4-20mA E-Paper Display idee

[Amper]

Moin,

Habe da ene idee und weis nicht, obs das eh schon gibt oder ob ich da mal ein bisschen Arbeit rein investieren sollte.

Hier liegen öfters Sensoren mit 4-20mA herum, meistens bastelt man sich dann ein drehspul oder ein dmm in den kreis und rechnet dauernd im kopf um auf das was man eigentlich wissen will, oder man hat irgendwo einen Kreis mit M12 steckern, aber will direkt am sensor oder irgendwo mitten in der Leitung auch mal den Messwert sehen.

Jetzt dachte ich, könnte man für relativ wenig geld einen 328P nehmen, einen größeren shunt in serie mit einer 3,3V Zener, ein kleines e-paper display und das alles zwischen zwei M12 verbidern. Oled geht wohl leider nicht, 20mW ist ja echt nicht viel.

Hätte noch wer Interesse, falls ich da ein paar platinen mache? Anregungen würden mich auch interessieren, insbesondere zu anderen Anzeigemöglichkeiten, da ein e-paper ja imernoch recht kostspielig ist. Eine Variantemit integriertem Datenlogger würde mich auch interessieren, aber das ist dann wieder ein komplett anderes Projekt.

[Fritzler]

Ein normales reflektives LCD sollte doch von der Stromaufnahme und der Kosteneffizienz ausreichen.
Also so eines ohne Hirn, wie mans aus Multimetern kennt.

und rechnet dauernd im kopf um auf das was man eigentlich wissen will

Also brauchts noch ein paar Knöpfe mit Presets:
- Das ist jetzt ein Spaltensor mit 1mm = 1mA
- Das ist jetzt ein Durchflussmessgerät mit 1m³/s pro 0,1mA

Jetzt dachte ich, könnte man für relativ wenig geld einen 328P nehmen

Zu teuer, veraltet, stromhungrig und hat kein eingebauten LCD Treiber.
Guck doch mal bei den STM32L vorbei.
Da gibts dann auch 12Bit ADCs statt 10Bit und mit LCD Treiber.
-> L053, L063, L073, L083, L100, L152, L162, L433

[Amper]

Naja, adc hätte ich extern gemacht, wobei dei 12 bit natürlich sinn machen. 328 wollte ich um das Ganze leichter zugänglich zu halten, nicht jeder will für sowas gleich bootloader flashen, und einen usb port wollte ich auch nicht auf dem teil. Was den Stromverbrauch angeht, klar, pro rechenleistung sind die nicht gut, aber man kommt problemlos auf 5uA in der anwendung, das sollte langen, läuft ja eh nur, wenn auch strom auf der schleife ist. Eine Batterie wollte ich vermeiden.

Mit dem reflektierenden LCD hast du natürlich recht, ist nur etwas blöd, wenn man die einheiten und menuestruktur in dieses matrixformat drücken muss, das mag ich eigentlich nicht im Vergleich zu modernen Varianten. Einfacher zu nutzen ist es auch nicht unbedingt, wenn man ein kleines will schränkt sich dann aucnoch die verfügbarkeit ein.

[Fritzler]

nicht jeder will für sowas gleich bootloader flashen

Der ist ja bei den STM32 schon dabei

Der lauscht u.a. auch über USB und von ST gibts dann ein Stück Software.
Das musste ja nicht über USB machen, auf einem UART lauscht der auch.
Aber woher kommt die Stromversorgung beim FW aufspielen dann?
USB lieferts ja mit.

ist nur etwas blöd, wenn man die einheiten und menuestruktur in dieses matrixformat drücken muss

Das ist durchaus nen Argument.
Diese hirnlosen LCDs gibts zwar auch als Pixelmatrix, aber da wirds dann teuer.

Mit Hirn tauchen doch desöfteren immermal sone alten "NOKIA3310 B/W LCD" auf.
Da gibts wohl noch ein ganzen Haufen von.

[Amper]

Jop, nur ist das halt nur für leute geeignet, die gerne mit sowas basteln, arduino kompatibel macht das alles um welten zugänglicher. Die meisten, die industriesensoren irgendwo verbauen wo man zusätzliche anzeigeinstrumente braucht haben nicht unbeding lust sich mit dubioser alter handyhardware auseinanderzusetzen. Deshalb wäre ja auch ein oled optimal, wenn die denn nicht so viel strom bräcuhten.

