Suche Anregungen für Datenerfassungselektronik auf kleinsten Raum

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Hallo NG,

für ein Projekt muss ich eine Datenerfassungselektronik designen, die sowohl
Kraft als auch Beschleunigung misst. Die Kraft soll mit einer Auflösung von
mindestens 13 Bit, die Beschleunigung ebenfals mit mindestens 13 Bit bei
jeweils 50 kSamples/Sekunde erfasst werden. Die ganze Messzeit soll ca. 60 s
betragen, die Standby-Zeit ungefähr 15 Minuten.
Das Problem dabei ist die Grösse. Ich habe nur einen Platz von 12x12x60 mm³.
In diesen Raum muss noch eine Batterie oder am besten ein Akku, der
entsprechenden Strom liefern kann.
Mein ursprüngliches Design verwendet den Flash-Speicher AT45DB161B von
Atmel. Aufgrund des hohen Datenaufkommens muss ich 6 Speicher zeitversetzt
beschreiben, um auf die Summenabtastfrequenz von 100kHz bei 32 Bit (16
Bit/Kanal -> 3 Bit/Kanal würden dabei verschwendet). Laut Datenblatt würde
bei einer Spannung von 2,5 - 3,6 V ein Strom von maximal 210 mA fliessen.
Hinzu käme noch der Analogteil mit ungefähr 50 mA bei 5V. Als Kontroller
soll der ATmega8 mit ca. 25 mA bei 5V zum Einsatz kommen.

Hier noch einmal als Übersicht:
Speicher    210 mA    3,6V
Analog       50 mA    5 V
Kontroller  25 mA    5 V

Dies entspricht einer Leistung von ca. 1,131 W bei aktiver Messung. Im
Standby wären es nur ein Bruchteil der Leistung.

Das grösste Problem liegt nun in der Stromversorgung. Für die Batterie (oder
den Akku) haben ich einen Platz von 12x12x20 mm reserviert. Er kann
natürlich geringfügig grösser sein; - aber kleiner wäre mir lieber.
Bei der Grösse kämen z.B NC-Akkus zum Einsatz, z.B:

http://www.sanyo-energy-europe.com/content/pdf/N-50AAAS.pdf

Bei der Spannung von 1,2 V würde mit Hilfe von Step-Up Reglern ein
Dauerstrom von ca. 1A benötigt. Ich bezweifel ob dies die Zelle liefern
kann.
Das Gleiche gilt für den NimH Akku von der Fa. Emmerich:

http://www.emmerich-batterie.de/produkte/pdf/nh42.pdf

In diesem Fall würde ich drei Stück in Serie nehmen. Dadurch würde der Strom
nur noch ca. 350 mA betragen. Viel zu viel für die Belastung über 60
Sekunden.

Alternativen wären eine Lithium Batterie:

http://www.sanyo-energy-europe.com/content/pdf/CR-1 !3N.pdf

Diese Zelle hat 3V. Doch auch hier wäre die Strombelastung zu gross.

Lange Rede kurzer Sinn!

Kennt jemand Akku's bzw. Batterien die für meinen Einsatz geeignet sind?
Eventuel Lithium-Ionen mit 3,6V?
Ich benötige eine Kapazität von ca. 50 mAh.
Wie sehen Beispielsweise die Akkupacks von Notebook-Akkus aus zwecks
Kontaktaufnahme mit dem Hersteller wenn die Einzelzellengrösse für mich in
Frage kommen sollte?
Oder welche Zellen gibt es mit deutlich höheren Spannung, um einen
Step-Down-Regler zu verwenden, damit die Stromentnahme entsprechend geringer
wird?
Kennt jemand Hersteller, die Kundenspezifische Akku's in Kleinserien von ca.
200 Stück liefern?

Welchen Speicher könnte ich alternativ benutzen der entsprechend geringeren
Strom benötigt?
Unter dem Strich muss dieser Speicher alle 5 Microsekunden ein Byte
abspeichern und unbedingt ein SPI-Interface besitzen.
Es muss kein Flash sein, weil der Speicher nach der Messung sofort in einem
PC-Interface ausgelesen wird.
Wie wäre es mit SRAM bei entsprechender Grösse von maximal 10 x 40 mm² und 8
MByte?

Ich bin für JEDE Anregung dankbar, auch wenn es bedeuten würde die eingangs
genannten Anforderungen herunter zu schrauben.
Ich könnte mir beispielsweise vorstellen nur mit 11 Bit die Beschleunigung
zu messen, um damit nur noch ganze 3 Byte abspeichern zu müssen. Die
Kraftauflösung von 13 Bit muss dagegen beibehalten werden.Die Folge wäre ein
etwas geringerer Strombedarf für den Speicher, weil nicht mehr alle sechs
Speicher gleichzeitig beschrieben werden müssten.

