Нестабильность показаний с делителя - почему?

Добрый день!
Мониторю состояние напруги в системе 12В.

Ардуино питается с трансформатора, выходами подключенного к АКБ, через стабилизированный БП 3.3 V.
С клемм АКБ взят входной сигнал на делитель. Напряжение на АКБ стабильно - 13,7 V без скачков.
С делителя 1:5 подается сигнал на аналоговый вход ардуино, вход подтянут резистором к нулю.

Питание стабильно, при этом на входе ардуины постоянное небольшое "дрожание" с регулярной просадкой до 0,5 вольт, что при моих задачах является неприятным отклонением.

С чем может быть связано, посоветуйте как это побороть, если это возможно?
График напряжения для иллюстрации приложил.

 

http://forum.amperka.ru/threads/Кон...rduino-и-остальная-нагрузка.10210/#post-96212
Посмотрите эту тему.....

 

А если усреднять, замеров так за 30? + правильно округлять?
Вы уверены, что Вам сотые на 13,7В нужны?

 

Там не сотые, а до полувольта скачки, к сожалению. На графике тоже видно - 13,72 и 13,27 соседствуют.
Думал о таком варианте - округлять последние 5 замеров. Если не найдётся простого решения, скорее всего так и буду двигаться, вполне рабочий, хоть и не самый удобный вариант.

 

Судя по этой теме - решением будет поставить внешний шилд для контроля напряжения. Другого решения я в теме не увидел.
Кстати пробовал выбирать режим референса INTERNAL вместо DEFAULT (в котором VCC и есть референсное напряжение, как я понимаю) - в показаниях вообще полная белиберда была (то что опорное внутреннее должно быть порядка 1,1 я учитывал).

 

Зачем там внешний шилд?

На входе АЦП - обычный делитель, один вход АЦП заводим на 3.3В ардуины.
Референс на VCC.

Считываем АЦП подключенный к 3.3В.
Вычисляем напряжение VCC по значению АЦП, подключенному к 3.3В (на 3.3 больше ничего не висит обычно)
Считываем АЦП, подключенный к делителю, вычисляем напряжение с учетом рассчитанного VCC.

Повторяем предыдущие шаги н-ное количество раз, вычисляем среднее с учетом округления.

Ничего не прыгает вообще:



На графике видно отключение питания 220В на даче, и цикл зарядки аккумулятора.

Сейчас используется одна батарея, оба входа устройства подключены к ней.

Сделал два входа на будущее, чтобы при длительном отключении электричества, при сильной разрядке батареи, только сильно жрущее видеонаблюдение отключалось бы, а сигнализация осталась в работе.

 

Сергей, не очень понятно для чего вы вычисляете значение Vcc? Если референсным напряжением на ардуино по умолчанию выставлен DEFAULT, то это означает, что в качестве опорного будет выступать напряжение на самом Vcc. А в этой ситуации попытка чтения своего же напряжения Vcc на любой другой ножке АЦП должно возвращать вам 1023.

Можете показать кусок скетча в части измерения напряжений?

 

Вы же рассчитываете напряжение на входе делителя из условия, что 1023 == 5.0 Так?
А вы уверены, что напряжение VCC == 5В.
А если у Вас там 4.76В, или 4.9В. ТО в формулу расчета реального напряжения на пине нужно уже подставлять не значение 5.0, а к примеру, 4.76, или 4.9, относительно которого измерялось напряжение.
Поэтому, нужно понять, какое напряжение на референсе. и это напряжение использовать в мапинге.

Как это сделать? Либо использовать внутренний опорный источник, либо - внешний.
Я использую встроенный в Ардуину источник напряжения 3.3В. Аналоговый порт у меня свободный есть, на 3.3 у меня нет нагрузки, и по наблюдениям очень все стабильно. Проверенный мультиметр показывает 3.300.

Замеряем напряжение на 3.3, получаем значение АЦП, принимаем его за 3.3, и по простейшей формуле рассчитываем чему равно значение 1023. Принимаем полученное расчетное значение напряжения за VCC.

А далее рассчитываем напряжение на измеряемом входе, только не с константой VCC равной 5.0, а с полученным значением VCC.

Я проверял, так видно и напряжение питания процессора, и, даже при питании от USB равным 4.7, напряжение на входе делителя измеряется корректно.

Код посмотрю - попробую из него пример сделать. Там просто долго разбираться придется. много чего дописывалось, не оптимизировалось, как всегда, когда для себя, комментарии не пишем.

 

Да, я собственно об этом и говорил. Но дело в моем случае в другом:
https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/analog-io/analogreference/
Указаны референсные напряжения на чипах:

Arduino AVR Boards (Uno, Mega, etc.)