[winnman]

20mA über einen Shunt mit 500 Ohm ergeben 10V.

bei 250 Ohm ergibt das 5V. damit sollte sich doch in der "modernen" µComputerwelt doch was anfangen lassen.

0-20mA (4-20) und 0-10V ist eben Industriestandard, das hat sich in punkto Fehleranfälligkeit, . . . seit Jahrzehnten bewährt.
Die Sensoren sind relativ günstig, robust, gibt es für fast alle Anwendungszwecke, . . .

[Henning]

Jau, aber nicht jeder Loop kann deine 500 Ohm zusätzliche Bürde treiben, und leider hat man nicht immer die 20mA anstehen, sondern vielleicht nur 4... oder 3,6mA...

[Amper]

Jop, als ich die idee hatte dachte ich auch "wheyyy, da ist so viel leistung da!" Aber sind halt nur 2-3mA*5V, as langt dann nur für die logik und nicht für die anzeige.

[BernhardS]

Jau, aber nicht jeder Loop kann deine 500 Ohm zusätzliche Bürde treiben, und leider hat man nicht immer die 20mA anstehen, sondern vielleicht nur 4... oder 3,6mA...

Ein Loop der keine 500 Ohm treiben kann macht aber nun nicht wirklich Sinn.
Einer der Vorteile besteht ja darin, daß man eine weitere Signalverwertung jederzeit einschleifen kann.

[Chefbastler]

Jau, aber nicht jeder Loop kann deine 500 Ohm zusätzliche Bürde treiben, und leider hat man nicht immer die 20mA anstehen, sondern vielleicht nur 4... oder 3,6mA...

Mit nem STM32Lxxx und LC Display direkt treiben dürfte dass auch weit unter 100µA realisierbar sein.

Auch wenn ich mir die kleinen DOG LCDs von Display Assembly anschauen brauchen die nur 100-300µA an 3,3V.

[Amper]

Ja, auf so ein lcd wirds wohl hinauslaufen, brauche nurnoch ein einzeiliges mit kleinen außenmaßen, das ganze gerät soll nicht viel größer werden als die stecker selbst.

@Henning: Klar muss das gehen, aber ich will ja ein Gerät, das man in einen bestehenden loop einbauen kann ohne, dass der dadurch übermäßig verändert wird. Wenn er eh schon knapp ausgelastet ist will ich nicht noch 10V zusätzlich rein werfen, selbst bei 5 habe ich da schmerzen. Wäre auch sinnvoll, falls man mal etwas außer der norm aus einem akku versorgen möchte.

EDIT:
Das hier schaut schonmal verwendbar aus, hat aber auch schon wieder 2,5mA an 3,3V
https://www.mouser.de/ProductDetail/New ... IuuUKrw%3D

[Henning]

Also entweder habe ich einen Denkfehler, oder ihr habt andere Sensoren in Gebrauch als ich...
Ihr haut hier alle wie selbstverständlich auf den Tresen, "zusätzliche 500 Ohm, gar kein Problem", "lassen wir doch mal eben 10V abfallen"... Das kann ich nicht ganz glauben - leider.
Kannst du bitte mal ein Beispiel liefern von deinem Sensor? Mich interessiert die Bürde die dieser Sensor treiben kann.

[Bastelbruder]

Irgendwie wird da heftig was mißverstanden. Da soll in Reihe zu einem ziemlich beliebigen Sensor noch das intelligente Display versorgt werden.

Mit relativ wenig Aufwand läßt sich eine Meßmimik bauen, die konstant 3,3 Volt "verbraucht" und den aktuell fließenden Strom von 4..20 mA umgerechnet zur Anzeige bringt. Opfer müssen gebracht werden, 3,3 Volt sind in elfundneunzig Prozent der Fälle möglich. Auch noch mit nicht spezifizierten 3 mA - oder dem Strom den der außerhalb seines Meßbereichs befindliche Sensor eben braucht. Bloß der Shunt muß wohl mit 100 mV auskommen, das braucht noch etwas Verstärkung, bestehend aus zwei weiteren Widerständen und einem OpAmp.

