Rechnernetze / Kommunikationssysteme

Verwendung des analogen Eingangs

In diesem Versuch wird ein Temperatursensor an den analogen Eingang angeschlossen und das Ergebnis am LCD angezeigt.

Verständisfragen

• Mit welchen Parametern werden A/D-Wandler beschrieben?
• Was sagt das Abtasttheorem aus?
• Was bedeuten die Begriffe Thermistor/Heißleiter/Kaltleiter/PTC-/NTC-Widerstand? Schaltzeichen eines NTCs?
• Wie ist der (näherungsweise) Zusammenhang zwischen Widerstand und Temperatur bei einem NTC?
• Was ist der Unterschied zwischen der Steinhart-Hart-Gleichung und der B-Parameter-Gleichung?
• Was bedeutet der Parameter Nennwiderstand R25?
• Welche Eigenschaften hat ein NTC MF52-103-3950?
• Wie kann ein NTC prinzipiell an den MC angeschlossen werden? Machen Sie einen Schaltungsvorschlag!
• Welche Fehlergrößen gibt es im Aufbau?

Aufgaben Heißleiter

• Bestimmen Sie die Parameter des im MC verbauten AD-Wandlers!
• Lesen Sie das unten verlinkte Datenblatt des Sensors durch!
• Überlegen Sie sich einen Anschlussplan für den
• Bestimmen Sie folgende Werte und lassen Sie diese anzeigen (Konsole, LCD):
  1. Abtastwert
  2. resultierende Spannung
  3. resultierender Widerstandswert des NTCs
  4. resultierende Temperatur
• Sie können für die Berechnung auch die vereinfachte B-Parameter-Gleichung verwenden (B=3950, To=25 C°, Ro=10k).
• Zeigen Sie die aus dem Widerstandswert ermittelte Temperatur an. (die Arduinobibliothek unterstützt für sprintf leider kein float)
• Schätzen Sie den Messfehler ab!
• Optional: Plotten Sie die SH-Gleichung und B-Parameter-Gleichung mit einem geeigneten Tool, z.B. Gnuplot

Potientiometer

• Schließen Sie das Potentiometer an den analogen Eingang des MCs an und geben Sie die AD-Werte aus!

Ressourcen

• Heißleiter
• Datenblatt Heißleiter MF52
• Modul-ST1147
• NTC-Calculator
• Vorgehen
• B-Gleichung
• Formeln (Temperaturwerte in Kelvin):
  • Steinhart-Hart-Gleichung: \(\frac{1}{T} = a + b \ln(R)+ c\ln^3(R)\)
  • mit \(a = 1/To -(1/B) \ln Ro\), \(b=1/B\) und \(c=0\) ergibt sich:
  • B-Parameter-Gleichung: \(\frac{1}{T} = \frac{1}{To} + \frac{1}{B} \ln \left( \frac{R}{Ro} \right)\)

Ergebnisse

• Abtastrate, Wortbreite
• Abtasttheorem: fs > 2 * B
• Heißleiter (NTC - negativer Temperaturkoeffizient) verringert Widerstand bei steigender Temperatur, Schaltzeichen: variabler Widerstand mit T ↑↓ oder -T.
• R = Rn * e**(B * (1/T - 1/Tn) ) mit Tn - Nenntemperatur (298,15 K) -> ln (R/Rn) / B + 1/Tn = 1/T
• ST-Gl: 1/T = A + B ln(R) + C * ln( R)** 3 mit A =
• R25 - Widerstand eines NTCs bei der Nenntemperatur von 25 °C
• Anschluss über einen Spannungsteiler an einen AD-Eingang

• Fehlergrößen: Spannung, AD-Wandler, Formelapproximation,

• AD-Wandler 10 Bit -> 0-1023
• Im Demoprogramm sind die notwendigen Schritte (Abtastwert, Spannung, Widerstand, Temperatur) kommentiert.
• Demoprogramm
• Modul-ST1147
• Projekt für Simulator

  #define PIN_THERMISTOR A0
  
  float R1 = 10000.0;
  float logR2, R2, T, Tc;
  float c1 = 0.001129148;
  float c2 = 0.000234125;
  float c3 = 0.0000000876741;
  
  void setup()
  {
      Serial.begin(9600);
  }
  
  void loop()
  {
      int value = analogRead(PIN_THERMISTOR);
      R2 = R1 * (1023 / (float)value - 1);
      logR2 = log(R2);
      T = (1.0 / (c1 + c2*logR2 + c3*logR2*logR2*logR2));
      Tc = T - 273.15;
      Serial.println(String(Tc) + " °C");
      delay(2000);
  }

Letzte Änderung: 02. April 2023 18:33