Habt vielen Dank im voraus für eure Anregungen und die Geduld beim Lesen
meiner Problemstellung.

Gruß

Stephan
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Re: Suche Anregungen für Datenerfassungselektronik auf kleinsten Raum
Hallo!

Probier doch die Daten ein wenig zu kompremieren;

z.B.: nur den ersten Wert komplett abspeichern und für den Rest nur die
Differenzwerte zum verhergehenden (4 Bit pro Kanal) => Dynamikeinschränkung
aber immer noch volle Auflösung => z.B nur mehr 50kByte/s => 3MByte
Speicher.

Oder Daten schnell and PC übermitteln (Infrarot Led oder Laser /
Funkstrecke);

SERVUS




Re: Suche Anregungen für Datenerfassungselektronik auf kleinsten Raum
Harald Noack schrieb:

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Dynamikeinschränkung
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Das wäre ein Ansatz, den ich mal durchrechnen werde.

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Leider gibt es dazu keine optische Verbindung und bei Funk werde ich
Probleme bekommen, da die Elektronik in einem komplett gekapselten
Metallgehäuse sitzt, das wiederum indirekt mit Erdpotential verbunden ist.

Danke und Gruss

Stephan

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Re: Suche Anregungen =?iso-8859-1?Q?f=FCr?= Datenerfassungselektronik auf kleinsten Raum



Warum legst Du das Ding nicht komplett in 3V aus, das geht doch? Eine
CR123 o.ä, hat kein Problem mit 250mA, abgesehen davon, daß Du soviel
nicht brauchst.

Angesichts des Platzes würde ich mir in der Tat vielleicht überlegen,
die Daten lieber irgendwohin zu übertragen. 1.6MBit/s ist mit IR noch
relativ einfach zu schaffen, ggfs. sogar mit nem kleinen Videosender.

Glaubst Du nicht, daß Du mit nem 16MByte SRAM einfacher hinkämst? Das
Timing der vielen SerialDataFlashs hinzukriegen stelle ich mir schwierig
vor.

Es wundert mich grade allerdings selbst, daß laut Datenblatt die SD
Flashs so langsam sein sollen. 14ms für einen PageProgram resultiert in
gerade mal 37K Schreibdurchsatz. Die größeren sind zwar etwas schneller,
aber die kriegt man wohl nicht mehr im SO8.
MMCs/SDs schaffen da problemlos 2-3MBit/s. Leider zu groß für Dich. Die
in den MMCs/SD verbauten Komponenten gibt es wohl auch einzeln und
deutlich kleiner, sog. TriFlashs, aber da dürfte wohl schwer ranzukommen
sein.

- Carsten

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Re: Suche Anregungen für Datenerfassungselektronik auf kleinsten Raum
Carsten Kurz schrieb:


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Die CR123 ist mit ihren 17 mm Durchmesser zu gross. Und Lithium-Zellen
werden
wohl meistens für Memorybackup benutzt, da sie intern eine Oxidschicht
aufbauen die
den Leckstrom minimieren, bei hohen Strombelastungen aber entsprechend hohen
Innenwiderstand besitzen. Siehe z.B:

http://www.sanyo-energy-europe.com/content/pdf/CR123A.pdf

Max.Discharge Current beträgt 1500 mA. Der Standard aber bei 10 mA.
Man kann daran schon fühlen, das sie entsprechend für geringe Ströme
ausgelegt sind.

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Geht nicht wie weiter oben dagelegt.

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Welchen würdest du vorschlagen, in anbetracht des nötigen SPI-Interfaces und
den Abmessungen? Meine Nachforschungen haben leider zu keinem Ergebnis
geführt.

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Mich wundert das auch.

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Ich werde mich wohl auf NAND-Flashs von Samsung einschiessen. Die brauchen
ca. 20 mA. Leider sind sie deutlich grösser und haben ein parallel
Interface.

Aber Danke für deine Mühe.

Gruss

Stephan
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Re: Suche Anregungen für Datenerfassungselektronik auf kleinsten Raum

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Als ich mal eine Batterie aussuchen musste bin ich über eine Aussage
gestolpert, wonach die BR-Zellen für Anwendungen geeignet sind, in
denen für lange Zeiten geringe Ströme gebraucht werden, während die
CR-Zellen durchaus höhere Ströme liefern können.

