transmitir señal de 5v a través de un cable largo

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Estoy buscando ayuda aquí, ya que necesito una respuesta confiable a esto. Necesito obtener una señal de entrada (baja frecuencia 5v digital pulse) a un microcontrolador desde un sensor (de proximidad) situado a cierta distancia de la placa de control.

Detallaré los puntos importantes.

  • Distancia máxima de transmisión: 50 m
  • Frecuencia máxima de pulso digital: 10 Hz
  • Rango de voltaje del sensor: 5 a 30 v (emite el mismo voltaje que el suministrado)
  • Entrada máxima al microcontrolador: 5 v

Para una aplicación simple y similar, esto es lo que he hecho antes; el sensor se suministra con 12 v. En el otro extremo, el pulso (que ahora es 0-12 v) se alimenta al microcontrolador a través de un regulador 7805. Eso funcionó bien, pero alguien me dijo que el método no es bueno y no es adecuado para aplicaciones confiables. También siento que es feo, pero no espero jugar mucho con el hardware, construir circuitos separados, etc. ¿Alguien puede proponer una solución mejor (o estar de acuerdo con la mía: D)?

Prefiero mucho si no tengo que construir ningún circuito en absoluto. Si no es posible, ¡al menos uno muy simple! (Simple en el sentido de la complejidad del hardware. Un circuito que no necesita una PCB, solo dos cables aquí y allá. Por eso me encanta la solución 7805). Sin embargo (desafortunadamente) se debe dar la máxima prioridad a la confiabilidad.

Codificado SC
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No veo por qué no pudo quedarse con su solución 7805. Sospecho que aquellos que lo critican acerca de su uso en esta aplicación lo están haciendo porque les resulta difícil aceptar el uso algo no convencional de un regulador de voltaje. No veo ningún problema con la confiabilidad tampoco, pero alentaría la adición de un solo condensador pequeño de 0.1uF entre la salida y GND de la parte para garantizar la estabilidad. A una frecuencia de respuesta de 10Hz, no creo que el capacitor agregado dé problemas para responder al pulso del sensor a menos que el pulso sea muy estrecho en comparación con la frecuencia de pulso de 100 ms.
Michael Karas
@MichaelKaras genial !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Codificado SC

Respuestas:

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Un enfoque recomendado sería usar un optoacoplador seguido de un comparador (por ejemplo, LM339 ), o mejor, una parte integrada como el optoacoplador de salida de puerta lógica Semi FODM8071 de Fairchild .

La razón por la que se recomienda el optoacoplador :

Es probable que haya una diferencia de potencial de tierra sobre un cable de 50 metros, también la posibilidad de recoger EMI a través del cable largo. El optoacoplador elimina cualquier problema de falta de conexión a tierra / potencial, así como también cualquier necesidad de hacer coincidir con precisión el voltaje de suministro del sensor con el microcontrolador.

El uso del opto permitirá un voltaje más alto para el circuito del sensor, reduciendo la sensibilidad al ruido EMI.

Un beneficio adicional de la parte específica de Fairchild sugerida anteriormente es su alta inmunidad al ruido. Esto dará como resultado una adquisición de señal más estable, importante dadas las distancias involucradas.

El FODM8071 es una parte SMT con plomo de 5 pines, por lo que usarlo es esencialmente como no tener que construir ningún circuito adicional: si lo desea, puede cablear la parte y sus pocos componentes discretos para el estilo deadbug , o juntarlos en un proto placa PCB.

Anindo Ghosh
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Esta es probablemente la mejor solución, pero si el cable tiene un conductor de tierra, no creo que el desajuste potencial sea significativo. Probaría un divisor resistivo, esa es la solución más simple, o la solución zener a continuación, que es aún más precisa.
Vladimir Cravero
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Opto en el extremo micro es definitivamente la idea más elegante, sería paranoico (experiencia con telecomunicaciones / rayos / EMC) y agregaría un par de diodos de protección / tranzorbs para salvar el opto de voltajes parásitos / inversos / excesivos. En general, es preferible enviar una señal más grande en la línea (envíe 12v y trate con ella en el extremo micro) en lugar de comenzar con una señal pequeña y luchar para recibirla de manera confiable. También puede ayudar a su causa (inmunidad al ruido) si su sensor puede conducir algo de corriente por la línea, por ejemplo, a través de una resistencia de terminación de 100 ohmios. Consulte el estándar RS485 / RS422 para ver ejemplos.
John U
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@CodenamedSC: busque "microcontrolador midi" o "esquema midi". Miles de cosas por ahí. Otra dirección para futuras investigaciones es el bucle actual , MIDI es un simple ejemplo de ello.
Phil Frost
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Algunos términos de búsqueda de google / wikipedia para usted: MIDI, DMX, RS-232, RS-485, RS-422, bucle de corriente de 20 mA, señalización diferencial.
John U
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Esto probablemente sea excesivo para la aplicación en cuestión, aunque como se mencionó, hay aplicaciones en las que se justifica el costo y la complejidad adicionales.
Chris Stratton
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Transmitir 10 Hz a más de 50 m no es un problema difícil, por lo que encontrará numerosas formas de hacerlo. Para una solución casi tan simple como la que tenía antes, sugeriría un circuito zener simple.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Al igual que antes, simplemente suministraría a su sensor un voltaje superior a 5 V. Digamos 6-12 V, y deje que este circuito limitador reduzca el voltaje a un nivel compatible con su circuito aguas abajo. Deberá ajustar el valor de R1 en función de la corriente de salida máxima (o deseada) de su circuito del sensor y el voltaje del sensor que elija. El costo puede estar muy cerca de la solución 7805, según el zener que elija.

