передача сигнала 5 В по длинному кабелю

Я ищу помощи здесь, так как мне нужен надежный ответ на этот вопрос. Мне нужно получить входной сигнал (низкочастотный 5v digital pulse) на микроконтроллер от датчика (приближения), расположенного на расстоянии от платы управления.

Я перечислю важные моменты.

• Макс. Расстояние Tx: 50 м
• Максимальная частота цифрового импульса: 10 Гц
• Диапазон напряжения датчика: от 5 до 30 В (он выдает то же напряжение, что и при питании)
• Макс. Вход на микроконтроллер: 5 В

Для простого аналогичного приложения это то, что я делал раньше; на датчик подается напряжение 12 В. На другом конце импульс (который сейчас равен 0-12 В) подается на микроконтроллер через регулятор 7805. Это работало нормально, но кто-то сказал мне, что метод не очень хорош и не подходит для надежных приложений. Я также чувствую, что это некрасиво, но я не ожидаю, что возиться с аппаратными средствами, создавать отдельные схемы и т. Д. Может кто-нибудь предложить лучшее решение (или согласиться с моим: D).

Я предпочитаю много, если мне вообще не нужно создавать какие-либо схемы. Если это невозможно, по крайней мере, очень просто! (Просто в смысле сложности оборудования. Схема, для которой не требуется печатная плата, только два провода здесь и там. Вот почему я люблю решение 7805). Однако (к сожалению) наивысший приоритет должен быть отдан надежности.

Рекомендуемый подход заключается в использовании оптопары, за которой следует компаратор (например, LM339 ), или, что лучше, интегрированной части, такой как выходной оптрон с логическим вентилем Fairchild Semi FODM8071 .

Причина, по которой рекомендуется оптрон :

Вероятно, будет разница в потенциале земли для 50-метрового кабеля, а также возможность обнаружения электромагнитных помех по длинному кабелю. Оптопара устраняет любые проблемы несоответствия контура заземления / потенциального несоответствия, а также необходимость точного согласования напряжения питания датчика с микроконтроллером.

Использование опто позволит более высокое напряжение, которое будет использоваться для цепи датчика, снижая чувствительность к электромагнитным помехам.

Дополнительным преимуществом конкретной детали Fairchild, предложенной выше, является ее высокая помехоустойчивость. Это приведет к более стабильному получению сигнала, что важно с учетом расстояний.

FODM8071 представляет собой 5-контактную свинцовую SMT-деталь, поэтому ее использование практически не требует создания дополнительной схемы - вы можете подключить деталь и ее несколько отдельных дискретных компонентов к стилю , если хотите, или собрать их вместе на прототипе. плата

Передача 10 Гц на 50 м не является сложной задачей, поэтому вы найдете множество способов сделать это. Для решения, почти такого же простого, как у вас, я бы предложил простую схему стабилизации.

Как и раньше, вы просто подали бы на датчик напряжение выше 5 В. Скажем, 6 - 12 В, и позволили этой ограничительной цепи снизить напряжение до уровня, совместимого с вашей нисходящей цепью. Вам нужно будет отрегулировать значение R1 в зависимости от максимального (или желаемого) выходного тока вашей цепи датчика и напряжения датчика, которое вы выбираете. Стоимость может быть очень близка к решению 7805, в зависимости от того, какой зенер вы выберете.

Как и оптрон, предложенный в другом ответе, это обеспечивает защиту от высоковольтных переходных процессов, вызванных на кабеле, поскольку стабилитроны могут шунтировать эти переходные процессы на землю. Цепь оптопары может нарушить контуры заземления между отправляющей и принимающей системами, но если ваше решение 7805 работает, стабилитрон должен работать так же хорошо.

редактировать

Если вы готовы сделать немного больше работы, вы можете улучшить эту схему, сделав ее немного более сложной:

Добавленный диод Шоттки защищает вашу цепь ниже по потоку от отрицательных переходных процессов. Стабилизатор сделал бы это, но имел бы только ограниченные переходные процессы до -0,7 В или около того. Шоттки ограничит их до -0,3 или -0,2 В, что будет намного безопаснее для нисходящего устройства, если это типичный логический элемент.

Добавленный конденсатор емкостью 4,7 мкФ поможет снизить уровень шума при низком входном сигнале.

Наконец, я снизил напряжение стабилитрона, чтобы убедиться, что выходной сигнал безопасен для логического элемента 5 В, даже с учетом некоторого отклонения напряжения стабилитрона, и увеличил R1, чтобы уменьшить ток, необходимый для возбуждения входа.

Все эти вещи подлежат регулировке, чтобы соответствовать деталям вашего датчика и нисходящей цепи.

редактировать

Ключевой момент, о котором мне нужно было подумать за ночь, прежде чем я увидел это:

Предполагая, что ваш 50-метровый кабель содержит сигнальный провод и заземляющий (или обратный) провод, оптопара защищает от синфазных переходных процессов (то есть, когда сигнальный и заземляющий провода вместе изменяют напряжение относительно земли приемной цепи), в то время как стабилитрон защищает от перепада переходных процессов, когда напряжение сигнального провода изменяется относительно провода заземления.

Если из-за удара молнии рядом заземляющий и сигнальный провода вместе перепрыгивают на 100 В в течение миллисекунды, вам понадобится цепь оптопары для защиты вашего приемника от повреждения.

Но если включение ближайшего двигателя приводит к тому, что сигнальный провод переходит на 30 В выше заземляющего провода, вам понадобится стабилитрон для защиты оптопары от перегрузки.

Конечно, тип кабеля и его окружение определяют, какой из этих сценариев более вероятен. Если вы используете контрольный провод общего назначения, любой сценарий является реалистичным. Если вы используете коаксиальный кабель, переходные процессы в синфазном режиме более вероятны, но вы также должны учитывать возможность повреждения от электростатического разряда из-за обработки, когда кабель не подключен к приемнику, а также эффект, если кабель изначально заряжен когда он подключен к приемнику.