ส่งสัญญาณ 5v ผ่านสายเคเบิลยาว

ฉันขอความช่วยเหลือจากที่นี่เพราะฉันต้องการคำตอบที่เชื่อถือได้ ฉันต้องการรับสัญญาณอินพุต (ความถี่ต่ำ5v digital pulse) ไปยังตัวควบคุมขนาดเล็กจากเซ็นเซอร์ (ความใกล้ชิด) ที่อยู่ในระยะห่างจากแผงควบคุม

ฉันจะแยกแยะประเด็นที่สำคัญ

• ระยะทาง Tx สูงสุด: 50 ม
• ความถี่พัลส์ดิจิตอลสูงสุด: 10 Hz
• ช่วงแรงดันของเซ็นเซอร์: 5 ถึง 30 v (จะส่งแรงดันไฟฟ้าออกมาตามที่ให้มาด้วย)
• Max input to micro-controller: 5 v

สำหรับแอปพลิเคชั่นที่เรียบง่ายคล้ายกันนี่คือสิ่งที่ฉันเคยทำมาก่อน เซ็นเซอร์นั้นมาพร้อมกับ 12 โวลต์ที่ปลายอีกด้านพัลส์ (ซึ่งปัจจุบันคือ 0-12 โวลต์) จะถูกป้อนไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ผ่านตัวควบคุม 7805 ใช้งานได้ดี แต่มีคนบอกฉันว่าวิธีการนี้ไม่ดีและไม่เหมาะกับการใช้งานที่เชื่อถือได้ ฉันก็รู้สึกว่ามันน่าเกลียด แต่ฉันไม่ได้คาดหวังว่าจะยุ่งกับฮาร์ดแวร์สร้างวงจรแยก ฯลฯ ฯลฯ ... ใครสามารถเสนอทางออกที่ดีกว่า (หรือเห็นด้วยกับฉัน: D)

ฉันชอบมากถ้าฉันไม่ต้องสร้างวงจรใด ๆ เลย ถ้าเป็นไปไม่ได้อย่างน้อยที่สุดก็ง่ายๆ (ในแง่ของความซับซ้อนของฮาร์ดแวร์วงจรที่ไม่ต้องการ PCB เพียงแค่สายสองเส้นตรงนี้และตรงนั้นนั่นคือเหตุผลที่ฉันรักโซลูชัน 7805) อย่างไรก็ตาม (น่าเสียดาย) จะต้องให้ความสำคัญสูงสุดเพื่อความน่าเชื่อถือ

วิธีที่แนะนำจะใช้ OPTOCOUPLER ตามด้วยเปรียบเทียบ (เช่น. LM339 ) หรือดีกว่าเป็นส่วนบูรณาการเช่นแฟร์ไชลด์กึ่งFODM8071 ตรรกะประตูเอาท์พุท OPTOCOUPLER

เหตุผลที่แนะนำให้ optocoupler :

มีความเป็นไปได้ที่จะเกิดความแตกต่างระหว่างสายเคเบิลยาวกว่า 50 เมตรรวมถึงความเป็นไปได้ในการรับ EMI ผ่านสายเคเบิลยาว ออปโตคัปเปลอร์ช่วยลดความกังวลที่อาจเกิดจากวงจรลูป / กราวด์ที่ไม่ตรงกันรวมทั้งความต้องการที่จะจับคู่แรงดันไฟฟ้าของเซ็นเซอร์ให้ตรงกับไมโครคอนโทรลเลอร์

การใช้ออปโตจะช่วยให้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นสำหรับวงจรเซ็นเซอร์ลดความไวของเสียง EMI

ประโยชน์เพิ่มเติมของชิ้นส่วนเฉพาะของ Fairchild ที่แนะนำข้างต้นคือภูมิคุ้มกันเสียงรบกวนสูง สิ่งนี้จะส่งผลให้การได้รับสัญญาณมีความเสถียรมากขึ้นซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากระยะทางที่เกี่ยวข้อง

FODM8071 เป็นชิ้นส่วน SMT ที่มีตะกั่ว 5 พินดังนั้นการใช้งานจึงไม่จำเป็นต้องสร้างวงจรเพิ่มเติม - คุณสามารถเชื่อมต่อชิ้นส่วนและสนับสนุนส่วนประกอบไม่กี่ชิ้นในสไตล์เดดบุ๊กหากคุณต้องการหรือรวมเข้าด้วยกันในโปรโต บอร์ด PCB

การส่งสัญญาณ 10 เฮิร์ตซ์เกิน 50 เมตรไม่ใช่ปัญหาที่ยากดังนั้นคุณจะพบว่ามีหลายวิธีที่จะทำได้ สำหรับวิธีการแก้ปัญหาที่เรียบง่ายอย่างที่คุณเคยมีมาฉันขอแนะนำวงจรซีเนอร์แบบง่าย ๆ

