Проблема с высотомером: неправильные показания.

Serge77> Какие мнения? Как улучшить В2?

Ты мои сообщения читал?

zyxman> Ты мои сообщения читал?

Читал. Там насчёт улучшения ничего нет.

Serge77> Читал. Там насчёт улучшения ничего нет.

Ок. Тогда пишу прямым текстом.
Тебе для работы схемы нужен не вообще любой шум, а конкретно насколько возможно случайный сигнал добавленный в правильном размере к измеряемому сигналу.
Точнее идеально-бы подошел белый шум, с максимальной частотой в диапазоне между 1/частоту записи замеров и 1/(4*время преобразования АЦП) и с амплитудой чуть больше 1LSB, добавленный прямо (и только!!!) к сигналу приходящему на АЦП или как вариант то-же чуть раньше.
Ну то есть как маленькое отступление, можно рассмотреть установку рядом с датчиком акустической шумелки (попробуй включить очень громко какую-нить музыкалку и посмотреть как размажутся полки)

Если ты подводишь шум прямо на питание АЦП, то с учетом что у тебя АЦП не прямого преобразования, а работающий по принципу приближения, вообще-то рискуешь что шум будет суммироваться на нескольких этапах приближения АЦП или даже сбивать логику и получишь полную херню.

Датчик у тебя тоже непростой а с интегрированным усилителем, из чего следует еще один нюанс: в зависимости от партии и даже от конкретного экземпляра, подача шума прямо на питалку датчика может вызвать вместо простого прибавления шума к сигналу, прибавление усиленного нелинейно шума (то есть у тебя шум окажется в зависимости от погоды в африке либо больше либо меньше чем надо).

Исходя из этого тебе нужно именно добиваться чтобы АЦП работал в как можно более стерильных условиях а шум приходил правильный и по возможности прямо на вход АЦП.

Я выписал сообщения по теме, и прошу в 3-й раз: дай наконец и неправильные данные не в виде графика а именно цифирь.

Проблема с высотомером: неправильные показания. [zyxman#26.04.09 00:18]
Проблема с высотомером: неправильные показания. [zyxman#26.04.09 01:37]
Проблема с высотомером: неправильные показания. [zyxman#26.04.09 06:01]

Serge77> Появление полок и я могу объяснить.
Serge77> Дело в том, что АЦП 10-битное, т.е. разрешение 1024 точек. Для этого конкретного датчика это означает разрешающую способность 8 метров на бит. Поэтому без шума получаются ступеньки высотой по 8 метров, как здесь на первом графике:
Serge77> Serge77 - Моя ракетная мастерская - Простой записывающий высотомер
Serge77> Зачем нужен шум, написано там же, ближе к середине страницы.

Да, основных проблем две:
1. малое разрешение АЦП.
2. нормально сделанная электроника, практически не шумит на таком уровне разрешения АЦП (на 16 битах и больше, где размер шага АЦП приближается к 0.00001 от диапазона, уже специально генерацировать шум не требуется - там при входном сигнале размером с полный диапазон, практически всегда чего-то лезет).

Ну а тк всем хочется больше 10 бит (человеческие органы чуств почти во всех диапазонах различают больше 10 бит, ну и шумы, как я уже говорил, обычно существенно меньше шага 10 бит АЦП), а денег на 16 бит не хватает, вот народ и пытается вытягивать субшаговое разрешение.

Да, тут пожалуй стоит упомянуть о происхождении шумов и соответственно о их распределении:
1. природный шумовой фон, а также всяческие шумы квантования и тп распределены более-менее равномерно но и уровень у них крайне низкий и чтобы их наловить аж на милливольт, нужно большую антенну (на проводники ширпотребной электроники наводятся меньше микровольта).
2. индустриальный шум - 50Гц а также его гармоники где-то до килогерцев, естественно пик на 50Гц и в обе стороны довольно резкий спад (например очень мощные наводки в метро или на железной дороге, особенно на крупных станциях; но в сотнях метров от жилья и от проводов уже индустриальный шум падает ниже природного фона).
3. радиотехнический шум: ну тут как повезет - если в доме серьезный радиолюбитель с мощным радиопередатчиком, или старый монитор, или старая микроволновка (бывает что просто прогнивает корпус, или дверка плохо закрывается и излучение шпарит наружу), или просто рядом с мобилкой на которую звонят, шум может быть очень большой - милливольты набираются легко.
4. раньше это было чисто теоритически, а сейчас можно столкнуться с сильно фонящими радиоактивными отходами, так вот радиация также может излучать и довольно мощный радиочастотный фон - током конечно бить не будет, но радиопомехи могут быть.

