Hallo,
im Rahmen eines studentischen Forschungspraktikums bin ich auf ein Problem gestoßen, welches ich hier darstellen und lösen möchte.
Das Problem besteht darin, eine Modul mit (4) Tastern mittels eines möglichst niedrigadrigem Kabel mit einem Mikroprozessor-Modul zu verbinden. Einen Lösungsansatz habe ich in der Arduino-Community gefunden. Im Forum hatte jemand das selbe Problem und wollte 6 Taster auslesen, davon aber jeweils maximal zwei gleichzeitig. Dafür hat er jeden Taster mit einem Widerstand verbunden, welcher aber für jeden Taster eine andere Größe besitzt. Durch intelligente Auslegung der Widerstände konnte er erreichen, dass beim gleichzeitigen Drücken von einem oder zwei Tastern immer eine andere Spannung am Ausgang der Schaltung anliegt. Diese wird mittels eines Analog-Digital-Converters (ADC) im Mikroprozessor (µC) ausgelesen. Daraus folgt ein digitaler Wert, an welchem sich feststellen lässt, welche Tasten gedrückt wurden.
Soweit zu dieser Lösung. Ich wollte diese nun weiterentwickeln und dazu bringen, dass die bei mir vorhandenen Taster in beliebiger Anzahl gedrückt werden können. Also 1, 2, 3 oder alle 4 Taster gleichzeitig. Die Verarbeitung des Signals soll mittels des im ESP8266 integrierten ADC durchgeführt werden. Beginnen wir also nun bei der Schaltung. Man betrachte dazu den Ausschnitt aus meinem Schaltplan.
Praktisch ist diese Schaltung nichts anderes als ein Spannungsteiler mit variablem R2. U_ges ist durch die Spannungsversorgung des ESP8266 (3,3V) vorgegeben. Ein wichtiger Punkt ist, dass der ADC des ESP8266 einen Eingangsbereich von 0..1V besitzt. Dieser Wert entspricht U1. U2 ergibt sich letztendlich aus der Differenz von U_ges und U1 und beträgt demnach 3,3...2,3V.
Somit sind alle Werte, bis auf R1 und R2 gegeben. Diese gilt es nun auszulegen.
Im ersten Schritt habe ich R1 einfach auf 1kOhm festgelegt. Daraus resultiert über die Formel des Spannungsteilers ein Wertebereich für R2 von 2,3kOhm bis 32kOhm für R2. Innerhalb dieser Werte wird sich U1 genau zwischen 0,1V und 1V befinden. Die 0,1V sind eine Einschränkung, damit auch bei keinem gedrückten Taster die dann anliegenden 0V erkannt werden können.
Nun gilt es den errechneten Wertebereich für R2 so auf die Einzelwiderstände R2n zu verteilen, dass bei jeder Kombination von Tastendrücken ein anderes U1 resultiert. Dafür habe ich zunächst eine Formel aufgestellt, welche U1 abhängig von R2, bzw. R2n liefert. Ohne jetzt groß auf die Rechnung eingehen zu wollen, ergibt sich folgende Formel.
Daraus lässt sich nun ein Excel-Arbeitsblatt erstellen, in welches man die vier Einzelwiderstände eingeben kann. Daraus werden die jeweils resultierenden Gesamtwiderstände und Ausgangsspannungen aller Taster-Kombinationen errechnet. Abschließend werden diese aufsteigend sortiert und bei der Spannung die Differenz zum nächst kleineren Wert errechnet. Zusätzlich werden alle Werte in Diagrammen dargestellt.
Durch Einsetzen und Probieren erhält man somit eine Rückmeldung, wie optimal die Eingabe ist. Als Beispiel möchte ich die letztendlich von mir gefundene Lösung präsentieren.
Zusätzlich zu Widerstand und Spannung taucht hier ein ADC-Wert auf. Dieser Wert gibt an, welcher Wert aus dem ADC ausgelesen werden kann, bzw. werden sollte. Auf den Graphen der sortierten Werte ist gut erkennbar, wie optimal die Lösung ist. Die optimalste Lösung würde eine Grade zeigen, die bei 0,1V beginnt und bei 1V aufhört. Dadurch wäre der Abstand zwischen den einzelnen Punkten möglichst konstant. Würden zwei Werte zu nah aneinander liegen, so könnte der µC nichtmehr unterscheiden, um welche Tastenkombination es sich nun handelt.
Bei der von mir gefundenen Lösung ergeben sich die Werte 4.3KOhm, 9.1kOhm, 20kOhm und 31,6kOhm. Dabei ist zu beachten, dass ich nur Werte verwendet habe, welche es so auch zu kaufen gibt.
Wer selbst einmal rechnen (lassen möchte), für den habe ich mein Excel-Dokument zum Download zur Verfügung gestellt.
Im nächsten Blogeintrag wird es dann endlich um die Fertigstellung meiner Plexiclock gehen, welche es heute endlich an die Wand geschafft hat.
im Rahmen eines studentischen Forschungspraktikums bin ich auf ein Problem gestoßen, welches ich hier darstellen und lösen möchte.