ก่อนหน้านี้คุณเพียงแค่จ่ายแรงดันของเซ็นเซอร์ที่มีค่ามากกว่า 5 V. บอก 6 - 12 V แล้วปล่อยให้วงจร จำกัด นี้ลดแรงดันให้อยู่ในระดับที่เข้ากันได้กับวงจรดาวน์สตรีมของคุณ คุณจะต้องปรับค่า R1 ขึ้นอยู่กับกระแสไฟขาออกสูงสุด (หรือที่ต้องการ) ของวงจรเซ็นเซอร์ของคุณและแรงดันเซ็นเซอร์ที่คุณเลือก ราคาสามารถอยู่ใกล้กับโซลูชัน 7805 ขึ้นอยู่กับว่าคุณเลือกซีเนอร์ใด

เช่นเดียวกับออปโตคัปเปลอร์ที่แนะนำในคำตอบอื่นมันให้การป้องกันกระแสไฟฟ้าแรงสูงที่เกิดขึ้นบนสายเคเบิลเนื่องจากซีเนอร์ไดโอดสามารถแบ่งกระแสไฟฟ้าเหล่านี้ลงสู่พื้นได้ วงจรออปโตคัปเปลอร์สามารถแยกลูปกราวด์ระหว่างระบบส่งและรับ แต่ถ้าโซลูชัน 7805 ของคุณใช้งานได้ซีเนอร์ก็ควรทำงานเช่นกัน

แก้ไข

หากคุณยินดีที่จะทำงานเพิ่มอีกนิดคุณสามารถปรับปรุงวงจรนี้ได้โดยทำให้มันซับซ้อนขึ้น:

ไดโอด schottky ที่เพิ่มเข้ามาช่วยป้องกันวงจรดาวน์สตรีมของคุณจากการลบชั่วคราว ซีเนอร์จะทำสิ่งนี้ แต่จะ จำกัด เพียงช่วงสั้น ๆ ที่ -0.7 V หรือมากกว่านั้น Schottky จะ จำกัด ให้อยู่ที่ -0.3 หรือ -0.2 V ซึ่งจะปลอดภัยกว่าสำหรับอุปกรณ์ดาวน์สตรีมหากเป็นประตูตรรกะทั่วไป

ตัวเก็บประจุ 4.7 uF ที่เพิ่มเข้ามาจะช่วยลดเสียงรบกวนเมื่ออินพุตต่ำ

ในที่สุดฉันก็ปรับแรงดันซีเนอร์ลงเพื่อให้แน่ใจว่าเอาต์พุตนั้นปลอดภัยสำหรับประตูลอจิกแบบ 5 V แม้จะปล่อยกระแสแรงดันซีเนอร์และเพิ่ม R1 เพื่อลดกระแสที่ต้องใช้ในการขับเคลื่อนอินพุต

ทุกสิ่งเหล่านี้อาจมีการปรับให้เหมาะสมกับรายละเอียดของเซ็นเซอร์และวงจรขาลง

แก้ไข

จุดสำคัญที่ฉันต้องคิดข้ามคืนก่อนที่ฉันจะเห็น:

สมมติว่าสายเคเบิลขนาด 50 ม. ของคุณมีสายสัญญาณและสายกราวด์ (หรือส่งคืน), optocoupler จะป้องกันการเปลี่ยนโหมดทั่วไป (นั่นคือเมื่อทั้งสัญญาณและสายกราวด์ร่วมกันเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเมื่อเทียบกับวงจรของวงจรรับ) ในขณะที่วงจรซีเนอร์ป้องกันความแตกต่างชั่วคราวที่การเปลี่ยนแปลงแรงดันของสายสัญญาณสัมพันธ์กับสายดิน

หากฟ้าผ่าใกล้เคียงทำให้พื้นและสายสัญญาณรวมกันเพื่อกระโดดไปที่ 100 V เป็นมิลลิวินาทีคุณต้องใช้วงจรออปโตคัปเปลอร์เพื่อป้องกันตัวรับสัญญาณของคุณจากความเสียหาย

แต่หากการเปิดสวิตช์มอเตอร์ใกล้เคียงทำให้สายสัญญาณกระโดดไปที่ 30 V เหนือสายกราวด์คุณจำเป็นต้องใช้วงจรซีเนอร์เพื่อป้องกัน optocoupler ของคุณจากการโอเวอร์โหลด

แน่นอนว่าชนิดของสายเคเบิลและสภาพแวดล้อมเป็นตัวกำหนดว่าสถานการณ์แบบใดที่น่าจะเป็นไปได้มากกว่า หากคุณกำลังใช้สายควบคุมวัตถุประสงค์ทั่วไปสถานการณ์อย่างใดอย่างหนึ่งจะเหมือนจริง หากคุณใช้สายเคเบิลโคแอกเซียลการเปลี่ยนสถานะของโหมดทั่วไปมีแนวโน้มมากกว่า แต่คุณควรพิจารณาถึงความเป็นไปได้ที่จะเกิดความเสียหายจาก ESD เนื่องจากการจัดการเมื่อสายเคเบิลไม่ได้ต่ออยู่กับตัวรับสัญญาณ เมื่อเสียบเข้ากับผู้รับ