передача сигналу 5В по довгому кабелю


17

Я шукаю тут допомоги, оскільки мені потрібна достовірна відповідь на це. Мені потрібно отримати вхідний сигнал (низька частота 5v digital pulse), до мікроконтролера від датчика (близькості), розташованого на відстані від плати управління.

Я деталізую важливі моменти.

  • Максимальна відстань Tx: 50 м
  • Максимальна цифрова частота імпульсів: 10 Гц
  • Діапазон напруги датчика: від 5 до 30 В (він видає таку ж напругу, що і постачається)
  • Максимальний вхід до мікроконтролера: 5 v

Для простого подібного додатку - це те, що я робив раніше; датчик подається 12 В. На іншому кінці імпульс (який зараз становить 0-12 В) подається на мікроконтролер через регулятор 7805. Це працювало чудово, але хтось сказав мені, що метод не є приємним і не підходить для надійних застосувань. Я також відчуваю, що це некрасиво, але я не сподіваюся багато возитися з обладнанням, будувати окремі схеми і т.д. ... Може хтось запропонує краще рішення (або згоден з моїм: D).

Я віддаю перевагу багато, якщо мені взагалі не потрібно будувати будь-яку схему. Якщо це неможливо, принаймні дуже простий! Однак, на жаль, найвищий пріоритет слід віддавати надійності.


3
Я не бачу, чому ви не могли залишитися зі своїм рішенням 7805. Я підозрюю, що ті, хто наспівує вас щодо його використання в цій програмі, роблять це, тому що їм важко прийняти дещо не звичайне використання регулятора напруги. Я не бачу жодних проблем із надійністю, але заохочував би додавання єдиного невеликого 0,1uF конденсатора між виходом та GND деталі для забезпечення стабільності. При частоті відгуку 10 Гц я не думаю, що доданий конденсатор не дасть проблем з реагуванням на імпульс датчика, якщо імпульс не дуже вузький порівняно зі частотою імпульсу 100 мс.
Майкл Карась

@MichaelKaras чудовий !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
С кодовою назвою СК

Відповіді:


20

Рекомендоване підходом було б використовувати оптрон , за яким слід компаратор (наприклад. LM339 ), або краще, інтегрована частина , такі як Fairchild Semi FODM8071 логічного висновок затвора оптопара .

Причина, за якою рекомендується оптрон :

Існує ймовірність різниці потенціалів заземлення на 50-метровому кабелі, також можливість підхоплення EMI по довгому кабелю. Оптопарник усуває будь-які проблеми заземлення / потенційного невідповідності, а також будь-яку необхідність точно відповідати напрузі живлення датчика до мікроконтролера.

Використання опто дозволить використовувати більш високу напругу для ланцюга датчиків, знизивши чутливість до EMI.

Додатковою перевагою конкретної деталі Fairchild, запропонованої вище, є її високий захист від шуму. Це призведе до більш стабільного прийому сигналу, що важливо з огляду на відстані, що займаються.

FODM8071 - це 5-контактна SMT-частина, тому використовувати її по суті як не потрібно створювати ніяких додаткових схем - ви можете з'єднати деталь та її декілька окремих дискретних компонентів у стилі тупикової помилки , якщо вам подобається, або скласти їх на прототипі -бордова плата.


1
це, мабуть, найкраще рішення, але якщо кабель має заземлений провідник, я не думаю, що потенційна невідповідність була б істотною. Я б спробував резистивний дільник, це найпростіше рішення, або ценерівський розчин, нижче якого ще більш точний.
Володимир Крейвер

3
Opto на мікро-кінці - це, безумовно, більш елегантна ідея, я буду параноїком (досвід роботи з телекомунікаціями / блискавкою / ЕМС) і додаю пару захисних діодів / транзорбрів, щоб врятувати опто від напружених / зворотних / надвисоких напруг. Як правило, бажано надсилати більший сигнал вниз по лінії (надсилати 12 В і мати справу з ним на мікро кінці), а не починати з невеликого сигналу і боротися за надійне його отримання. Це також може допомогти вашій причині (шумозахисність), якщо ваш датчик може провести деякий струм по лінії, EG через резистор 100Ohm. Для прикладів див. Стандарт RS485 / RS422.
Джон У

1
@CodenamedSC: пошук у "мікроконтролері midi" або "схемі midi". Тисячі речей там. Іншим напрямком подальших досліджень є поточний цикл , MIDI - простий приклад такого.
Філ Мороз

1
Деякі пошукові терміни google / wikipedia для вас: MIDI, DMX, RS-232, RS-485, RS-422, 20mA струм, диференціальна сигналізація.
Джон У

1
Це, мабуть, надмірне значення для програми, про яку йдеться, хоча, як було сказано, є додатки, де додаткові витрати та складність є гарантованими.
Кріс Страттон

12

Передача 10 Гц на 50 м не є складною проблемою, тому ви знайдете численні способи це зробити. Для рішення, настільки ж простого, як і раніше, я запропонував би просту схему ценера.

