¿Cómo conectar un sensor industrial de 24V a un pin de entrada de 3,3V de Raspberry Pi?

Question

Antecedentes

Quiero leer la eficiencia de una línea de fabricación industrial sin manipular el código del PLC. La solución más sencilla que se me ocurre es utilizar una Raspberry Pi, creando así un aislado OEE recopilador de información. Sé que esto no está pensado para entornos industriales, pero es sólo una prueba de concepto.

Pregunta

Tengo una unidad de 24V ENFERMO WTE11-2P2432 sensor industrial con el siguiente esquema de conexión. Hoja de datos aquí .

Necesito conectar la salida del pin 4 a una Raspberry Pi 3 Modelo B. Dado que estoy utilizando los pines de E/S estándar para la Raspberry Pi, ¿cuál es la mejor manera de hacerlo? La tensión máxima en un pin GPIO de entrada es de 3,3V.

Estoy tratando de detectar 1 parte por segundo .

Estoy tratando de evitar los divisores de tensión y la construcción de PCB.

Answer 1

Estoy tratando de evitar los divisores de tensión y la construcción de PCB.

Entonces, yo optaría por un relé y una fuente de alimentación de 3,3V, como se muestra en el siguiente esquema.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Al hacer esto, usted está recibiendo efectivamente 3,3V a su pin de entrada sólo cuando la salida del sensor va a alta.

Ahora que ha mencionado que se trata de un entorno industrial Yo usaría un relé industrial, como por ejemplo, este uno.

Nota: El esquema sólo pretende dar una visión general de lo que hay que hacer. Si quieres limitar el consumo de energía, sería mejor un MOSFET o un opto-aislador, como sugiere Ratchet Freak. Estas soluciones también permiten una conmutación más rápida.

Sin embargo, Aunque otras soluciones proporcionan capacidades de conmutación más rápidas que el circuito propuesto, he visto Relés Omron que se utiliza para detectar partes móviles en algunos de los líneas de montaje más rápidas de Europa que producen más de 2000 piezas por minuto.

Como sugiere la otra respuesta de Michael, puede ser necesario:

proporcionan el acondicionamiento de señal necesario externo a su tarjeta MCU.

Answer 2

En la hoja de datos en línea de su sensor, las salidas se describen como sigue:

Una salida PNP de un sensor significa que la salida tendrá un elemento de conmutación activo que tirará de la señal de salida hacia la tensión de alimentación cuando esté en el estado lógico "alto". Cuando está en el otro estado, la salida del interruptor activo se apagará y la salida se convertirá en un circuito abierto o se bajará pasivamente a través de alguna resistencia interna. (En mi experiencia, es típico que la salida no tenga ninguna resistencia interna de pulldown y depende de la aplicación del usuario suministrar cualquier circuito necesario).

Necesitarás algún circuito de interfaz para poder conectar esto a las entradas de tu MCU. Hay varias opciones para hacerlo:

1. Divisor de tensión de dos resistencias de la salida a GND para dividir la salida alta activa del sensor de 22V -> 24V hasta ~ 3V.
2. Utilice un transistor NPN con una resistencia desde su base hasta la salida del sensor. Emisor conectado a GND y colector a la entrada de la MCU y resistencia pullup a la tensión de alimentación de la MCU.
3. Una resistencia de la salida del sensor a la entrada del ánodo de un optoacoplador. Cátodo del optoaco a GND.

Tenga en cuenta que la placa MCU que está utilizando no está diseñada directamente para su uso en una aplicación de tipo industrial y, como tal, no viene con entradas acondicionadas para las salidas típicas de los dispositivos industriales. Si estuvieras utilizando un dispositivo comercial como un pequeño PLC (controlador lógico programable) tendría entradas que podrían interactuar directamente con la salida del sensor con sólo cables. En tu caso tendrás que proporcionar el acondicionamiento de señal necesario externo a tu placa MCU. Además de las opciones de interfaz de la señal que he descrito anteriormente, su circuito también tendrá que lidiar con la protección de las entradas de la MCU contra ESD y la posible diferencia de voltaje de modo común en los niveles de GND entre la ubicación de la MCU y la ubicación del sensor si están cableados lejos.