Haverá efeitos em um sinal em um fio longo?


9

Vou precisar de um grande comprimento de fio da entrada analógica do microcontrolador para um LDR ou sensor similar. É provável que o comprimento do fio seja de cerca de 100m. Isso afetará a leitura do ADC? Existe alguma maneira de reduzir os efeitos?


1
A abordagem padrão seria colocar outro microcontrolador ao lado do sensor e comunicar os dados.
starblue

@ starblue: você quer dizer um amplificador de buffer?
Endolith

3
@ endolith - acho que starblue significa, faça a conversão ADC no local e vincule dados digitais de volta nos 100m de fio.
JustJeff

Respostas:


4

Sim, normalmente você não colocaria um sensor a 100 metros do ADC.

Por quê? Como esse comprimento do fio sofrerá queda de tensão devido à resistência do fio de cobre, fazendo uma estimativa rápida para demonstrar, usando 24 AWG ( gráfico de bitola do fio ), a resistência seria de cerca de 8 ohms.

Usando a Lei de Ohm e diga 10mA de corrente (meu palpite, pequeno nível de sinal) que seria igual a cerca de 0,1 volts.

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

Se é um sinal de 5V que é 2%, o suficiente para perder a precisão.

Normalmente, para que um sinal seja transmitido de maneira confiável a uma distância maior, e resistir a interferências e lidar com a resistência do fio, você pode fazer algumas coisas.

O primeiro é aumentar a tensão, digamos, usar um sinal de 24 volts em vez de 5V (ou 3,3V) ou qualquer que seja o limite da sua entrada ADC. Isso pode ser útil e é o que o protocolo serial RS-232 (EIA-232) faz para melhorar a confiabilidade da comunicação à distância.

O segundo é usar um loop de corrente , onde as informações são codificadas como diferenças de corrente, de modo que o valor LDR seja codificado próximo ao sensor, e o loop de corrente mede a distância de 100 metros. Isso exigiria um transceptor de loop de corrente em cada extremidade da distância e pelo menos uma extremidade do loop deve ter uma fonte de alimentação robusta para fornecer a energia necessária para o loop.

Uma terceira maneira seria usar um sinal diferencial , onde dois fios ( linhas de transmissão balanceadas) se estendem entre o sensor LDR e o ADC. A diferença entre os dois valores é o sinal real . Isso tem muito boa rejeição de interferência no modo comum (filtragem). Os exemplos incluem RS-422 e a maioria dos modos Ethernet. Existem CIs de drivers de linha para RS-422, semelhantes ao popular transceptor / driver MAX232 para comunicações seriais RS-232.


2

Provavelmente captará interferência. Talvez você possa usar o mesmo design de circuito que um microfone, com os dois fios LDR dentro de um cabo blindado e com cargas iguais e um amplificador diferencial na outra extremidade.

Como você está indo para um ADC, acho que seu sinal LDR muda lentamente em relação ao tempo que leva para um sinal percorrer 100 m (500 ns), para que você não precise se preocupar com os efeitos da linha de transmissão .

A resistência do fio provavelmente também não o afetará, se a resistência do sensor estiver nos kiloohms. O fio pode ter 50 ohm ou mais por si só.

Na verdade, se o seu sinal LDR mudar lentamente em relação à interferência, o amplificador diferencial poderá ser um exagero e você poderá filtrar a interferência com um filtro passa-baixo.


@ a resistência de um fio não é a mesma que sua impedância característica!
Stevenvh

1
@stevenh Onde mencionei impedância característica?
Endolith

Desculpe, minha culpa. força do hábito, eu tenho medo. 50 ohm em relação ao tipo de fio / cabo de gatilhos que bandeira: - /
stevenvh

2

Seus 100 m de fio atuarão como uma grande antena e captar todos os tipos de EMI (interferência eletromagnética). Você pode usar um cabo blindado, como sugere o endólito, ou um par trançado decente (decente = torções suficientes por metro).
Uma impedância mais baixa na extremidade do fio também reduz a EMI, mas quanto menor essa impedância, mais o resistor do fio entra em ação. Pode ser necessário ajustar sua leitura do ADC para a perda.


1

Esta seria uma aplicação ideal para um AT-tiny, que é um AVR de 8 pinos. Pisque o Tiny para fazer um loop apenas na conversão ADC e transmita suas informações pelos 100m de fio, batendo o sinal digitalizado. Dado que o sinal mudará muito lentamente, você poderá enviar bytes únicos, digamos uma vez por segundo, a uma taxa de transmissão baixa (por exemplo, 2400bps). Executando o sinal de volta como analógico em mais de 100m de fio, você pode coletar um monte de ruído indesejável, ao qual um sinal digital deve estar imune.


0

Se você não deseja programar um AVR conforme a sugestão de JustJef, tente um conversor analógico-digital de um fio como o DS2450 da Maxim. Este é um ADC quad. Deverá poder enviar dados até 500 m se você seguir as diretrizes. (Consegui facilmente que um sensor de temperatura DS18B20 funcionasse a 30m no cabo de alarme básico).

Ao utilizar nosso site, você reconhece que leu e compreendeu nossa Política de Cookies e nossa Política de Privacidade.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.