Ich suche hier Hilfe, da ich eine verlässliche Antwort darauf brauche. Ich muss ein Eingangssignal (niedrige Frequenz 5v digital pulse) von einem (Näherungs-) Sensor, der sich in einer Entfernung von der Steuerplatine befindet, an einen Mikrocontroller senden .
Ich werde die wichtigen Punkte aufzählen.
- Max. Sendeabstand: 50 m
- Maximale digitale Pulsfrequenz: 10 Hz
- Spannungsbereich des Sensors: 5 bis 30 V (gibt die gleiche Spannung aus wie geliefert)
- Maximaler Eingang zum Mikrocontroller: 5 v
Für eine einfache, ähnliche Anwendung ist dies das, was ich zuvor getan habe. Der Sensor wird mit 12 V versorgt. Am anderen Ende wird der Impuls (der jetzt 0-12 V beträgt) über einen 7805-Regler dem Mikrocontroller zugeführt. Das hat gut funktioniert, aber jemand hat mir gesagt, dass die Methode nicht schön und nicht für zuverlässige Anwendungen geeignet ist. Ich finde das auch hässlich, aber ich erwarte nicht, viel mit Hardware herumzuspielen, separate Schaltkreise zu bauen usw. Kann jemand eine bessere Lösung vorschlagen (oder meiner zustimmen: D).
Ich bevorzuge viel, wenn ich überhaupt keine Schaltung bauen muss. Wenn nicht möglich, zumindest sehr einfach! (Einfach im Sinne der Hardwarekomplexität. Eine Schaltung, die keine Leiterplatte benötigt, nur zwei Drähte hier und da. Deshalb liebe ich die 7805-Lösung.) Allerdings muss (leider) der Zuverlässigkeit die höchste Priorität eingeräumt werden.
Antworten:
Ein empfohlene Ansatz wäre, einen Optokoppler durch einen Komparator (z. Gefolgt verwenden LM339 ), oder besser, ein integrierten Teil wie der Fairchild Semi FODM8071 Logik - Gatter - Ausgang Optokoppler .
Der Grund, warum der Optokoppler empfohlen wird :
Es ist wahrscheinlich, dass ein Erdpotentialunterschied über ein 50-Meter-Kabel besteht, und es besteht auch die Möglichkeit, elektromagnetische Störungen über das lange Kabel zu erfassen. Der Optokoppler beseitigt alle Bedenken hinsichtlich Erdschleife / potenzieller Fehlanpassung sowie die Notwendigkeit, die Versorgungsspannung des Sensors genau an die des Mikrocontrollers anzupassen.
Durch die Verwendung des Optos kann eine höhere Spannung für die Sensorschaltung verwendet werden, wodurch die EMI-Rauschempfindlichkeit verringert wird.
Ein zusätzlicher Vorteil des oben vorgeschlagenen spezifischen Fairchild-Teils ist seine hohe Störfestigkeit. Dies führt zu einer stabileren Signalerfassung, die angesichts der Entfernungen wichtig ist.
FODM8071 ist ein 5-poliges, bedrahtetes SMT-Teil. Wenn Sie es also verwenden, müssen Sie im Wesentlichen keine zusätzliche Schaltung aufbauen. Sie können das Teil und die wenigen unterstützenden diskreten Komponenten nach Belieben im Deadbug-Stil verkabeln oder sie auf einem Proto zusammenbauen Platine.
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Das Senden von 10 Hz über 50 m ist kein schwieriges Problem, daher gibt es zahlreiche Möglichkeiten, dies zu tun. Für eine Lösung, die fast so einfach ist wie die, die Sie zuvor hatten, würde ich eine einfache Zenerschaltung vorschlagen.
Wie zuvor versorgen Sie Ihren Sensor einfach mit einer Spannung über 5 V. Sagen Sie 6 - 12 V, und lassen Sie diesen Begrenzungskreis die Spannung auf einen Pegel reduzieren, der mit Ihrem nachgeschalteten Stromkreis kompatibel ist. Sie müssen den Wert von R1 abhängig vom maximalen (oder gewünschten) Ausgangsstrom Ihrer Sensorschaltung und der von Ihnen gewählten Sensorspannung anpassen. Die Kosten können sehr nahe an der 7805-Lösung liegen, je nachdem, welchen Zener Sie wählen.
Wie der Optokoppler, der in einer anderen Antwort vorgeschlagen wurde, bietet dies Schutz vor Hochspannungstransienten, die auf dem Kabel induziert werden, da die Zenerdioden diese Transienten gegen Masse ableiten können. Die Optokopplerschaltung kann Erdschleifen zwischen dem sendenden und dem empfangenden System unterbrechen, aber wenn Ihre 7805-Lösung funktioniert, sollte der Zener genauso gut funktionieren.
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Wenn Sie bereit sind, etwas mehr zu arbeiten, können Sie diese Schaltung verbessern, indem Sie sie etwas aufwändiger gestalten:
Die hinzugefügte Schottky-Diode schützt Ihre nachgeschaltete Schaltung vor negativen Transienten. Der Zener hätte dies getan, aber nur die Transienten auf -0,7 V oder so begrenzt. Der Schottky begrenzt sie auf -0,3 oder -0,2 V, was für das nachgeschaltete Gerät viel sicherer ist, wenn es sich um ein typisches Logikgatter handelt.
Der hinzugefügte 4,7-uF-Kondensator verringert das Rauschen, wenn der Eingang niedrig ist.
Schließlich habe ich die Zenerspannung heruntergeregelt, um sicherzustellen, dass der Ausgang für ein 5-V-Logikgatter sicher ist, auch wenn die Zenerspannung etwas driftet, und R1 erhöht, um den zum Ansteuern des Eingangs erforderlichen Strom zu verringern.
All diese Dinge müssen an die Details Ihres Sensors und des nachgeschalteten Stromkreises angepasst werden.
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Ein wichtiger Punkt, über den ich über Nacht nachdenken musste, bevor ich ihn sah:
Angenommen, Ihr 50-m-Kabel enthält ein Signalkabel und ein Erdungskabel (oder Rückleitungskabel). Ein Optokoppler schützt vor Gleichtakt-Transienten (dh, wenn sowohl das Signalkabel als auch das Erdungskabel gemeinsam die Spannung im Verhältnis zur Erdung des Empfangsschaltkreises ändern). während die Zenerschaltung vor differentiellen Übergängen schützt, bei denen sich die Signaldrahtspannung relativ zum Erdungsdraht ändert.
Wenn bei einem Blitzschlag in der Nähe Masse und Signalleitung für eine Millisekunde auf 100 V springen, benötigen Sie die Optokopplerschaltung, um Ihren Empfänger vor Beschädigung zu schützen.
Wenn jedoch beim Einschalten eines Motors in der Nähe die Signalleitung auf 30 V über der Erdungsleitung springt, benötigen Sie die Zenerschaltung, um Ihren Optokoppler vor Überlastung zu schützen.
Natürlich bestimmen der Kabeltyp und seine Umgebung, welches dieser Szenarien wahrscheinlicher ist. Wenn Sie Allzweck-Steuerkabel verwenden, ist jedes Szenario realistisch. Wenn Sie ein Koaxialkabel verwenden, sind Gleichtakt-Transienten wahrscheinlicher, Sie sollten jedoch auch die Möglichkeit einer ESD-Beschädigung durch Handhabung in Betracht ziehen, wenn das Kabel nicht am Empfänger angeschlossen ist, und auch den Effekt, wenn das Kabel zum ersten Mal aufgeladen wird wenn es an den Empfänger angeschlossen ist.
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