transmitir señal de 5v por un cable largo

Question

Busco ayuda aquí ya que necesito una respuesta fiable a esto. Necesito obtener una señal de entrada (baja frecuencia 5v digital pulse ), a un microcontrolador desde un sensor (de proximidad) situado a cierta distancia de la placa de control.

Voy a detallar los puntos importantes.

• Distancia máxima de transmisión: 50 m
• Frecuencia máxima de impulsos digitales : 10 Hz
• Rango de tensión del sensor : de 5 a 30 v (emite la misma tensión que la suministrada)
• Entrada máxima al microcontrolador : 5 v

Para una aplicación simple, similar, esto es lo que he hecho antes; el sensor se alimenta con 12 v. En el otro extremo, el pulso (que ahora es 0-12v) se alimenta al micro-controlador a través de un regulador 7805. Eso funcionó bien, pero alguien me dijo que ese método no es bonito y no es adecuado para aplicaciones fiables. A mi tambien me parece feo, pero no espero liarme mucho con el hardware, construyendo circuitos separados, etc... Alguien puede proponer alguna solución mejor (o estar de acuerdo con la mía :D).

Prefiero mucho si no tengo que construir ningún circuito en absoluto. Si no es posible, al menos uno muy simple (simple en el sentido de complejidad de hardware, un circuito que no necesita una placa de circuito impreso, sólo dos cables aquí y allá). Por eso me encanta la solución 7805). Sin embargo (desafortunadamente) la prioridad mas alta tiene que ser dada a la fiabilidad.

Answer 1

Un enfoque recomendado sería utilizar un optoacoplador seguido de un comparador (por ejemplo. LM339 ), o mejor, una pieza integrada como el Fairchild Semi FODM8071 salida de la puerta lógica optoacoplador .

La razón por la que se recomienda el optoacoplador :

Es probable que haya una diferencia de potencial de tierra en un cable de 50 metros, así como la posibilidad de captar EMI en el cable largo. El optoacoplador elimina cualquier problema de bucle de masa/desajuste de potencial, así como la necesidad de ajustar con precisión la tensión de alimentación del sensor a la del microcontrolador.

El uso del optoperturbador permitirá utilizar una tensión más alta para el circuito sensor, reduciendo la sensibilidad al ruido EMI.

Una ventaja añadida de la pieza específica de Fairchild sugerida anteriormente es su alta inmunidad al ruido. Esto se traducirá en una adquisición de señal más estable, importante dadas las distancias implicadas.

FODM8071 es una pieza SMT de 5 patillas, por lo que su uso es esencialmente como no tener que construir ningún circuito adicional - usted podría cablear la parte y sus pocos componentes discretos de apoyo hasta estilo deadbug si quieres, o ponlos juntos en una protoboard PCB.

Answer 2

Transmitir 10 Hz a 50 m no es un problema difícil, por lo que encontrarás numerosas formas de hacerlo. Para una solución casi tan simple como la que tenías antes, te sugeriría un simple circuito zener.

Como antes, simplemente suministrarías a tu sensor un voltaje superior a 5 V. Digamos 6 - 12 V, y dejar que este circuito limitador reduzca la tensión a un nivel compatible con tu circuito aguas abajo. Tendrás que ajustar el valor de R1 en función de la corriente de salida máxima (o deseada) de tu circuito sensor y de la tensión del sensor que elijas. El coste puede ser muy cercano a la solución 7805, dependiendo del zener que elijas.

Al igual que el optoacoplador sugerido en otra respuesta, esto proporciona protección contra los transitorios de alta tensión inducidos en el cable, ya que los diodos zener pueden derivar estos transitorios a tierra. El circuito optoacoplador puede romper los bucles de masa entre los sistemas emisor y receptor, pero si tu solución 7805 funciona, el zener debería funcionar igual de bien.

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Si estás dispuesto a trabajar un poco más, puedes mejorar este circuito haciéndolo un poco más elaborado:

El diodo schottky añadido protege el circuito aguas abajo de los transitorios negativos. El zener lo habría hecho, pero sólo habría limitado los transitorios a -0,7 V más o menos. El schottky los limitará a -0,3 o -0,2 V, lo que será mucho más seguro para el dispositivo aguas abajo si se trata de una puerta lógica típica.

El condensador de 4,7 uF añadido ayudará a reducir el ruido cuando la entrada es baja.

Finalmente ajusté el voltaje del zener para asegurarme de que la salida es segura para una puerta lógica de 5 V, incluso teniendo en cuenta cierta deriva en el voltaje del zener, y aumenté R1 para reducir la corriente necesaria para conducir la entrada.

Todas estas cosas están sujetas a ajuste para adaptarse a los detalles de su sensor y circuito aguas abajo.

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Un punto clave en el que tuve que pensar toda la noche antes de verlo:

Suponiendo que su cable de 50 m contiene un conductor de señal y un conductor de tierra (o retorno), un optoacoplador protege contra los transitorios de modo común (es decir, cuando tanto el conductor de señal como el de tierra cambian juntos de tensión con respecto a la tierra del circuito receptor), mientras que el circuito zener protege contra diferencial transitorios en los que la tensión del cable de señal cambia con respecto a la del cable de tierra.

Si un rayo cercano hace que el cable de tierra y el de señal salten juntos a 100 V durante un milisegundo, necesitará el circuito optoacoplador para proteger su receptor de posibles daños.

Pero si el encendido de un motor cercano hace que el cable de señal salte a 30 V por encima del cable de tierra, necesitarás el circuito zener para proteger tu optoacoplador de la sobrecarga.

Por supuesto, el tipo de cable y su entorno determinan cuál de estos escenarios es más probable. Si está utilizando cable de control de uso general, cualquiera de los dos escenarios es realista. Si está utilizando cable coaxial, los transitorios de modo común son más probables, pero también debe tener en cuenta la posibilidad de daños por ESD debido a la manipulación cuando el cable no está conectado al receptor, y también el efecto si el cable se carga inicialmente cuando se enchufa al receptor.