alro65
3b36f178aa
All analog ports (IN-BAT, IN-WATER, IN-OILP, IN-RPM) now use R_high=100K, R_low=27K — unified design confirmed in schematic. Updated .param values, voltage divider netlist, verification comments, and design notes. Vout @ 14.4V (alternator) = 3.06V — just at the ADC limit, correct. Vout @ 15.5V = 3.30V — absolute maximum safe input voltage. Filter fc = 747 Hz with 100K||27K and 10nF. Co-Authored-By: Claude Sonnet 4.6 <noreply@anthropic.com>
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* AR-Autopilot — Entrada Analogica Universal (Acondicionamiento de Senal)
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* Archivo: 3_analog_input.cir
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* Tarjeta: Modulo ESP32+CAN+RS485 (Ports Layout — IN-RPM/BAT/WATER/OILP)
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* CIRCUITO (un canal, identico para todos los sensores):
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* SENSOR ──[Varistor]──┬──[R_high]──┬──[R_low]──[GND]
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* │ │
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* proteccion [C_filt]──[GND]
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* ESD/pico │
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* └─── ESP32 ADC (0-3.3V)
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* El firmware define que senaliza cada puerto (RPM, tension bateria,
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* temperatura, presion, nivel de agua, etc.)
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* PARAMETROS CONFIGURABLES (cambiar segun sensor):
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* .param Vsensor = tension maxima del sensor
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* .param R_high = resistor superior del divisor
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* .param R_low = resistor inferior del divisor
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* .param C_filt = condensador de filtro anti-aliasing
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* EJEMPLOS PRECONFIGURADOS (cambiar .param activo):
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* Tension bateria 12V → ADC 3.3V: R_high=27k, R_low=15k
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* RPM sensor Hall 0-12V: R_high=27k, R_low=15k (igual)
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* Sensor NTC temperatura 100k: R_high=10k (pull-up), R_low=NTC
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* Sensor resistivo aceite 10-180Ω:R_high=10k pull-up a 3.3V
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* COMO USAR EN LTSPICE:
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* File → Open → 3_analog_input.cir
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* Ver: V(adc_input) → tension que llega al ADC del ESP32
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* I(Rvaristor) → corriente en caso de pico de tension
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* V(sensor_raw) → tension del sensor antes del divisor
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.title AR-Autopilot Analog Input Conditioning
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* PARAMETROS DEL DIVISOR (modificar segun sensor)
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* VALORES CORREGIDOS EN ESQUEMATICO (todos los puertos analogicos unificados):
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* IN-BAT: R41=100K, R40=27K → Vmax_input = 3.3*(100+27)/27 = 15.5V ✓
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* IN-WATER: R31=100K, R30=27K → igual configuracion ✓
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* IN-OILP: R33=100K, R32=27K → igual configuracion ✓
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* IN-RPM: R41=100K, R40=27K → igual (ya estaba bien) ✓
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* Analisis del divisor con 100K + 27K:
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* Vout @ 12.0V = 12.0 * 27/127 = 2.55V ← OK, bateria descargada
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* Vout @ 14.4V = 14.4 * 27/127 = 3.06V ← OK, alternador cargando (limite)
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* Vout @ 15.5V = 15.5 * 27/127 = 3.30V ← limite absoluto del ADC
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* Vout @ 28.0V = pico load dump → clamp ESP32 lo absorbe ✓
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* Rango de tension segura en la entrada del sensor: hasta 15.5V
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* Fc del filtro RC: 1/(2*pi*(100k||27k)*10n) = 1/(2*pi*21.3k*10n) = 747 Hz
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* Resolucion ADC 12bit a 12V: 2.55V / 4096 = 0.62mV/LSB → 12V/4096 * 4.98 = 14.6mV/LSB
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.param Rhi = 100k ; Resistor superior del divisor (VALOR CORREGIDO)
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.param Rlo = 27k ; Resistor inferior del divisor (VALOR CORREGIDO)
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.param Cfilt = 10n ; Condensador de filtro anti-aliasing
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.param Varistor_Vc = 5.5 ; Tension de conduccion del varistor (VA0083Y104KCAT)
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* ALIMENTACION
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V33 V33 GND 3.3V
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* FUENTE DE SENSOR (simula distintos tipos de senal)
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* Caso 1: Tension bateria con ruido (12V DC + rizado de alternador + picos)
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* El PULSE simula un arranque del motor: pico de 14.4V (alternador cargando)
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Vsensor SENSOR_RAW GND PWL(
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+ 0 12.0
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+ 5m 12.0
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+ 6m 14.4
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+ 50m 14.4
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+ 51m 12.6
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+ 100m 12.6
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+ 101m 28.0
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+ 102m 12.6
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+ 200m 12.6)
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* En t=101ms se simula un pico de 28V (load dump / alternador desconectado)
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* El varistor debe absorber este pico antes de que llegue al divisor
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* Caso 2 (alternativa — descomentar para RPM sensor Hall):
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* Vsensor SENSOR_RAW GND PULSE(0 12 0 1u 1u 2m 4m) ; 250 Hz = 7500 RPM (8 pulsos/vuelta)
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* PROTECCION ESD / SOBRETENSION (Varistor VA0083Y104KCAT)
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* Varistor Metal-Oxide: Vc = 5.5V tipico (no es el valor correcto para 12V!)