zyxman> Тебе для работы схемы нужен не вообще любой шум, а конкретно насколько возможно случайный сигнал добавленный в правильном размере к измеряемому сигналу.

Да. Или пилообразный шум, но тоже не любой, а определённый.

zyxman> добавленный прямо (и только!!!) к сигналу приходящему на АЦП

И это я знаю. Именно так я и сделал вот здесь:



Но в обсуждаемой здесь схеме все ноги заняты, неоткуда подавать специальный правильный шум, поэтому пытаюсь обойтись шумом схемы. И спрашиваю - можно ли так сделать? Будет ли это надёжно работать?

zyxman> Если ты подводишь шум прямо на питание АЦП, то с учетом что у тебя АЦП не прямого преобразования, а работающий по принципу приближения, вообще-то рискуешь что шум будет суммироваться на нескольких этапах приближения АЦП или даже сбивать логику и получишь полную херню.

И это я понимаю.

zyxman> Датчик у тебя тоже непростой а с интегрированным усилителем, из чего следует еще один нюанс: в зависимости от партии и даже от конкретного экземпляра, подача шума прямо на питалку датчика может вызвать вместо простого прибавления шума к сигналу, прибавление усиленного нелинейно шума (то есть у тебя шум окажется в зависимости от погоды в африке либо больше либо меньше чем надо).

И об этом догадываюсь.

zyxman> Исходя из этого тебе нужно именно добиваться чтобы АЦП работал в как можно более стерильных условиях а шум приходил правильный и по возможности прямо на вход АЦП.

Это ясно. Но откуда его взять?

zyxman> Я выписал сообщения по теме, и прошу в 3-й раз: дай наконец и неправильные данные не в виде графика а именно цифирь.

Ты наверно не заметил моих сообщений.
Неправильных данных нет и не было, мне показалось. На самом деле все данные были правильные.

Задача изменилась. Теперь нужно понять, можно ли использовать для сглаживания шумы схемы, и если нет, то где взять правильный шум.

zyxman> денег на 16 бит не хватает, вот народ и пытается вытягивать субшаговое разрешение.

Деньги тут не при чём, просто хочется максимально простую схему.

Да и 16 бит не нужно, хватило бы 12. Может есть атмеловские контроллеры с 12 бит АЦП ?

Serge77> Но в обсуждаемой здесь схеме все ноги заняты, неоткуда подавать специальный правильный шум, поэтому пытаюсь обойтись шумом схемы. И спрашиваю - можно ли так сделать? Будет ли это надёжно работать?

В общем случае не будет. И даже можешь на этот счет не спорить.
А вот частный случай можно попытаться исполнить, но работоспособность схемы будет зависеть от конкретного экземпляра датчика и МК, и будет с большой вероятностью требоваться настройка каждого экземпляра готового устройства.

zyxman>> Я выписал сообщения по теме, и прошу в 3-й раз: дай наконец и неправильные данные не в виде графика а именно цифирь.
Serge77> Ты наверно не заметил моих сообщений.
Serge77> Неправильных данных нет и не было, мне показалось. На самом деле все данные были правильные.
Serge77> Задача изменилась. Теперь нужно понять, можно ли использовать для сглаживания шумы схемы, и если нет, то где взять правильный шум.

Мне в любом случае нужны либо как можно больше необработанных данных, либо точные ответы на вопросы, но в втором случае мы будем двигаться очень медленно.
Впрочем, сразу вопрос: сколько размер LSB в милливольтах?

zyxman>> Исходя из этого тебе нужно именно добиваться чтобы АЦП работал в как можно более стерильных условиях а шум приходил правильный и по возможности прямо на вход АЦП.
Serge77> Это ясно. Но откуда его взять?