Warum allerdings ein E-Paper verwendet werden soll, kann ich kaum nachvollziehen, LCD braucht sicher nicht mehr Strom. Außer die Anzeige soll noch nach dem Ausschalten bestehen bleiben.

[mastamx]

Es gab / gibt dazu doch Energy Harvesting Equipment von Linear? https://www.analog.com/en/products/powe ... sting.html#

Damit kann man den Spannungsabfall etwas einbremsen, wobei das Messen dann wohl interessant wäre, wegen Ripple überm Shunt. Wobei man die Kollegen bestimmt abschalten kann (Enable Pin) und sowieso etwas Energie puffern müsste... muss ja nicht gleich ein Goldcap werden

[Weisskeinen]

Mit relativ wenig Aufwand läßt sich eine Meßmimik bauen, die konstant 3,3 Volt "verbraucht"...

Ich überlege gerade... kann man da den Spannungsabfall über einer Z-Diode verwenden, um die 'Messmimik' zu versorgen? Hat das schon mal jemand ausprobiert?

[Bastelbruder]

Ich denke daß eine Diodenkombination (Z-Dioden mit 3,3 V sind gaanz lausig) ausreichen sollte. Die Spannung muß nicht besonders genau sein, hauptsache die ADC-Referenz funktioniert.

[Weisskeinen]

Na ja, was ich danach mit der Spannung mache, ist ja erst mal egal (glätten, regeln, wandeln, ...), aber nur mit einem Widerstand zu arbeiten sorgt halt dafür, dass der Spannungsabfall bei 20mA wesentlich höher ist als bei 4mA. Wenn ich aus 4mA 3,3V raus jucken will, bräuchte ich 825Ohm. Bei 20mA fallen dann schon 16,5V ab. Einerseits ist das für die Anwendung selbst total unnötig, andererseits kommen da dann die Bustreiber wohl eher an die Grenze, als wenn ich deutlich weniger Spannungsabfall erzeuge.

[Sir_Death]

Na eben nicht.

Die Betriebsspannung machst du dir mit 6 Dioden in Flussrichtung (z.B.: 1N4148). Die machen dann immer 3,xxV - egal wieviel Strom durch geht.
Den Widerstand - Stromshunt - kannst du so klein machen, dass bei 20mA grad mal 0,5V abfallen - die werden dann gemessen --> 4mA sind dann 0,1V

[Weisskeinen]

Äh, ja, genau das meine ich ja. Aber die ADC-Referenz direkt von dem Dioden-Stromversorgungs-'Shunt' abzunehmen macht doch sowieso keiner, oder?
Der Stromshunt sollte so klein wie möglich sein, klar.

[Amper]

Jop, genau. ein rail to rail OP mit 8 beinen sollte eh drauf, kann man ja noch andere schandtaten mit treiben, oder einen herkömmlichen, dafür aber den shunt mit in die spannungsversorgungsdioden einbeziehen, zwei 1,4V dioden und dazwischen in reihe 5 Ohm. Dann fallen bei 20mA 100mV ab und sie sind immer 1,4V von den rails entfernt, muss dann aber wieder auf den adc übersetzt werden.
Ansonsten könnte man ja auch überlegen, ob man mit 10Bit auskommt, dann einfach full scale, 20mA=1V und interne 1,1V ref, das ist halt 1V mehr, aber was solls...

Das e-paper hätte halt den vorteil, dass es auch "ohne strom noch irgendwas anzegen könnte, und es braucht halt wirklich nichts. Wie oben angesprochen, ein LCD herkömmlicher bauart mit integriertem treiber liegt bei 2,5mA, wenn man dann noch einen atmega normal mitlaufen kässt ist man über den maximalen 4mA, da muss man dann schon runter mit dem takt um unfälle zu verhindern.

[Weisskeinen]

...muss dann aber wieder auf den adc übersetzt werden.

Differentiell messen?

[Amper]

da brauchste halt dann zwei adcs, und schnelle noch dazu je nach sensorsignal.

