trasmissione del segnale 5v su un cavo lungo


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Sono in cerca di aiuto qui, come ho bisogno di una risposta affidabile a questo. Ho bisogno di ottenere un segnale di ingresso (a bassa frequenza 5v digital pulse), ad un microcontrollore da un sensore (prossimità) situato in una distanza dalla scheda di controllo.

Descriverò i punti importanti.

  • Distanza massima Tx: 50 m
  • Frequenza di impulso digitale massima: 10 Hz
  • intervallo di tensione del sensore: 5 a 30 v (emette la stessa tensione come fornito)
  • Ingresso massimo al micro-controller: 5 v

Per una semplice, un'applicazione simile, questo è quello che ho fatto prima; il sensore viene fornito con 12 v. All'altra estremità, il polso (che ora è 0-12V) viene alimentato al microcontrollore attraverso un regolatore 7805. Che ha funzionato bene, ma qualcuno mi ha detto che il metodo non è bello e non adatto per applicazioni affidabili. Ritengo inoltre che sia brutta, ma non mi aspetto di pasticciare un sacco con l'hardware, la costruzione di un circuito separato ecc ... qualcuno può proporre una soluzione migliore (o d'accordo con la mia: D).

Io preferisco un sacco se non ho a costruire alcun circuito a tutti. Se non è possibile, almeno molto semplice! (Semplice nel senso della complessità hardware. Un circuito che non ha bisogno di un PCB, solo due fili qua e là. Ecco perché amo la soluzione 7805). Tuttavia (purtroppo) la priorità più alta deve essere espressa affidabilità.


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Non vedo perché non si poteva stare con la soluzione 7805. Ho il sospetto che chi si chide circa il suo utilizzo in questa applicazione lo fanno perché hanno difficoltà ad accettare l'uso in qualche modo non convenzionale di un regolatore di tensione. Vedo alcun problema con affidabilità o ma incoraggerei l'aggiunta di un singolo piccolo condensatore 0.1uF tra l'uscita e GND della parte per garantire la stabilità. Al tasso di risposta 10Hz non credo il condensatore aggiunto darà problemi rispondono all'impulso sensore a meno l'impulso è molto molto strette rispetto alla frequenza del polso 100msec.
Michael Karas

@MichaelKaras grande !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Nome in codice SC

Risposte:


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Un approccio consigliata sarebbe quella di utilizzare un accoppiatore ottico seguito da un comparatore (es. LM339 ), o meglio, una parte integrata come il Fairchild Semi FODM8071 logica uscita della porta fotoaccoppiatore .

Il motivo per cui si consiglia l'accoppiatore ottico :

Ci sarà probabilmente una differenza di potenziale di terra attraverso un cavo 50 metri, anche la possibilità di raccogliere EMI sul cavo lungo. L'accoppiatore ottico elimina qualsiasi / potenziali problemi di disadattamento anelli di terra, così come qualsiasi necessità di abbinare con precisione la tensione di alimentazione del sensore al microcontrollore del.

L'uso del opto consentirà una maggiore tensione da utilizzare per il circuito del sensore, riducendo EMI sensibilità al rumore.

Un ulteriore vantaggio della parte specifica Fairchild suggerita è la sua elevata immunità al rumore. Questo si tradurrà in un'acquisizione di segnali più stabile, importanti date le distanze.

FODM8071 è una parte piombo SMT 5-pin, in modo da utilizzare è essenzialmente come non dover costruire qualsiasi circuito aggiuntivo - si può legare la parte e suoi pochi supporto componenti discreti up stile deadbug , se si vuole, o metterli insieme su un proto PCB -board.


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questa è probabilmente la soluzione migliore, ma se il cavo ha un conduttore di terra non credo che il potenziale disallineamento sarebbe significativo. Proverei un divisore resistivo, questa è la soluzione più semplice, o la soluzione zener sotto la quale è ancora più precisa.
Vladimir Cravero

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Opto sul micro finale è sicuramente il più elegante idea, sarò paranoide (esperienza con telecomms / fulmini / EMC) e aggiungere un paio di protezione diodi / tranzorbs per salvare l'opto da stray / indietro / sovratensioni. In generale è preferibile inviare un segnale più grande lungo la linea (inviare 12v e gestirlo alla micro-fine) piuttosto che iniziare con un piccolo segnale e fare fatica a riceverlo in modo affidabile. Può anche aiutare la tua causa (immunità al rumore) se il tuo sensore può guidare un po 'di corrente lungo la linea, ad esempio attraverso una resistenza di terminazione da 100 Ohm. Vedere RS485 / RS422 di serie per gli esempi.
John U

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@CodenamedSC: ricerca "microcontrollore midi" o "schema midi". Migliaia di cose là fuori. Un'altra direzione per ulteriori ricerche anello di corrente , MIDI essendo semplice esempio di tale.
Phil Frost,

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Alcuni termini di ricerca di google / wikipedia per te: MIDI, DMX, RS-232, RS-485, RS-422, loop di corrente 20mA, segnalazione differenziale.
John U,

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Questo è probabilmente eccessivo per l'applicazione in questione, anche se, come detto ci sono applicazioni in cui è garantito il costo aggiuntivo e la complessità.
Chris Stratton,

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La trasmissione di 10 Hz su 50 m non è un problema difficile, quindi troverai molti modi per farlo. Per una soluzione così semplice come quella che aveva prima, io suggerirei un circuito Zener semplice.