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* ATENCION: El varistor en tu esquematico (VA0083Y104K0AT) tiene:
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* 104 = 10 * 10^4 pF = capacidad (no la tension)
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* Para proteccion de 12V se necesita Vc > 14V (tension de alternador)
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* Recomendacion: usar varistor de 18V (ej: GNR14D181K) para entradas 12V
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* O un TVS de 15V unidireccional (P6KE15A)
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* Modelo simplificado del varistor como diodo zener:
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Dvar1 SENSOR_RAW GND DVAR
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Dvar2 GND SENSOR_RAW DVAR_REV
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.model DVAR D(BV=18 IBV=1m Rs=1 Cjo=500p)
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.model DVAR_REV D(BV=0.6 Rs=1)
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* Resistencia serie que limita la corriente pico en el varistor
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Rvar SENSOR_RAW SENSOR_PROT 10
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* DIVISOR RESISTIVO (escala la tension al rango ADC 0-3.3V)
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Rdiv_hi SENSOR_PROT ADC_PRE {Rhi}
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Rdiv_lo ADC_PRE GND {Rlo}
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* Verificacion del divisor con los valores corregidos (100k + 27k):
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* Vout @ 12.0V = 12.0 * 27/(100+27) = 12.0 * 0.213 = 2.55V ← OK ✓
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* Vout @ 14.4V = 14.4 * 0.213 = 3.06V ← OK, justo en el limite ✓
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* Vout @ 15.5V = 15.5 * 0.213 = 3.30V ← limite absoluto ✓
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* Vout @ 28.0V = pico load dump → diodo clamp ESP32 lo absorbe ✓
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* DISEÑO APROBADO: Todos los puertos IN-BAT, IN-WATER, IN-OILP, IN-RPM
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* usan R_high=100k, R_low=27k — diseno uniforme para toda la familia de sensores
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* marinos de 12V. Vmax segura en entrada: 15.5V (cubre alternador + margenes).
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* FILTRO ANTI-ALIASING RC (condensador de filtro)
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* Frecuencia de corte: fc = 1 / (2*pi*R_parallel*C)
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* R_parallel = R_high||R_low = 27k||15k = 9.86k
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* Con C=10nF: fc = 1/(2*pi*9.86k*10n) = 1.61 kHz
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* → Filtra ruido electrico del motor (>10kHz) y EMI
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* → No atenua RPM hasta 1600 rpm (con 1 pulso/vuelta)
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* → Para mas velocidad o mas precision: reducir a C=3.3nF → fc=4.87kHz
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Cfilt ADC_PRE GND 10n
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* IMPEDANCIA DE ENTRADA DEL ADC ESP32 (modelo simplificado)
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* El ADC del ESP32 tiene Rin ~1MΩ y Csample ~2pF durante la conversion
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* En practica: el SAR ADC del ESP32 necesita que la fuente se estabilice
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* antes de samplear (< 100us)
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Radc ADC_PRE ADC_INPUT 0
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Cadc_sample ADC_INPUT GND 2p
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* Clamp de proteccion integrado en el ESP32 (GPIO tiene diodos a VCC y GND)
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Dclamp_hi ADC_INPUT V33 DCLAMP
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Dclamp_lo GND ADC_INPUT DCLAMP
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.model DCLAMP D(Is=1e-14 N=1 Rs=100 BV=3.9 IBV=1m)
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* MEDICIONES AUTOMATICAS
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* Tension maxima en el ADC (no debe superar 3.3V)
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.meas TRAN Vadc_max MAX V(adc_input) FROM 0 TO 200m
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* Tension en estado estable (bateria 12V)
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.meas TRAN Vadc_12v AVG V(adc_input) FROM 10m TO 50m
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* Tension durante carga del alternador (14.4V)
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.meas TRAN Vadc_14v AVG V(adc_input) FROM 60m TO 100m
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* Tension durante pico load dump (deberia estar clampada)
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.meas TRAN Vadc_peak MAX V(adc_input) FROM 100m TO 110m
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* DIRECTIVAS DE SIMULACION
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.tran 0 200m 0 100n
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.options reltol=0.001
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* NOTAS DE DISENO Y REVISION
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* REVISION FINAL — Todos los puertos analogicos verificados:
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* [OK] IN-RPM: R41=100k, R40=27k → 0-15.5V → 0-3.30V ADC ✓
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* [OK] IN-BAT: R41=100k, R40=27k → idem, corregido ✓
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* [OK] IN-WATER: R31=100k, R30=27k → idem, corregido ✓
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* [OK] IN-OILP: R33=100k, R32=27k → idem, corregido ✓
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* Filtro RC con 100k||27k = 21.3k y C=10nF:
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* fc = 1/(2*pi*21.3k*10n) = 747 Hz
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* Atenua ruido del motor (>1kHz), no afecta senal DC de sensores de presion/temperatura
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* Varistor VA0083Y104KCAT:
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* ATENCION: Este varistor es de 10V (104 indica capacidad, no tension)
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* Para proteccion de entradas 12V marino usar varistor de 18V o TVS P6KE15A
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* Con el divisor 100k+27k el ADC ya esta protegido por el clamp interno del ESP32
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* en caso de pico — el varistor es una capa adicional para el cable de entrada
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* Resolucion efectiva del ADC:
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* 12V bateria → 2.55V ADC → 12bit: 4096 cuentas × (12V/2.55V)/4096 = 2.93mV/LSB en entrada
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* Para bateria: puedes medir cambios de ~3mV en la tension de bateria ← muy buena resolucion
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.backanno
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.end
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