Oder mienst du diff OP? Klar, kann man natürlich einen instrumentenverstärker nehmen, ina126 oder so, ist dann aber auch wieder overkill finde ich.

[Weisskeinen]

Nö, du brauchst nur einen Multiplexer und den haben die meisten Mikorcontroller schon eingebaut. Manche kann man direkt so konfigurieren, dass die die Differenz zwischen zwei Eingängen samplen. Ach so, du brauchst aber dafür zwei OpAmps.
Hmmm, Moment, Denkfehler. Ein OpAmp ist doch ein Differenzverstärker. Damit kann man doch direkt die Differenzspannung über dem Shunt verstärken. Wo ist mein OpAmp-Buch...

[Hauspapa]

Wie oben angesprochen, ein LCD herkömmlicher bauart mit integriertem treiber liegt bei 2,5mA, wenn man dann noch einen atmega normal mitlaufen kässt ist man über den maximalen 4mA, da muss man dann schon runter mit dem takt um unfälle zu verhindern.

EA DOGS102-6 liegt bei 250uA ohne Beleuchtung. ein beliebiger Controller mit vernünftiger Sleep Mode Nutzung nicht mehr als 100uA, der macht ja nichts als 3x pro Sekunde kurz aufwachen. Spendiert man noch einen kleinen Boost Konverter drückt man den Spannungsabfall locker unter 1V.

Viel Erfolg
Hauspapa

[Bastelbruder]

Die Wandlung von minus 100 mV auf 2.5 V macht ein SOT-5-OpAmp inclusive 2 Widerständen 3k99 und 100 k, den gibts mit unter 10 µA Stromaufnahme. Eine Z-Diode 3,3 V und ein 4V-680µ-Polymer-Elko aus einer alten Puterkarte sind die Stromversorgung. Wenn die Spannung zusammenbricht sind sowieso keine sinnvollen Daten anzuzeigen.
Jetzt bleibt noch die ziemlich unsportliche Sonderaufgabe einen Uraltcontroller mit ADC zu finden, der ein 4bit-Display ansteuern kann. Die höchst komplizierten Sonderaufgaben zur Umrechnung von ADC-Output in passend formatierte Zahlenwerte konnte schon die BasicStamp vor 30 Jahren.

[Chefbastler]

Wie oben angesprochen, ein LCD herkömmlicher bauart mit integriertem treiber liegt bei 2,5mA, wenn man dann noch einen atmega normal mitlaufen kässt ist man über den maximalen 4mA, da muss man dann schon runter mit dem takt um unfälle zu verhindern.

EA DOGS102-6 liegt bei 250uA ohne Beleuchtung. ein beliebiger Controller mit vernünftiger Sleep Mode Nutzung nicht mehr als 100uA, der macht ja nichts als 3x pro Sekunde kurz aufwachen. Spendiert man noch einen kleinen Boost Konverter drückt man den Spannungsabfall locker unter 1V.

Viel Erfolg
Hauspapa

Genau die Displays mein ich und ein kleiner STM32Lxxx braucht auch nur ein paar µA und hatt nen 12Bit ADC drin. Manche haben auch noch nen OpAmp mit drin. Oder auch ein 16-Segment LCD direkt Treiben.

Mit solch Uraltcontroller + Uraltdisplay würde ich bei sowas nicht mehr Anfangen wenn es sowas heute in Strom und Spannungssparend gibt und auch nicht mehr kostet.

[Amper]

Jop, so meine ich das ja auch ^^
Ich kenne mich nur mit lcds nicht aus, wie gesagt, ich kenne halt nur ein paar datenblätter, und da steh twas von 2-3mA, interessiert bei dem typ ja auch normalerweise keinen.
Nur was das differentielle messen mit dem controler angeht: Na klar geht das hardwaremäßig, aer mess mal mit 2x10 bit differentiell, da bleiben nur 7-8 bit, und das ist definitiv zu wenig. Das muss schon mit dem OP auf 0-1,1V skaliert werden.

[Henning]

Soo... habe hier gerade eine Knick-Anzeige auf dem Tisch. Die kommt mit 3V aus.

Die Dinger kommen regelmäßig bei eBay für 25-50 Euro. Neupreis ist sicher über 300€.