Сразу вижу 2 варианта:
1. использовать для генерации шума одну из ножек подключенных к памяти. Надо внимательно посмотреть, но по идее там можно дергать одну из ножек и не активируя память, а "подтяжка" от шумовой схемы не должна сильно мешать.
2. мигающий светодиод: у них внутрях RC генератор ЕМНИС порядка килогерцев и цифровой счетчик-делитель частоты - не заметить импульсов от мигания светодиода вообще сложно, но также можно вытянуть и пульсации от генератора и от счетчика , а потом просто эти пульсации пустить на транзисторный ключ и сделать нормированный шум.

zyxman>> денег на 16 бит не хватает, вот народ и пытается вытягивать субшаговое разрешение.
Serge77> Деньги тут не при чём, просто хочется максимально простую схему.

Деньги очень даже причем - Чак Мур за свои производит именно такие процессоры и именно с такой периферией, как ему лично хочется

Serge77> Да и 16 бит не нужно, хватило бы 12. Может есть атмеловские контроллеры с 12 бит АЦП ?

Я посмотрю. Но по-моему в таком мелком корпусе больше 10 бит встречаться не должно в принципе Ну по крайней мере за совсем другие деньги..

Хотя кстати можно попытаться распилить корпус и припаяться прямо к чипу, но тоже такая технология будет стоить отдельных денег..

zyxman> А вот частный случай можно попытаться исполнить, но работоспособность схемы будет зависеть от конкретного экземпляра датчика и МК, и будет с большой вероятностью требоваться настройка каждого экземпляра готового устройства.

Тогда мне такого не надо.
Мне надо устройство, которое гарантированно может быть воспроизведено без настроек и сразу работало.

zyxman> Мне в любом случае нужны либо как можно больше необработанных данных, либо точные ответы на вопросы, но в втором случае мы будем двигаться очень медленно.

В приложении - данные от В1
Проблема с высотомером: неправильные показания. [Serge77#26.04.09 11:15]

и В2
Проблема с высотомером: неправильные показания. [Serge77#26.04.09 11:17]

zyxman> Впрочем, сразу вопрос: сколько размер LSB в милливольтах?

Для 10-битного АЦП при 5 Вольтах - 4.88мВ.

zyxman> 1. использовать для генерации шума одну из ножек подключенных к памяти. Надо внимательно посмотреть, но по идее там можно дергать одну из ножек и не активируя память, а "подтяжка" от шумовой схемы не должна сильно мешать.

Если ты уверен, что будет работать, рисуй схему, буду паять.

zyxman> 2. мигающий светодиод

Светодиоды разные, боюсь не все будут работать, а на конкретную марку завязываться не хочется.

zyxman>> А вот частный случай можно попытаться исполнить, но работоспособность схемы будет зависеть от конкретного экземпляра датчика и МК, и будет с большой вероятностью требоваться настройка каждого экземпляра готового устройства.
Serge77> Тогда мне такого не надо.
Serge77> Мне надо устройство, которое гарантированно может быть воспроизведено без настроек и сразу работало.

Тогда нужно сделать только правильный шум, и минимизировать все недокументированные шумы, см тут откуда они берутся:
Проблема с высотомером: неправильные показания. [zyxman#26.04.09 06:01]

zyxman>> Мне в любом случае нужны либо как можно больше необработанных данных, либо точные ответы на вопросы, но в втором случае мы будем двигаться очень медленно.
Serge77> В приложении - данные от В1
Serge77> Проблема с высотомером: неправильные показания. [Serge77#26.04.09 11:15]
Serge77> и В2
Serge77> Проблема с высотомером: неправильные показания. [Serge77#26.04.09 11:17]

Там не указано что на графике. Я правильно понимаю что там усредненные показания АЦП?
Вообще-то я просил милливольты, но ладно, попробую так.

zyxman>> Впрочем, сразу вопрос: сколько размер LSB в милливольтах?
Serge77> Для 10-битного АЦП при 5 Вольтах - 4.88мВ.

zyxman>> 1. использовать для генерации шума одну из ножек подключенных к памяти. Надо внимательно посмотреть, но по идее там можно дергать одну из ножек и не активируя память, а "подтяжка" от шумовой схемы не должна сильно мешать.
Serge77> Если ты уверен, что будет работать, рисуй схему, буду паять.

