transmitindo sinal de 5v através de um cabo longo

Estou procurando ajuda aqui, pois preciso de uma resposta confiável para isso. Preciso obter um sinal de entrada (baixa frequência 5v digital pulse) para um microcontrolador a partir de um sensor (proximidade) situado a uma distância do painel de controle.

Vou detalhar os pontos importantes.

• Distância máxima Tx: 50 m
• Frequência de pulso digital máxima: 10 Hz
• Faixa de tensão do sensor: 5 a 30 v (emite a mesma tensão que a fornecida)
• Entrada máxima para o microcontrolador: 5 v

Para um aplicativo simples e semelhante, é isso que eu fiz antes; o sensor é fornecido com 12 v. Na outra extremidade, o pulso (que agora é de 0 a 12 v) é alimentado ao microcontrolador através de um regulador 7805. Isso funcionou bem, mas alguém me disse que o método não é bom e não é adequado para aplicativos confiáveis. Eu também acho isso feio, mas não espero mexer muito com hardware, construindo circuitos separados, etc ... Alguém pode propor uma solução melhor (ou concordar com a minha: D).

Prefiro muito se não precisar construir nenhum circuito. Se não for possível, pelo menos um muito simples! (Simples no sentido de complexidade de hardware. Um circuito que não precisa de uma placa de circuito impresso, apenas dois fios aqui e ali. É por isso que eu amo a solução 7805). No entanto (infelizmente), a maior prioridade deve ser dada à confiabilidade.

Uma abordagem recomendada seria usar um acoplador óptico seguido por um comparador (por exemplo, LM339 ), ou melhor, uma parte integrada, como o acoplador óptico de saída da porta lógica Fairchild Semi FODM8071 .

O motivo pelo qual o optocoupler é recomendado :

É provável que haja uma diferença de potencial de aterramento em um cabo de 50 metros, também a possibilidade de captar EMI pelo cabo longo. O acoplador óptico elimina quaisquer preocupações de loop de aterramento / incompatibilidade em potencial, bem como a necessidade de corresponder com precisão a tensão de alimentação do sensor ao microcontrolador.

O uso do opto permitirá que uma tensão mais alta seja usada no circuito do sensor, reduzindo a sensibilidade ao ruído EMI.

Um benefício adicional da parte específica de Fairchild sugerida acima é sua alta imunidade a ruídos. Isso resultará em uma aquisição de sinal mais estável, importante considerando as distâncias envolvidas.

O FODM8071 é uma peça SMT com chumbo de 5 pinos, portanto, usá-la é essencialmente como não ter que construir nenhum circuito adicional - você pode conectar a peça e seus poucos componentes discretos com suporte ao estilo deadbug , se desejar, ou montá- los em um proto placa de circuito impresso.

Transmitir 10 Hz acima de 50 m não é um problema difícil, então você encontrará várias maneiras de fazer isso. Para uma solução quase tão simples quanto a que você tinha antes, sugiro um circuito zener simples.

Como antes, você simplesmente forneceria ao seu sensor uma tensão acima de 5 V. Diga 6 - 12 V e deixe esse circuito limitador reduzir a tensão a um nível compatível com o circuito a jusante. Você precisará ajustar o valor de R1, dependendo da corrente de saída máxima (ou desejada) do circuito do sensor e da tensão do sensor que você escolher. O custo pode estar muito próximo da solução 7805, dependendo do zener que você escolher.

Como o optocoupler sugerido em outra resposta, isso fornece proteção contra transientes de alta tensão induzidos no cabo, pois os diodos zener podem desviar esses transientes para o terra. O circuito do acoplador óptico pode romper os loops de terra entre os sistemas de envio e recebimento, mas se a sua solução 7805 estiver funcionando, o zener também funcionará.

Editar

Se você estiver disposto a trabalhar um pouco mais, poderá melhorar esse circuito, tornando-o um pouco mais elaborado:

O diodo schottky adicionado protege seu circuito a jusante de transientes negativos. O zener teria feito isso, mas teria apenas transientes limitados a -0,7 V ou mais. O schottky os limitará a -0,3 ou -0,2 V, o que será muito mais seguro para o dispositivo a jusante se for um portão lógico típico.

O capacitor de 4,7 uF adicionado ajudará a reduzir o ruído quando a entrada for baixa.

Por fim, ajustei a tensão do zener para baixo para garantir que a saída fosse segura para uma porta lógica de 5 V, permitindo até mesmo um desvio na tensão do zener, e aumentei o R1 para reduzir a corrente necessária para acionar a entrada.

Todas essas coisas estão sujeitas a ajustes para se ajustarem aos detalhes do seu sensor e circuito a jusante.

Editar

Um ponto-chave que eu precisava pensar da noite para o dia antes de ver:

Supondo que seu cabo de 50 m contenha um fio de sinal e um fio de terra (ou retorno), um acoplador óptico protege contra transientes do modo comum (ou seja, quando o fio de sinal e o terra juntos alteram a tensão em relação ao terra do circuito receptor), enquanto o circuito zener protege contra transientes diferenciais onde a tensão do fio de sinal muda em relação ao fio terra.

Se um raio próximo fizer com que o fio terra e de sinal pule juntos para 100 V por um milissegundo, você precisará do circuito do acoplador óptico para proteger seu receptor contra danos.

Porém, se um motor próximo ligado fizer com que o fio de sinal pule para 30 V acima do fio terra, você precisará do circuito zener para proteger seu acoplador óptico contra sobrecarga.

Obviamente, o tipo de cabo e seu ambiente determinam qual desses cenários é mais provável. Se você estiver usando fio de controle de uso geral, qualquer cenário é realista. Se você estiver usando cabo coaxial, os transientes no modo comum são mais prováveis, mas considere também a possibilidade de danos por ESD devido ao manuseio quando o cabo não estiver conectado ao receptor e também o efeito se o cabo for inicialmente carregado quando estiver conectado ao receptor.