• DEFAULT: the default analog reference of 5 volts (on 5V Arduino boards) or 3.3 volts (on 3.3V Arduino boards)
  INTERNAL: an built-in reference, equal to 1.1 volts on the ATmega168 or ATmega328P and 2.56 volts on the ATmega8 (not available on the Arduino Mega)

На атмеге 328 можно включить INTERNAL и в таком случае можно сравнивать с внутренним встроенным 1.1 вольта. А в случае с DEFAULT, как пишут в сети, просто замыкаются пины AREF и Vcc и референсом будет считаться поданное на Vcc напряжение питания.
Так вот в случае с INTERNAL, с делителя подавать напряжение на пин ниже 1го вольта ничего не дало - всегда были максимальные значения, а в режиме DEFAULT любая нестабильность на входе будет влиять на качество измерений. И смысла получается нет измерять своё собственное напряжение, т.к. сравнивать мы будем с ним же самим, а это на уровне Мюнхгаузена, который сам себя за волосы вытащил из болота

Если код выложите в любом виде, буду очень признателен.

 

Сергей, добавлю.
Видимо, моя ошибка в том, что после выставления INTERNAL в качестве опорного, напряжение нужно снимать с Vcc на АЦП пин, питая саму ардуину через RAW. В таком случае как вы и говорите, я смогу найти реальную величину Vcc.
И получается INTERNAL в качестве опорного не означает, что максимальное значение на входе АЦП будет 1,1V, как я думал ранее.
Вот эта статейка натолкнула на мысль:
https://jeelabs.org/2012/05/04/measuring-vcc-via-the-bandgap/

 

Подождите, не мучайте устройство
Исходник частично перелопатил, вечером проверю, выложу.
Но, мне кажется, он все равно избыточен.

 

Вчера не смог завершить - пришлось по работе отвлечься. В командировке я .
Порт A0 соединяете с выходом 3.3V. он теперь служебный, ADC_Val[0] можно посмотреть напряжение питания процессора.
В константе ADC_QUANTITY количество нужных Вам аналоговых портов. В примере все 6. С служебного A0 до A5. Для измерения одного напряжения - поставьте 2. (A0 и A1) Измеряемое напряжение подаете на А1.

Код проверил, работает стабильно.
В последовательный порт, данные выкидываются, только при наличии изменений, и по таймауту в 1 минуту.

Как то так...

Код (C++):

//---------------- Serial  ------------------

bool Serial_Flag = false;

//-------------------- ADC -------------------------------

#define FRC_Update_TO  60000       // период принудительного обновления 1 раз в минуту

#define ADC_CHECK_TO  10       // период опроса АЦП для всех портов
#define ADC_SUM_COUNT 20        // считаем среднее из количества ADC_SUM_COUNT если хотим не больше 16 - то можно поменять тип данных ADC_SUM_BUF  с long на unsigned

#define ADC_QUANTITY  6         // количество аналоговых входов + первый - референс 3.3В


uint32_t ADC_SUM_BUF[ADC_QUANTITY];  // буфер для накопления суммы значений АЦП для расчета среднего

uint8_t  ADC_Count_BUF[6] = {8, 7, 6, 4, 2, 0};        // используется для сглаживания нагрузки на отправку изменений значений (например MQTT), чтобы новые значение не появлялись по всем портам сразу
                                                       // для 2-х портов  ADC_Count_BUF[2] = {5, 0};
uint8_t  ADC_Firts_Flag;                              // флаг, для того чтобы скинуть первый неполный проход (из за того счетчики 8, 7, 6, 4, 2, 0,  см. выше)

uint8_t  Update_flag = 0;                            // если измеряемое значение изменилось соответствующий бит будет взведен в 1

uint8_t  ADC_Pins[6] = {A0, A1, A2, A3, A4, A5};     // пины аналоговых входов

float    ADC_Val[ADC_QUANTITY];                  // здесь храним рассчитанные значения напряжений на входах ( не забываем, ADC_Val[0] это напряжение питания процессора)

void ADC_data_init(void)
{
  uint8_t i,n;
  for (i=0,n=1; i < ADC_QUANTITY; i++,n=n<<1)
  {
    ADC_Val[i] = 99.0;
    ADC_SUM_BUF[i] = 0;
    ADC_Firts_Flag |= n;
   }
}

void ADC_Val_Update(byte adc_numb, unsigned adc_val)   // функция пересчета значений АЦП в напряжение на входе
{
  uint32_t      long_val;
  uint16_t      int_val;
  float         temp_f_val;

  if (adc_val > 1023) // такого быть не должно, но проверим
    adc_val = 1023;

  if (adc_numb == 0)  // вход подключенный к 3.3В
  {
      temp_f_val = 1023.0*3.32 / (float)adc_val;  // 3,32В измерено мультиметром на пине "Выход 3.3", подставить свое значение.
   }
  else
  {
      temp_f_val = (float)adc_val * ADC_Val[0] / 1023.0;  //  тут все понятно
         // temp_f_val = temp_f_val * 5.0;
  }

   int_val= (uint16_t)( temp_f_val*100.0);    // -----  округлим до десятых

   if ( int_val % 10 >=5 )                    // если сотые больше или равно 5 добавим одну десятую
      int_val = (int_val / 10) + 1;
    else
      int_val = (int_val / 10);
 
   temp_f_val = (float) int_val / 10.0;  // // -----  закончили округление, вернем во float
 
  if (ADC_Val[adc_numb] != temp_f_val)   // если значение изменилось, то взведем бит изменения в разряде соответсвующем номеру порта.
  {
    ADC_Val[adc_numb] = temp_f_val;      // запишем изменение
    Update_flag |= (1 << adc_numb);
  }

