* ======================================================================= * 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) * ----------------------------------------------------------------------- * Configuracion activa: Tension de bateria 12V → ADC 3.3V * Vout = Vin * R_low / (R_high + R_low) * 3.3V = 12V * R_low / (R_high + R_low) * R_low/(R_high+R_low) = 0.275 * Con R_low=15k: R_high = 15k*(1/0.275 - 1) = 15k*2.636 = 39.5k → usar 39.2k * * VALORES EN TU ESQUEMATICO (segun imagen): * IN-BAT: R35=10K (R_high?), R34=15K (R_low?) → Vmax = 3.3*(10+15)/15 = 5.5V * IN-OILP: R33=10K, R32=15K → igual configuracion * IN-WATER: R31=10K, R30=15K → igual * IN-RPM: R41=100K, R40=27K → Vmax = 3.3*(100+27)/27 = 15.5V (para RPM de 12V ok) * * NOTA: Revisar R35/R34 si el sensor es bateria 12V — el divisor da Vmax=5.5V * que excede el rango del ADC (3.3V). Posible ajuste: R35=27k para dar 3.3V @ 12V exacto. .param Rhi = 27k ; Resistor superior del divisor .param Rlo = 15k ; Resistor inferior del divisor .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 27k Rdiv_lo ADC_PRE GND 15k * Verificacion del divisor con los valores: * Vout @ 12.0V = 12.0 * 15/(27+15) = 12.0 * 0.357 = 4.29V ← SUPERA 3.3V ADC! * Vout @ 14.4V = 14.4 * 0.357 = 5.14V ← MUCHO MAS QUE 3.3V * * PROBLEMA DETECTADO: Con R_high=27k y R_low=15k, el ADC del ESP32 * recibe 4.3V para una bateria de 12V — el ADC se daña a mas de 3.6V! * SOLUCION RECOMENDADA (incluida como parametros alternativos): * Para Vmax=14.4V (bateria cargada con alternador): R_high=100k, R_low=27k * Vout @ 14.4V = 14.4 * 27/(100+27) = 14.4 * 0.213 = 3.06V ← OK ✓ * Vout @ 12.0V = 12.0 * 0.213 = 2.55V → resolucion ADC: 12bit → 1.8mV/LSB ✓ * → Esta es la configuracion de IN-RPM en tu esquema (R41=100k, R40=27k) ← BIEN DISEÑADA * ----------------------------------------------------------------------- * 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 * ----------------------------------------------------------------------- * [OK] IN-RPM (R41=100k, R40=27k): division correcta para 0-15V → 0-3.2V ✓ * [OK] Filtro RC 10nF con 100k||27k: fc=584Hz, adecuado para RPM ✓ * [REVISAR] IN-BAT/WATER/OILP (R=10k+15k): division da 4.3V a 12V ← EXCEDE ADC * Opcion A: Cambiar R_high de 10k a 33k → 3.3V @ 12V exacto * (Rhi=33k, Rlo=15k) → Vout=12*15/48=3.75V... sigue alto * Opcion B: Cambiar a (R_high=56k, R_low=22k) → 12*22/78=3.38V ≈ ok * Opcion C: Usar R_high=100k, R_low=39k → 12*39/139=3.36V ← recomendado * Permite medir hasta 14.8V (bateria cargada): 14.8*39/139=4.15V * → Necesita diodo clamp adicional o escalar para max 14V * * [RECOMENDACION FINAL para entradas de 12V marino]: * R_high = 100k, R_low = 27k (igual que IN-RPM) * Vout @ 12V = 3.06V (82% del fondo de escala ADC) * Vout @ 14.4V (alternador) = 3.06V... espera: * 14.4 * 27/127 = 3.06V ← perfecto, justo en el limite * 14.8 * 27/127 = 3.15V ← ok ✓ * 16.0 * 27/127 = 3.40V ← ligeramente fuera, clamp lo protege ✓ .backanno .end