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Come prima, forniresti semplicemente al tuo sensore una tensione superiore a 5 V. Dire 6-12 V e lasciare che questo circuito limitatore riduca la tensione a un livello compatibile con il circuito a valle. È necessario regolare il valore di R1 in base alla corrente di uscita massima (o desiderata) del circuito del sensore e alla tensione del sensore scelta. Il costo può essere molto vicino alla soluzione 7805, a seconda di quale si sceglie Zener.

Come suggerito dall'accoppiatore ottico in un'altra risposta, ciò fornisce protezione contro i transitori ad alta tensione indotti sul cavo, poiché i diodi zener possono deviare questi transitori verso terra. Il circuito dell'accoppiatore ottico può interrompere i circuiti di massa tra i sistemi di invio e ricezione, ma se la soluzione 7805 funziona, lo zener dovrebbe funzionare altrettanto bene.

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Se siete disposti a fare un po 'di lavoro di più, è possibile migliorare questo circuito rendendolo un po' più elaborato:

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Il diodo Schottky aggiunto protegge il circuito a valle dai transitori negativi. Zener avrebbe fatto questo, ma sarebbe limitted solo transitori a -0,7 V o così. Lo schottky li limiterà a -0,3 o -0,2 V, che sarà molto più sicuro per il dispositivo a valle se si tratta di una tipica porta logica.

L'aggiunta di 4,7 uF condensatore contribuirà a ridurre il rumore quando l'ingresso è bassa.

Infine ho regolato il basso tensione di zener essere che l'uscita sia sicuro per un porta logica 5 V, anche tenendo conto di alcuni deriva della tensione di zener, e aumentato R1 per ridurre la corrente necessaria per pilotare l'ingresso.

Tutte queste cose sono soggette a regolazione per adattarsi ai dettagli del sensore e del circuito a valle.

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Un punto chiave che dovevo pensare durante la notte prima di vederlo:

Assumendo che il m cavo 50 contiene un filo di segnale e un terreno (o ritorno) filo, un fotoaccoppiatore protegge da transitori di modo comune (cioè, quando sia il segnale e quello di massa cambiamento di tensione insieme rispetto alla massa del circuito di ricezione), mentre il circuito di zener protegge dai transitori differenziali in cui la tensione del filo del segnale cambia rispetto al filo di terra.

Se un fulmine nelle vicinanze fa sì che la terra e il segnale filo insieme per passare a 100 V per un millisecondo, è necessario il circuito accoppiatore ottico per proteggere il vostro ricevitore da eventuali danni.

Ma se un motore vicina accensione cause il cavo del segnale per passare a 30 V sopra il filo di terra, è necessario il circuito di Zener per proteggere il vostro accoppiatore ottico da sovraccarico.

Naturalmente, il tipo di cavo e del suo ambiente determinare quali di questi scenari è più probabile. Se si utilizza un cavo di controllo per scopi generici, entrambi gli scenari sono realistici. Se si utilizza un cavo coassiale, i transitori di modo comune sono più probabili, ma si dovrebbe anche considerare la possibilità di danni ESD dovuti alla manipolazione quando il cavo non è collegato al ricevitore, e anche l'effetto se il cavo è inizialmente caricato quando è collegato al ricevitore.


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7805 è un alimentatore , questa applicazione si basa sul 7805 comportarsi in modo "ideale" in una situazione non è progettato per. Inoltre, questo non è davvero un buon approccio per risolvere il problema. Il 7805 richiede un po 'di corrente per funzionare (è possibile che il sensore generi abbastanza corrente? Il caricamento lo modifica le prestazioni del sensore?) E preferisce vedere un carico nel quale guidare, e un cappuccio di livellamento per evitare oscillazioni / ondulazioni. Il suggerimento di Anindo è abbastanza ragionevole per la vostra applicazione dichiarato, la risposta di Photon è OK, ma assume un percorso molto "pulita" del segnale (nessuna protezione).
John U

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@CodenamedSC - non posso davvero spiegare questo grande divario nella vostra conoscenza elettrica / comprensione qui, io in realtà non ho abbastanza tempo, ma si prega di fiducia in me il 7805 è un modo veramente povero di fare questo - sia dei suggerimenti di cui sopra sono molto meglio.
John U

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@CodenamedSC, Questo circuito è funzionalmente equivalente all'idea 7805. Lo svantaggio principale del 7805 è che il 7805 non ha alcuna capacità di assorbire i transitori che potrebbero essere generati da interferenze sul cavo. O questo circuito o il circuito dell'accoppiatore ottico dovrebbero essere in grado di gestire brevi transitori nei 100 di volt, per i quali il 7805 non è progettato.
Il Photon

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Questa è la risposta migliore. È semplice e il resistore all'estremità ricevente aiuterà ad assorbire i riflessi, anche se si potrebbero ottenere prestazioni migliori se il resistore fosse spostato all'estremità di invio.
Chris Stratton

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@ChrisStratton Penso che se stavo usando l'accoppiatore ottico, vorrei aggiungere qualcosa di simile a questo circuito di fronte per evitare transitori che soffia fuori l'accoppiatore ottico.
Il Photon
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