}

void ADC_Check_new(byte adc_numb)                 // функция проверки АЦП и накопление среднего
{
  uint16_t  adc_val;

  adc_val = analogRead(ADC_Pins[adc_numb]);       // прочитаем значение из порта

  if (ADC_Count_BUF[adc_numb] < ADC_SUM_COUNT)    //проверим, если просуммировали меньше чем нужно - добавим
  {
    ADC_SUM_BUF[adc_numb] += adc_val;
    ADC_Count_BUF[adc_numb]++;
  }

  if (ADC_Count_BUF[adc_numb] == ADC_SUM_COUNT)  // если набрали нужное количество измерений для данного порта
  {
    uint8_t  bit_mask = 1 << adc_numb;

    if ( ADC_Firts_Flag & bit_mask)     // проверим - это первый, после старта проход, для данного порта, сбрасываем значение и сбросим бит и больше не будем сюда заходить.
      ADC_Firts_Flag &= ~bit_mask;
    else                               //  иначе найдем среднее и обработаем наколенные значения
    {
      adc_val = ADC_SUM_BUF[adc_numb] / ADC_SUM_COUNT;

      if (ADC_SUM_BUF[adc_numb] % ADC_SUM_COUNT >= ADC_SUM_COUNT / 2 ) // округлим с учетом остатка
        adc_val++;

      ADC_Val_Update(adc_numb, adc_val);  // обработаем наколенные значения
    }
    ADC_SUM_BUF[adc_numb] = 0;           // сбросим счетчики
    ADC_Count_BUF[adc_numb] = 0;
  }
}


/****************************************************************************
   Главная программа
****************************************************************************/

void setup()
{
  uint32_t start_millis = millis();

  ADC_data_init();                            // инициализируем переменные, связанные с АЦП

  Serial.begin(115200);

  while (millis() - start_millis < 8000 )     // ждем 8 секунд открытия последовательного порта если не открыли порт, не выводим в него ничего
  {
    if (Serial)
    {
      Serial_Flag = true;                     // будем выводить данные в порт
      Serial.println("Serial Connected");
      break;
    }
  }
}

void loop()
{
  uint32_t         cur_ms = 0;
  static uint32_t  adc_last_ms = 0;
  static uint32_t  frc_last_ms = 0;
  static uint8_t   cur_ADC_port = 0;

  cur_ms = millis();

  if (  cur_ms - adc_last_ms > ADC_CHECK_TO )   // проверим ADC
  {
    if (cur_ADC_port == ADC_QUANTITY)            // если перебрали все порты - начнем сначала
      cur_ADC_port = 0;

    ADC_Check_new(cur_ADC_port);                // проверим порт
    cur_ADC_port++;

    adc_last_ms = cur_ms;                      // запомним время проверки
  }

  if(cur_ms - frc_last_ms > FRC_Update_TO)
  {
    uint8_t i,n;
    for (i=0,n=1; i < ADC_QUANTITY; i++,n=n<<1)
      Update_flag |= n;
    frc_last_ms=cur_ms;
    Serial.println("Update TimeOut");
  }


  if (Update_flag )                             // обработаем  изменения если есть
  {
    uint8_t  j, n;

    for (j=0,n=1; j< ADC_QUANTITY; j++,n=n<<1)   // пробежим по всем портам (по флагу)
    {
        if ( Update_flag & n )                    // если бит изменения взведен - есть изменения
        {
            if (Serial_Flag)                      // если сериал открыт выведем данные в порт
            {
                Serial.print("ADC A");
                Serial.print(j);
                Serial.print(" val= ");
                Serial.println(ADC_Val[j]);
            }

            // здесь можно отправить изменения куда-то, например MQTT
                   
            Update_flag &= ~n;   // сбросим флаг изменений
        }
   
    }
  }
}
 

 

Да, только сейчас заметил, как вы писали, у Вас ардуина питается от 3.3В - у меня от 5В.
Поэтому использую встроенный ненагруженный стабилизатор 3.3В как референс.
Так какая у Вас ардуина в результате?

 

Pro mini. Но там свой реф встроенный должен быть 1.1
Проверю на выходных.
Большое спасибо за код!