Будут ли какие-либо эффекты на сигнал в длинном проводе?

Мне понадобится большая длина провода от аналогового входа моего микроконтроллера до LDR или аналогичного датчика. Длина провода, вероятно, будет около 100 м, так что это повлияет на чтение АЦП? Можно ли как-нибудь уменьшить эффект?

Да, обычно вы бы не поставили датчик в 100 метрах от АЦП.

Почему? Поскольку эта длина провода будет испытывать падение напряжения из-за сопротивления медного провода, сделаем быструю оценку, чтобы продемонстрировать, что при использовании 24 AWG ( диаграмма с проволочными датчиками ) сопротивление будет примерно в 8 Ом.

Используя закон Ома, произнесите ток 10 мА (я думаю, низкий уровень сигнала), который будет равен падению примерно на 0,1 вольт.

V = I * R
voltage drop = 10mA times 8 ohms
V = 0.010 * 8 = 0.08
or approximately 0.1 V. 

Если это сигнал 5 В, то это 2%, этого достаточно, чтобы потерять точность.

Обычно для того, чтобы сигнал был надежно передан на более длинное расстояние и чтобы противостоять помехам, а также выдерживать сопротивление проводов, вы можете сделать несколько вещей.

Во-первых, нужно увеличить напряжение, скажем, использовать сигнал 24 В, а не 5 В (или 3,3 В) или любое другое ограничение входа АЦП. Это может быть полезно, и именно это делает последовательный протокол RS-232 (EIA-232) для повышения надежности связи на расстоянии.

Второе - использовать токовую петлю , где информация кодируется как разность токов, так что значение LDR кодируется около датчика, а токовая петля охватывает расстояние 100 метров. Для этого потребуется приемопередатчик с токовой петлей на любом конце расстояния, и по крайней мере один конец петли должен иметь надежный источник питания для обеспечения необходимой мощности для петли.

Третий способ заключается в использовании дифференциального сигнала , когда два провода ( симметричные линии передачи) проходят между датчиком LDR и АЦП. Разница между двумя значениями является фактическим сигналом . Это имеет очень хорошее подавление синфазных помех (фильтрация). Примеры включают RS-422 и большинство режимов Ethernet. Существуют микросхемы линейных драйверов для RS-422, аналогичные популярному приемопередатчику / драйверу MAX232 для последовательной связи RS-232.

Это, вероятно, уловит помехи. Может быть, вы можете использовать ту же схему, что и микрофон, с двумя проводами LDR внутри экранированного кабеля и одинаковыми нагрузками и дифференциальным усилителем на другом конце.

Поскольку вы идете на АЦП, я предполагаю, что ваш сигнал LDR изменяется медленно по сравнению со временем, которое требуется для прохождения сигнала 100 м (500 нс), поэтому вам не нужно беспокоиться об эффектах линии передачи .

Сопротивление провода, вероятно, не повлияет на него, если сопротивление датчика будет в киломом. Провод может быть 50 Ом или около того сам по себе.

На самом деле, если ваш сигнал LDR изменяется медленно относительно помех, дифференциальный усилитель может быть перегружен, и вы можете просто отфильтровать помехи с помощью фильтра нижних частот.

Ваши 100 м проволоки будут действовать как 1 большая антенна и воспринимать всевозможные электромагнитные помехи. Вы можете использовать экранированный кабель, как предполагает эндолит, или приличную витую пару (приличный = достаточно витков на метр).
Более низкий импеданс на конце провода также снижает электромагнитные помехи, но чем ниже этот импеданс, тем больше резистор провода входит в зазор. Возможно, вам придется настроить показания АЦП для потери.

Это было бы идеальным приложением для AT-крошечного, который представляет собой 8-контактный AVR. Вспомните Tiny, чтобы просто выполнить цикл преобразования АЦП, и передавайте свою информацию по 100-метровому проводу, ударяя по битам оцифрованный сигнал. Учитывая, что сигнал будет изменяться только очень медленно, вы можете отправлять обратно отдельные байты, скажем, раз в секунду, с низкой скоростью передачи данных (например, 2400 бит / с). Используя аналоговый сигнал на расстоянии более 100 м от провода, вы можете собрать кучу нежелательных шумов, к которым цифровой сигнал должен быть невосприимчив.

Если вы не хотите программировать AVR в соответствии с предложением JustJef, вы можете попробовать однопроводный аналого-цифровой преобразователь типа DS2450 от Maxim. Это четырехъядерный АЦП. Он должен иметь возможность отправлять данные на расстояние до 500 м, если вы будете следовать их указаниям. (Я легко смог заставить работать датчик температуры DS18B20 на расстоянии 30 м от базового сигнального кабеля).