Ок. Я прикину схему. Но это не обязательно сегодня/завтра.

zyxman>> 2. мигающий светодиод
Serge77> Светодиоды разные, боюсь не все будут работать, а на конкретную марку завязываться не хочется.

Технология у всех светодиодов близкая. Только могут несколько отличаться параметры схемы, потому что это надо "ловить блох" чуть ниже того уровня который мы тут обсуждаем.
Вообще я даже примерно помню что это описание было в Радио где-то в 80-90е - если-бы глянуть и попробовать экспериментально, можно было-бы с очень высокой точностью назвать вероятность успеха (в сущности этот мигающий светодиод дешевый, я бы попробовал).

И я вспомнил что там есть и еще один вариант, но надо чтобы другие электронщики поразмыслили насколько оно реально:
у attiny15 есть возможность включить АЦП дифференциально и добавить усиление в 20 раз - то есть шкала растянется больше чем до 14 бит.
Но для этого нужно во первых освободить вывод 5 МК, во вторых подать на его чего-то высокостабильное и поближе к вольтажу датчика у земли (там вроде 4.1В получается).
Насчет как освободить ногу это пусть думает заказчик (можно например сделать обмен с компом по одному проводу, а для программатора сделать перемычку), а вот 4.1В можно для начала попробовать сделать резистивным делителем из питалки, только лучше взять не простые резисторы а прецизионные чтобы за время замера от температуры не уплыли.

zyxman> минимизировать все недокументированные шумы, см тут откуда они берутся:
zyxman> Проблема с высотомером: неправильные показания. [zyxman#26.04.09 06:01]

Там я вижу только сопротивление дорожек. Как это связано с шумом?

zyxman> Там не указано что на графике. Я правильно понимаю что там усредненные показания АЦП?
zyxman> Вообще-то я просил милливольты, но ладно, попробую так.

Я же дал файлы к этим графикам в приложении.

zyxman> у attiny15 есть возможность включить АЦП дифференциально и добавить усиление в 20 раз

Это сильно уменьшит диапазон измеряемой высоты, мне это не надо.

Serge77> Это сильно уменьшит диапазон измеряемой высоты, мне это не надо.

Подмени датчика за атмосферно налягане, например с този:



или друг подобен, с 15/16бит вграден ADC и I²C или SPI интерфейс, като например този:
http://www.amsys.info/products/ms5534a.htm

zyxman>> минимизировать все недокументированные шумы, см тут откуда они берутся:
zyxman>> Проблема с высотомером: неправильные показания. [zyxman#26.04.09 06:01]
Serge77> Там я вижу только сопротивление дорожек. Как это связано с шумом?

Там написаны вольты которые получаются от этих длинных дорожек. Я буквально указал точные координаты граблей и метод исправления.

zyxman>> у attiny15 есть возможность включить АЦП дифференциально и добавить усиление в 20 раз
Serge77> Это сильно уменьшит диапазон измеряемой высоты, мне это не надо.

Насколько уменьшит?

И раз уж пошла такая тема, сколько тебе надо?
И какой у тебя весовой лимит?
И взвесь, пожалуйста, отдельные радиодетали (все что у тебя есть), с точностью хотя-бы до десятых грамма.

-VMK-> Подмени датчика за атмосферно налягане, например с този:

Интересные датчики, но у них у всех время одного измерения 40-50 мс, т.е. за секунду получится сделать всего 20 измерений, а значит усреднять будет нечего. Правда может и без усреднения будет хорошо, не знаю.

zyxman> Там написаны вольты которые получаются от этих длинных дорожек.

Ты объясни, чем плохи эти вольты. Я должен понимать, что я делаю.

zyxman> zyxman>> у attiny15 есть возможность включить АЦП дифференциально и добавить усиление в 20 раз
Serge77>> Это сильно уменьшит диапазон измеряемой высоты, мне это не надо.
zyxman> Насколько уменьшит?