Al igual que el optoacoplador sugerido en otra respuesta, esto proporciona protección contra transitorios de alto voltaje inducidos en el cable, ya que los diodos zener pueden derivar estos transitorios a tierra. El circuito del optoacoplador puede romper bucles de tierra entre los sistemas de envío y recepción, pero si su solución 7805 funciona, el zener debería funcionar igual de bien.

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Si está dispuesto a trabajar un poco más, puede mejorar este circuito haciéndolo un poco más elaborado:

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El diodo schottky adicional protege su circuito aguas abajo de transitorios negativos. El zener habría hecho esto, pero solo habría limitado los transitorios a -0.7 V más o menos. El schottky los limitará a -0.3 o -0.2 V, lo que será mucho más seguro para el dispositivo aguas abajo si se trata de una puerta lógica típica.

El condensador adicional de 4.7 uF ayudará a reducir el ruido cuando la entrada sea baja.

Finalmente, ajusté el voltaje zener hacia abajo para asegurarme de que la salida sea segura para una puerta lógica de 5 V, incluso permitiendo cierta deriva en el voltaje zener, y aumenté R1 para reducir la corriente requerida para conducir la entrada.

Todas estas cosas están sujetas a ajustes para adaptarse a los detalles de su sensor y circuito aguas abajo.

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Un punto clave que necesitaba pensar de la noche a la mañana antes de verlo:

Suponiendo que su cable de 50 m contiene un cable de señal y un cable de tierra (o retorno), un optoacoplador protege contra transitorios de modo común (es decir, cuando la señal y el cable de tierra juntos cambian el voltaje en relación con la tierra del circuito receptor), mientras que el circuito zener protege contra transitorios diferenciales donde el voltaje del cable de señal cambia en relación con el cable de tierra.

Si un rayo cercano hace que la tierra y el cable de señal salten juntos a 100 V durante un milisegundo, necesitará el circuito del optoacoplador para proteger su receptor del daño.

Pero si el encendido de un motor cercano provoca que el cable de señal salte a 30 V por encima del cable de tierra, necesita el circuito zener para proteger su optoacoplador de sobrecargas.

Por supuesto, el tipo de cable y su entorno determinan cuál de estos escenarios es más probable. Si está utilizando un cable de control de propósito general, cualquier escenario es realista. Si está utilizando un cable coaxial, es más probable que los transitorios de modo común, pero también debe considerar la posibilidad de daños por ESD debido a la manipulación cuando el cable no está conectado al receptor, y también el efecto si el cable se carga inicialmente cuando está enchufado al receptor.

El fotón
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7805 es una fuente de alimentación , esta aplicación se basa en que el 7805 se comporta de forma "ideal" en una situación para la que no está diseñado. Además, este no es realmente un buen enfoque para resolver el problema. El 7805 requiere algo de corriente para funcionar (¿puede su sensor generar suficiente corriente? ¿Cargarlo cambia el rendimiento del sensor?) Y prefiere ver una carga en la que conducir, y una tapa de suavizado para evitar la oscilación / ondulación. La sugerencia de Anindo es bastante sensata para su aplicación indicada, la respuesta de Photon está bien, pero supone una ruta de señal muy "limpia" (sin protección).
John U
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@CodenamedSC - realmente no puedo explicar este gran brecha en todos sus conocimientos eléctricos / entender aquí, yo realmente no tengo tiempo suficiente, pero por favor, confía en mí el 7805 es una forma muy mala de hacer esto - tanto de las sugerencias anteriores son mucho mejor.
John U
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@CodenamedSC, este circuito es funcionalmente equivalente a la idea 7805. El principal inconveniente del 7805 es que el 7805 no tiene ninguna capacidad para absorber los transitorios que podrían generarse por interferencia en el cable. Este circuito o el circuito del optoacoplador deberían ser capaces de manejar breves transitorios en los cientos de voltios, para lo cual el 7805 no está diseñado.
The Photon
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Esta es la mejor respuesta. Es simple, y la resistencia en el extremo receptor ayudará a absorber los reflejos, aunque se podría obtener un mejor rendimiento si la resistencia se moviera al extremo emisor.
Chris Stratton
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@ChrisStratton Creo que si estuviera usando el optoacoplador, agregaría algo cerca de este circuito al frente para evitar que los transitorios apaguen el optoacoplador.
The Photon