Das Problem besteht darin, eine Modul mit (4) Tastern mittels eines möglichst niedrigadrigem Kabel mit einem Mikroprozessor-Modul zu verbinden. Einen Lösungsansatz habe ich in der Arduino-Community gefunden. Im Forum hatte jemand das selbe Problem und wollte 6 Taster auslesen, davon aber jeweils maximal zwei gleichzeitig. Dafür hat er jeden Taster mit einem Widerstand verbunden, welcher aber für jeden Taster eine andere Größe besitzt. Durch intelligente Auslegung der Widerstände konnte er erreichen, dass beim gleichzeitigen Drücken von einem oder zwei Tastern immer eine andere Spannung am Ausgang der Schaltung anliegt. Diese wird mittels eines Analog-Digital-Converters (ADC) im Mikroprozessor (µC) ausgelesen. Daraus folgt ein digitaler Wert, an welchem sich feststellen lässt, welche Tasten gedrückt wurden.
Soweit zu dieser Lösung. Ich wollte diese nun weiterentwickeln und dazu bringen, dass die bei mir vorhandenen Taster in beliebiger Anzahl gedrückt werden können. Also 1, 2, 3 oder alle 4 Taster gleichzeitig. Die Verarbeitung des Signals soll mittels des im ESP8266 integrierten ADC durchgeführt werden. Beginnen wir also nun bei der Schaltung. Man betrachte dazu den Ausschnitt aus meinem Schaltplan.
Praktisch ist diese Schaltung nichts anderes als ein Spannungsteiler mit variablem R2. U_ges ist durch die Spannungsversorgung des ESP8266 (3,3V) vorgegeben. Ein wichtiger Punkt ist, dass der ADC des ESP8266 einen Eingangsbereich von 0..1V besitzt. Dieser Wert entspricht U1. U2 ergibt sich letztendlich aus der Differenz von U_ges und U1 und beträgt demnach 3,3...2,3V.
Somit sind alle Werte, bis auf R1 und R2 gegeben. Diese gilt es nun auszulegen.
Im ersten Schritt habe ich R1 einfach auf 1kOhm festgelegt. Daraus resultiert über die Formel des Spannungsteilers ein Wertebereich für R2 von 2,3kOhm bis 32kOhm für R2. Innerhalb dieser Werte wird sich U1 genau zwischen 0,1V und 1V befinden. Die 0,1V sind eine Einschränkung, damit auch bei keinem gedrückten Taster die dann anliegenden 0V erkannt werden können.
Nun gilt es den errechneten Wertebereich für R2 so auf die Einzelwiderstände R2n zu verteilen, dass bei jeder Kombination von Tastendrücken ein anderes U1 resultiert. Dafür habe ich zunächst eine Formel aufgestellt, welche U1 abhängig von R2, bzw. R2n liefert. Ohne jetzt groß auf die Rechnung eingehen zu wollen, ergibt sich folgende Formel.
Daraus lässt sich nun ein Excel-Arbeitsblatt erstellen, in welches man die vier Einzelwiderstände eingeben kann. Daraus werden die jeweils resultierenden Gesamtwiderstände und Ausgangsspannungen aller Taster-Kombinationen errechnet. Abschließend werden diese aufsteigend sortiert und bei der Spannung die Differenz zum nächst kleineren Wert errechnet. Zusätzlich werden alle Werte in Diagrammen dargestellt.
Durch Einsetzen und Probieren erhält man somit eine Rückmeldung, wie optimal die Eingabe ist. Als Beispiel möchte ich die letztendlich von mir gefundene Lösung präsentieren.
Zusätzlich zu Widerstand und Spannung taucht hier ein ADC-Wert auf. Dieser Wert gibt an, welcher Wert aus dem ADC ausgelesen werden kann, bzw. werden sollte. Auf den Graphen der sortierten Werte ist gut erkennbar, wie optimal die Lösung ist. Die optimalste Lösung würde eine Grade zeigen, die bei 0,1V beginnt und bei 1V aufhört. Dadurch wäre der Abstand zwischen den einzelnen Punkten möglichst konstant. Würden zwei Werte zu nah aneinander liegen, so könnte der µC nichtmehr unterscheiden, um welche Tastenkombination es sich nun handelt.
Bei der von mir gefundenen Lösung ergeben sich die Werte 4.3KOhm, 9.1kOhm, 20kOhm und 31,6kOhm. Dabei ist zu beachten, dass ich nur Werte verwendet habe, welche es so auch zu kaufen gibt.
Wer selbst einmal rechnen (lassen möchte), für den habe ich mein Excel-Dokument zum Download zur Verfügung gestellt.
Im nächsten Blogeintrag wird es dann endlich um die Fertigstellung meiner Plexiclock gehen, welche es heute endlich an die Wand geschafft hat.
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