Максимальная высота полёта получается около 400м.

zyxman> И раз уж пошла такая тема, сколько тебе надо?

10 км.

zyxman> И какой у тебя весовой лимит?

Об этом я не думаю, будем считать, нет лимита.

Взвесить не могу, всё припаяно.

Serge77> Максимальная высота полёта получается около 400м.
zyxman>> И раз уж пошла такая тема, сколько тебе надо?
Serge77> 10 км.

А чем не устраивает 10-метровая дискретность на таком пределе шкалы? 1е-3 нормальная точность, учитывая что в данных будет еще куча погрешностей большего порядка. Можно ли в этом контроллере задать Vref- снаружи? Если да, сделайте делитель напряжения, подбором номиналов можно будет регулировать верхний предел измерений. Еще вариант - включить между датчиком и МК логарифмический усилитель, тогда дискретность отсчетов будет пропорциональна высоте. Может, даже есть готовые датчики с логарифмической характеристикой.

kamenik> А чем не устраивает 10-метровая дискретность на таком пределе шкалы?

Мне нужна точность во всём диапазоне, от земли до 10 км.

kamenik> Можно ли в этом контроллере задать Vref- снаружи?

можно

kamenik> Если да, сделайте делитель напряжения, подбором номиналов можно будет регулировать верхний предел измерений

При атмосферном давлении сигнал с датчика 4В, значит если понижать Vref, то нужно что-то делать и с сигналом датчика.

kamenik> Еще вариант - включить между датчиком и МК логарифмический усилитель, тогда дискретность отсчетов будет пропорциональна высоте.

Зачем? Как это повысит точность?

zyxman>> Там написаны вольты которые получаются от этих длинных дорожек.
Serge77> Ты объясни, чем плохи эти вольты. Я должен понимать, что я делаю.

Эти вольты в виде ВЧ помехи бьют "по голове" АЦП и мешают ему работать, также эта петля что я выделил, это паразитная емкость и паразитная индуктивность - то есть ты сделал не высотомер, а высотомер с радиоприемником, который ловит черти что.

zyxman>> zyxman>> у attiny15 есть возможность включить АЦП дифференциально и добавить усиление в 20 раз
Serge77> Serge77>> Это сильно уменьшит диапазон измеряемой высоты, мне это не надо.
zyxman>> И раз уж пошла такая тема, сколько тебе надо?
Serge77> 10 км.

А сколько это получается в вольтах этого датчика?

zyxman>> И какой у тебя весовой лимит?
Serge77> Об этом я не думаю, будем считать, нет лимита.

Тогда можно сделать генератор шума на 555 (там ЕМНИС нужна сама 555, 3 резистора и конденсатор), хотя в таком случае не понятно почему просто не поставить чего-то с большим числом ног чем у attiny, но тут вобщем дело хозяйское.

Serge77> Взвесить не могу, всё припаяно.
По возможности, пожалуйста

zyxman> 0.0917*0.020 = 0.001834 В
zyxman> 0.052288*0.020 = 0.00104576 В

Измерил. Получил 0.4 и 0.6 мВ. Это 0.1 от шага АЦП.

zyxman> Эти вольты в виде ВЧ помехи бьют по бошке АЦП и мешают ему работать, также эта петля что я выделил, это паразитная емкость и паразитная индуктивность - то есть ты сделал не высотомер, а высотомер с радиоприемником, который ловит черти что.

Но ведь данные показывают, что помех мало. Сколько можно поймать с радио на такую антенну? Полмикровольта?
Хотя конечно дорожки нужно укорачивать.

Serge77>> 10 км.
zyxman> А сколько это получается в вольтах этого датчика?

Примерно от 4 до 1 В.

zyxman> Тогда можно сделать генератор шума на 555

Тогда лучше пользоваться готовым высотомером на Меге.

