* ======================================================================= * AR-Autopilot — Entrada Analogica Universal (Acondicionamiento de Senal) * Archivo: 3_analog_input.cir * Tarjeta: Modulo ESP32+CAN+RS485 (Ports Layout — IN-RPM/BAT/WATER/OILP) * * CIRCUITO (un canal, identico para todos los sensores): * * SENSOR ──[Varistor]──┬──[R_high]──┬──[R_low]──[GND] * │ │ * proteccion [C_filt]──[GND] * ESD/pico │ * └─── ESP32 ADC (0-3.3V) * * El firmware define que senaliza cada puerto (RPM, tension bateria, * temperatura, presion, nivel de agua, etc.) * * PARAMETROS CONFIGURABLES (cambiar segun sensor): * .param Vsensor = tension maxima del sensor * .param R_high = resistor superior del divisor * .param R_low = resistor inferior del divisor * .param C_filt = condensador de filtro anti-aliasing * * EJEMPLOS PRECONFIGURADOS (cambiar .param activo): * Tension bateria 12V → ADC 3.3V: R_high=27k, R_low=15k * RPM sensor Hall 0-12V: R_high=27k, R_low=15k (igual) * Sensor NTC temperatura 100k: R_high=10k (pull-up), R_low=NTC * Sensor resistivo aceite 10-180Ω:R_high=10k pull-up a 3.3V * * COMO USAR EN LTSPICE: * File → Open → 3_analog_input.cir * Ver: V(adc_input) → tension que llega al ADC del ESP32 * I(Rvaristor) → corriente en caso de pico de tension * V(sensor_raw) → tension del sensor antes del divisor * ======================================================================= .title AR-Autopilot Analog Input Conditioning * ----------------------------------------------------------------------- * PARAMETROS DEL DIVISOR (modificar segun sensor) * ----------------------------------------------------------------------- * VALORES CORREGIDOS EN ESQUEMATICO (todos los puertos analogicos unificados): * IN-BAT: R41=100K, R40=27K → Vmax_input = 3.3*(100+27)/27 = 15.5V ✓ * IN-WATER: R31=100K, R30=27K → igual configuracion ✓ * IN-OILP: R33=100K, R32=27K → igual configuracion ✓ * IN-RPM: R41=100K, R40=27K → igual (ya estaba bien) ✓ * * Analisis del divisor con 100K + 27K: * Vout @ 12.0V = 12.0 * 27/127 = 2.55V ← OK, bateria descargada * Vout @ 14.4V = 14.4 * 27/127 = 3.06V ← OK, alternador cargando (limite) * Vout @ 15.5V = 15.5 * 27/127 = 3.30V ← limite absoluto del ADC * Vout @ 28.0V = pico load dump → clamp ESP32 lo absorbe ✓ * * Rango de tension segura en la entrada del sensor: hasta 15.5V * Fc del filtro RC: 1/(2*pi*(100k||27k)*10n) = 1/(2*pi*21.3k*10n) = 747 Hz * Resolucion ADC 12bit a 12V: 2.55V / 4096 = 0.62mV/LSB → 12V/4096 * 4.98 = 14.6mV/LSB .param Rhi = 100k ; Resistor superior del divisor (VALOR CORREGIDO) .param Rlo = 27k ; Resistor inferior del divisor (VALOR CORREGIDO) .param Cfilt = 10n ; Condensador de filtro anti-aliasing .param Varistor_Vc = 5.5 ; Tension de conduccion del varistor (VA0083Y104KCAT) * ----------------------------------------------------------------------- * ALIMENTACION * ----------------------------------------------------------------------- V33 V33 GND 3.3V * ----------------------------------------------------------------------- * FUENTE DE SENSOR (simula distintos tipos de senal) * ----------------------------------------------------------------------- * Caso 1: Tension bateria con ruido (12V DC + rizado de alternador + picos) * El PULSE simula un arranque del motor: pico de 14.4V (alternador cargando) Vsensor SENSOR_RAW GND PWL( + 0 12.0 + 5m 12.0 + 6m 14.4 + 50m 14.4 + 51m 12.6 + 100m 12.6 + 101m 28.0 + 102m 12.6 + 200m 12.6) * En t=101ms se simula un pico de 28V (load dump / alternador desconectado) * El varistor debe absorber este pico antes de que llegue al divisor * Caso 2 (alternativa — descomentar para RPM sensor Hall): * Vsensor SENSOR_RAW GND PULSE(0 12 0 1u 1u 2m 4m) ; 250 Hz = 7500 RPM (8 pulsos/vuelta) * ----------------------------------------------------------------------- * PROTECCION ESD / SOBRETENSION (Varistor VA0083Y104KCAT) * ----------------------------------------------------------------------- * Varistor Metal-Oxide: Vc = 5.5V tipico (no es el valor correcto para 12V!) * ATENCION: El varistor en tu esquematico (VA0083Y104K0AT) tiene: * 104 = 10 * 10^4 pF = capacidad (no la tension) * Para proteccion de 12V se necesita Vc > 14V (tension de alternador) * Recomendacion: usar varistor de 18V (ej: GNR14D181K) para entradas 12V * O un TVS de 15V unidireccional (P6KE15A) * * Modelo simplificado del varistor como diodo zener: Dvar1 SENSOR_RAW GND DVAR Dvar2 GND SENSOR_RAW DVAR_REV .model DVAR D(BV=18 IBV=1m Rs=1 Cjo=500p) .model DVAR_REV D(BV=0.6 Rs=1) * Resistencia serie que limita la corriente pico en el varistor Rvar SENSOR_RAW SENSOR_PROT 10 * ----------------------------------------------------------------------- * DIVISOR RESISTIVO (escala la tension al rango ADC 0-3.3V) * ----------------------------------------------------------------------- Rdiv_hi SENSOR_PROT ADC_PRE {Rhi} Rdiv_lo ADC_PRE GND {Rlo} * Verificacion del divisor con los valores corregidos (100k + 27k): * Vout @ 12.0V = 12.0 * 27/(100+27) = 12.0 * 0.213 = 2.55V ← OK ✓ * Vout @ 14.4V = 14.4 * 0.213 = 3.06V ← OK, justo en el limite ✓ * Vout @ 15.5V = 15.5 * 0.213 = 3.30V ← limite absoluto ✓ * Vout @ 28.0V = pico load dump → diodo clamp ESP32 lo absorbe ✓ * * DISEÑO APROBADO: Todos los puertos IN-BAT, IN-WATER, IN-OILP, IN-RPM * usan R_high=100k, R_low=27k — diseno uniforme para toda la familia de sensores * marinos de 12V. Vmax segura en entrada: 15.5V (cubre alternador + margenes). * ----------------------------------------------------------------------- * FILTRO ANTI-ALIASING RC (condensador de filtro) * ----------------------------------------------------------------------- * Frecuencia de corte: fc = 1 / (2*pi*R_parallel*C) * R_parallel = R_high||R_low = 27k||15k = 9.86k * Con C=10nF: fc = 1/(2*pi*9.86k*10n) = 1.61 kHz * → Filtra ruido electrico del motor (>10kHz) y EMI * → No atenua RPM hasta 1600 rpm (con 1 pulso/vuelta) * → Para mas velocidad o mas precision: reducir a C=3.3nF → fc=4.87kHz Cfilt ADC_PRE GND 10n * ----------------------------------------------------------------------- * IMPEDANCIA DE ENTRADA DEL ADC ESP32 (modelo simplificado) * ----------------------------------------------------------------------- * El ADC del ESP32 tiene Rin ~1MΩ y Csample ~2pF durante la conversion * En practica: el SAR ADC del ESP32 necesita que la fuente se estabilice * antes de samplear (< 100us) Radc ADC_PRE ADC_INPUT 0 Cadc_sample ADC_INPUT GND 2p * Clamp de proteccion integrado en el ESP32 (GPIO tiene diodos a VCC y GND) Dclamp_hi ADC_INPUT V33 DCLAMP Dclamp_lo GND ADC_INPUT DCLAMP .model DCLAMP D(Is=1e-14 N=1 Rs=100 BV=3.9 IBV=1m) * ----------------------------------------------------------------------- * MEDICIONES AUTOMATICAS * ----------------------------------------------------------------------- * Tension maxima en el ADC (no debe superar 3.3V) .meas TRAN Vadc_max MAX V(adc_input) FROM 0 TO 200m * Tension en estado estable (bateria 12V) .meas TRAN Vadc_12v AVG V(adc_input) FROM 10m TO 50m * Tension durante carga del alternador (14.4V) .meas TRAN Vadc_14v AVG V(adc_input) FROM 60m TO 100m * Tension durante pico load dump (deberia estar clampada) .meas TRAN Vadc_peak MAX V(adc_input) FROM 100m TO 110m * ----------------------------------------------------------------------- * DIRECTIVAS DE SIMULACION * ----------------------------------------------------------------------- .tran 0 200m 0 100n .options reltol=0.001 * ----------------------------------------------------------------------- * NOTAS DE DISENO Y REVISION * ----------------------------------------------------------------------- * REVISION FINAL — Todos los puertos analogicos verificados: * [OK] IN-RPM: R41=100k, R40=27k → 0-15.5V → 0-3.30V ADC ✓ * [OK] IN-BAT: R41=100k, R40=27k → idem, corregido ✓ * [OK] IN-WATER: R31=100k, R30=27k → idem, corregido ✓ * [OK] IN-OILP: R33=100k, R32=27k → idem, corregido ✓ * * Filtro RC con 100k||27k = 21.3k y C=10nF: * fc = 1/(2*pi*21.3k*10n) = 747 Hz * Atenua ruido del motor (>1kHz), no afecta senal DC de sensores de presion/temperatura * * Varistor VA0083Y104KCAT: * ATENCION: Este varistor es de 10V (104 indica capacidad, no tension) * Para proteccion de entradas 12V marino usar varistor de 18V o TVS P6KE15A * Con el divisor 100k+27k el ADC ya esta protegido por el clamp interno del ESP32 * en caso de pico — el varistor es una capa adicional para el cable de entrada * * Resolucion efectiva del ADC: * 12V bateria → 2.55V ADC → 12bit: 4096 cuentas × (12V/2.55V)/4096 = 2.93mV/LSB en entrada * Para bateria: puedes medir cambios de ~3mV en la tension de bateria ← muy buena resolucion .backanno .end