введіть тут опис зображення

Як і раніше, ви просто забезпечили датчик напругою вище 5 В. Скажіть 6 - 12 В, і дозвольте цьому обмежувальному контуру знизити напругу до рівня, сумісного з вашим низхідним ланцюгом. Вам потрібно буде відрегулювати значення R1 залежно від максимального (або бажаного) вихідного струму ланцюга датчика та напруги датчика, яку ви вибрали. Вартість може бути дуже близькою до рішення 7805, в залежності від того, який ви бажаєте вибрати.

Як і оптопар, запропонований в іншій відповіді, це забезпечує захист від високовольтних перехідних процесів, що індукуються на кабелі, оскільки ценерові діоди можуть перемикати ці перехідні процеси на землю. Схема оптронного перемикача може розірвати петлі заземлення між системою відправки та прийому, але якщо ваше рішення 7805 працює, то ценерів повинен працювати так само добре.

Редагувати

Якщо ви готові зробити трохи більше роботи, ви можете вдосконалити цю схему, зробивши її трохи більш детальною:

введіть тут опис зображення

Доданий діод Шоткі захищає вашу ланцюг нижче від негативних перехідних процесів. Ценер зробив би це, але обмежив перехідні періоди лише до -0,7 В або близько того. Шоткі обмежить їх до -0,3 або -0,2 В, що буде набагато безпечніше для пристрою нижче за течією, якщо це типові логічні ворота.

Доданий конденсатор 4,7 мкФ допоможе зменшити шум при низькому вході.

Нарешті, я відрегулював напругу стабілітра, щоб переконатися, що вихід є безпечним для логічного воріта 5 В, навіть дозволяючи деякий дрейф напруги стабілітра, і збільшив R1, щоб зменшити струм, необхідний для приводу входу.

Усі ці речі підлягають коригуванню, щоб відповідати деталям вашого датчика та нижнього ланцюга.

Редагувати

Ключовий момент, над яким мені потрібно було подумати протягом ночі, перш ніж побачити

Припускаючи, що ваш 50-метровий кабель містить сигнальний і заземлений (або зворотний) провід, оптопар захищає від перехідних загальних режимів (тобто коли і сигнал, і заземлюючий провід разом змінюють напругу відносно землі приймаючої ланцюга), в той час як ценерова схема захищає від диференціальних перехідних процесів, коли напруга сигнального проводу змінюється відносно проводу заземлення.

Якщо блискавка поблизу блискавки змушує землю та сигнальний провід разом стрибнути до 100 В за мілісекунд, вам потрібна схема оптопару, щоб захистити ваш приймач від пошкоджень.

Але якщо вмикання двигуна, що знаходиться поблизу, призводить до того, що сигнальний провід підскочить до 30 В над проводом заземлення, вам потрібна схема ценера, щоб захистити вашу оптрону від перевантаження.

Звичайно, тип кабелю та його оточення визначають, який із цих сценаріїв є більш імовірним. Якщо ви використовуєте контрольний провід загального призначення, будь-який сценарій є реалістичним. Якщо ви використовуєте коаксіальний кабель, тимчасові перехідні режими є більш імовірними, але ви також повинні врахувати можливість пошкодження ШОЕ через поводження, коли кабель не приєднаний до приймача, а також ефект, якщо кабель спочатку заряджений коли він підключений до приймача.


2
7805 - це джерело живлення , ця програма покладається на 7805, що веде себе "ідеально" у ситуації, для якої він не розроблений. Також це справді не дуже вдалий підхід до вирішення проблеми. 7805 вимагає деякого струму для роботи (чи може джерело датчика достатньо струму? Чи завантажувальний пристрій змінює продуктивність датчика?) І вважає за краще бачити навантаження для заїзду, а також згладжувальну кришку для запобігання коливань / пульсацій. Пропозиція Аніндо є досить розумною для заявленої заявки, відповідь Фотона в порядку, але передбачає дуже "чистий" шлях сигналу (без захисту).
Джон У

1
@CodenamedSC - Я не можу реально пояснити цей великий розрив у ваших електричних знаннях / розумінні тут, у мене насправді не вистачає часу, але, будь ласка, повірте мені, що 7805 - це дуже поганий спосіб зробити це - обидві вищенаведені пропозиції є Значно краще.
Джон У

1
@CodenamedSC, ця схема функціонально еквівалентна ідеї 7805. Основним недоліком 7805 є те, що 7805 не має можливості поглинати перехідні процеси, які можуть бути створені перешкодами на кабелі. Або цей ланцюг, або схема оптрона повинна мати можливість обробляти короткі перехідні періоди в 100 вольт, для яких 7805 не призначений.
The Photon

1
Це краща відповідь. Це просто, і резистор на приймальному кінці допоможе поглинати відбиття, хоча кращі показники можуть бути, якби резистор був переміщений до направляючого кінця.
Кріс Страттон

2
@ChrisStratton Я думаю, що якби я використовував оптопар, я би додав щось близьке до цієї схеми попереду, щоб запобігти перехідним випарам оптопару.
The Photon
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.