Если нельзя сделать, ничего не добавляя к Тини, тогда не надо. Дело не в весе, а в простоте.

zyxman>> Эти вольты в виде ВЧ помехи

Странно. Ты же считал Вольты как простое падение постоянного напряжения на резисторе. Почему это считается ВЧ помехой?

kamenik>> А чем не устраивает 10-метровая дискретность на таком пределе шкалы?
Serge77> Мне нужна точность во всём диапазоне, от земли до 10 км.
kamenik>> Можно ли в этом контроллере задать Vref- снаружи?
Serge77> можно
Serge77> При атмосферном давлении сигнал с датчика 4В, значит если понижать Vref, то нужно что-то делать и с сигналом датчика.
Посмотрел уже - нельзя. Я спрашивал именно про Vref- в смысле "минус", т.е нижнее опорное, а не Vref+. Ну да и бог с ним, с опорным, есть же диф. вход с усилителем - настроить на нужный предел высоты программно и все.


kamenik>> Еще вариант - включить между датчиком и МК логарифмический усилитель, тогда дискретность отсчетов будет пропорциональна высоте.
Serge77> Зачем? Как это повысит точность?

Я не о точности говорю а о дискретности отсчетов. Точность определится тчательностью изготовления и калибровки. Логарифмирование сигнала датчика даст одинаковый "относительный вес" LSB во всем диапазоне измерений. Грубо - на высоте 20м LSB будет соответствовать 2см, а на высоте 10км LSB ~ 10 м.

про сантиметры я, конечно загнул, т.к. после логарифмирования там шума будет - усредняй не хочу. Но метровую дискретность думаю, получить можно.

zyxman>>> Эти вольты в виде ВЧ помехи
Serge77> Странно. Ты же считал Вольты как простое падение постоянного напряжения на резисторе. Почему это считается ВЧ помехой?

Вот в том и вся грусть ситуации, что эти вольты образуются вследствие работы элементов самой схемы, а я уже писал тут, у процессоров и у памяти (у всех без исключения!!!), потребление непостоянное, и выглядит оно на осциллографе как ряд очень коротких, буквально иглоподобных пиков на фоне почти нуля (ну просто когда идет какой-то холостой цикл, потребление по крайней мере в разы отличается от потребления когда задействовано много железа на чипе).
И я посчитал самый идеальный случай, когда у тебя прямо возле чипа (буквально припаян на ножки) стоит большой-большой и очень быстрый конденсатор (они не все такие!) и эти пички конденсатором уменьшаются почти до нуля, а когда пички лезут по длинному проводнику то уже получается что проводник работает в режиме ВЧ и начинает проявляться скин-эффект, который выражается в существенном уменьшении проводимости именно для высоких частот а это значит что проседать оно будет реально больше чем на то что посчитано для постоянки.
Приблизительно скин-эффект добавляет еще по 0.03Ом к сопротивлению тех длинных дорожек (то есть + десятки процентов).
Плюс длинная дорожка это еще и лишняя емкость, от которой ты так хотел избавиться, плюс тк дорожка идет по кольцу это еще и индуктивность - я навскидку считал получалось чуть не микрогенри и оно будет давать противо-эдс на пичках, а если у тебя еще и рядом с платой окажется ферромагнетик то могут быть вообще интересные эффекты

Вобщем у тебя получилось удивительное устройство, по которому при минимальных изменениях можно изучать практически весь курс радиотехники.

Кстати, есть идея: попробуй с включенным твоим устройством в кармане пройти через турникет метро, или через "рамки" что на выходах в супермаркетах - оно явно должно чего-то записать, а может даже и провзаимодействует

Serge77> Но ведь данные показывают, что помех мало. Сколько можно поймать с радио на такую антенну? Полмикровольта?

Это если у тебя рядом с высотомером точно не будет больше никакой электроники, а если будет?
У знакомых был опыт (надежный, с хорошей повторяемостью - человек 3 меги сжег), что модуль с 0.01Вт сжигал ножку МК подключенную к проходящей рядом с антенной длинной дорожкой, причем каждый раз оно проявлялось по разному..

zyxman>> Тогда можно сделать генератор шума на 555
Serge77> Тогда лучше пользоваться готовым высотомером на Меге.
Serge77> Если нельзя сделать, ничего не добавляя к Тини, тогда не надо. Дело не в весе, а в простоте.

Ну 3 резистора, надеюсь, еще можно добавить?