Ich hab auch eine URL, sie ist aber ziemlich lang.

http://www.rs-components.de/cgi-bin/bv/browse/Module.jsp?BV_SessionID=@@@@0332285167.1057694896@@@@&BV_EngineID=cccgadcikgleiefcfngcfkmdgkldfhm.0&cacheID=denetscape&323514773832%35147738&catoid=-47732851

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73, Mario
--
Mario Klebsch                         snipped-for-privacy@klebsch.de
PGP-Key available at http://www.klebsch.de/public.key
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Re: Suche Anregungen =?iso-8859-1?Q?f=FCr?= Datenerfassungselektronik auf kleinsten Raum
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Wäre mir neu, daß Sensoren diese üppige Genauigkeit haben.
Im PC wird dann ohnehin dB angezeigt. Wobei unterhalb -40dB
meist der noisefloor ist.
Also könnte man die Daten sofort per ROM-Tabelle zusammenkochen
( eventuell interpoliert wenn man Speicher im Controller
verwenden will ).
Und dann, wie schon vorgeschlagen, DPCM drüberlaufen lassen.

MfG  JRD

Re: Suche Anregungen für Datenerfassungselektronik auf kleinsten Raum
Rafael Deliano schrieb:

 > mindestens 13 Bit, ... 13 Bit bei jeweils 50 kSamples/Sekunde
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Für die Kraftmessung wird eine DMS-Vollbrücke mit nachgeschalteten
Instrumentenverstärker und Tiefpass benutzt, dessen Grenzfrequenz
bei 10 kHz liegt.

Für die Beschleunigung werde ich wahrscheinlich 10 Bit verwenden.

Gruss

Stephan

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Re: Suche Anregungen für Datenerfassungselektronik auf kleinsten Raum
Fuer die Stromversorgung mit den hohen Stroemen, kommen m.M. nach nur
NiCd oder Bleigelakkus in Frage. Alles andere haelt den hohen Stroemen  
noch weniger stand. Eventuell sind die NiMh Zellen mittlerweile auch so
gut wie die NiCd. Bleigel haette den Vorteil einer hoeheren Spannung
pro Zelle. Ich glaube ich habe die auch mal als recht kleine Rundzellen
oder prismat. Zellen gesehen. (Farnell?).
Naja aber besser ist es, erst gar nicht so grosse Stroeme zu erzeugen.
Drum schliesse ich mich dem andren Vorschlag an, alles komplett in 3.3V
Technik zu machen. Sollte heutzutage kein Problem mehr darstellen. Auch
die DMS-Bruecke kannst du mit 2V betreiben. Das spart Strom. Muss man
halt mehr verstaerken, ist fuer die INA* aber imho kein Problem (Der
INA118 sollte auch mit +3V noch funktionieren. Dann muss die
Brueckenmitte aber auf ca. 2V liegen, damit die CMRR noch klappt; also
die Spannung am Brueckenfuss etwas anheben; siehe Diagramm im
Datenblatt).
Dann benutze auch gleich noch einen Prozessor mit eingebautem ADC.
MSP430? MSC1210? oder die 8051er von Analog Devives? Da gibt es ja
schon etliche... Ich weiss jetzt nicht, ob die schon bei 14bit
angekommen sind. Aber eine so hohe Aufloesung ist bei Kraftmessdosen eh
sinnlos, sofern man absolute Genauigkeit haben will. 0.02% sind nur
1/5000; also 12-13bit. Oder ist deine Dose sogar schlechter? Man
braucht doch nur so genau wie noetig zu messen. Und die Mechanik gibt
das nunmal so vor. Die Beschleunigungssensoren, die ich so kenne haben
ja selten eine bessere Linearitaet als 0,5%. Also wuerden sogar schon 8
bit ausreichen ;-).

M.

Re: Suche Anregungen =?iso-8859-1?Q?f=FCr?= Datenerfassungselektronik auf kleinsten Raum
DMS BrFC%cke bei 10 kHz mit 13bit. Die musst du mir mal vorfFC%hren.
Da sollte man schon mal etwas FC%ber Bandbreite, Rauschen, Kriechen,
Temperatur etc. nachdenken. Wenn man bei 10Hz echte stabile 13bit
schafft ist man schon nicht schlecht
(vorsichtig formuliert)

Wenns nicht Atmel sein muss, schau dir doch mal den ADSP 2199x =

an. Hat den 20MHz Wandler schon drauf, Speicherinterface etc..
Sehr klein, etc..

GrFC%DFe

Markus Greim
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Stephan Scholz wrote:
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Re: Suche Anregungen für Datenerfassungselektronik auf kleinsten Raum
Uwe Hercksen schrieb:

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Danke für diese Information.

Aus diesem Grund wird es wohl darauf hinauslaufen einen anderen Speicher zu
nehmen.
Ein Kompromis wären NAND-Flash's von Samsung mit ihren 20mA Strombedarf.
Diese sind zwar ein wenig gross, aber wenn ich die Platine diagonal anordne,
bekomme ich den nötigen Platz. Dummerweise haben sie auch ein paralleles
Speicherinterface, was die Ansteuerung auch nicht gerade vereinfacht.
Aber bitte - vielleicht habt ihr noch die eine andere andere Lösung.

Gruss

Stephan

P.S. Ich finde es einfach toll, wie schnell ihr mit euren Antworten seid.

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