 80x25-30mm vorgestellt). Allerdings habe ich auf den ISP-Anschluss verzichtet.

Gruß
Fabian