„Najlepsza praktyka” i „niedrogi” podlegają ocenie.

We wszystkich przypadkach umieszczałem naprawdę niedrogi mały procesor przy czujniku i kazałem mu mówić cyfrowo.Sposób na lata 1950-1975 to 4-40mA lub wysłanie przez pilota sygnału PWM lub modulowanego częstotliwościowo.

• Do około sześciu stóp zasilaj zdalny czujnik z poziomu + 5 V (lub + 3,3 V) i poprowadź uziemiony asynchroniczny szeregowy obwód szeregowy (styki UART) bezpośrednio z czujnika do „głównego” procesora.
• Do około sześćdziesięciu stóp zasilaj czujnik zdalnego sterowania z dowolnego źródła i zregeneruj go w pilocie.Zapewne dałbym mu + 12V na napowietrzną i użyłbym regulatora przełączającego „tam”, ale można użyć regulatora liniowego.Użyj RS-422 z pilotem ustawionym tylko na wysyłanie lub użyj RS-485 w trybie półdupleksu, z pewnym protokołem, dzięki czemu piloty mówią tylko wtedy, gdy ktoś do nich mówi.

Innym rozwiązaniem może być I2C - istnieją przedłużacze pozwalające na tworzenie autobusów do 100m (300ft). Jednym z nich jest NXP P82B96. Jest bardzo przydatny w konstrukcjach amatorskich, ponieważ nie jest drogi i występuje również w łatwej w montażu obudowie DIP-8. Dodatkowo umożliwia przekładanie poziomów logicznych na wyższe napięcia (np. 12V). Niektóre uwagi dotyczące aplikacji można znaleźć na stronach NXP, na przykład: https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN10658.pdf

Istnieje również możliwość zbudowania optoizolowanej magistrali przy użyciu P82B96: https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN10364.pdf

Inną możliwością jest P82B715, ale jest ona prawdopodobnie mniej użyteczna, ponieważ maksymalna długość magistrali wynosi około 50 m (150 stóp) i istnieją inne ograniczenia. Jest taka notatka: https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/P82B715.pdf

Korzystanie z I2C jest bardzo efektywnym rozwiązaniem, ponieważ na rynku dostępnych jest wiele tanich układów interfejsu (ADC, DAC, IO, czujniki temperatury itp.), więc od strony czujnika nie ma potrzeby stosowania MCU (i stworzyć dedykowane oprogramowanie dla tego MCU).

Osobiście zbudowałem swój system automatyki domowej korzystając z tego rozwiązania (P82B96 z optoizolacją) i mogę potwierdzić, że działa on bardzo dobrze, jest stabilny i niezawodny.

Osiągnąłem doskonałe wyniki podczas przesyłania danych z czujników za pomocą sieci kontrolera (CAN).Mam 16-bitowy mikrokontroler z wbudowanym CAN, który łączy się przez SPI z 24-bitowym przetwornikiem A / D.Ten mikrokontroler pobiera próbki co 20 ms i wysyła dane przez CAN do innego mikrokontrolera (32-bitowego) znajdującego się 50 metrów dalej.CAN ma zaawansowane funkcje sprawdzania błędów, których starsze systemy mogą nie mieć.Wykorzystuje parę różnicową, więc jest dość odporny na szum.Microchip tworzy MCP2515, który będzie łączyć się z CAN poprzez SPI.

Pętla 4-20 mA będzie wymagała skomplikowanej elektroniki sterującej i wyższego napięcia zasilania (wcześniej używane wzmacniacze napędowe miały napięcie 18 V).Chociaż nadal jest powszechnie stosowany w systemach przemysłowych do dziś i ma zalety, jest to naprawdę bardziej starszy system, jeśli chodzi o większość zastosowań, i głównie używany do modernizacji czujników w starszych systemach daq, które są starsze niż powszechne cyfrowekomunikaty dostępne dzisiaj.

Najprostszym rozwiązaniem byłoby dodanie sterownika RS-422 lub RS-485 do obwodu.Normy te są bardzo powszechne w branży czujników przemysłowych.Większość układów scalonych ma również sugerowany obwód w arkuszu danych, więc możesz je wdrożyć bez większego bólu.

Podzielam Twoją niechęć do umieszczania całego procesora na czujnik ...

RS-485 do ekonomicznej komunikacji czujnika / wyjścia

Mogę polecić co następuje, w jaki sposób teraz wykonuję tego rodzaju czujniki / urządzenia wyjściowe:

• Lokalny bardzo mały procesor podobny do Arduino na pozycję czujnika
• Sterownik RS-485
• Lokalny bardzo mały zasilacz impulsowy
• Zasilanie centralne
• Podłącz za pomocą kabla CAT-5 lub pary zasilania + danych

Oznacza to, że możesz zachować bardzo małą elektronikę dla każdego czujnika, co upraszcza wszystko (mniej szumów, mniej błędów). Oprogramowanie do komunikacji z czujnikiem jest dedykowane - bez przetwarzania wieloprocesowego lub przeplatania funkcji, ma cały procesor. Jeśli jest tylko jeden czujnik, umieszczam adapter RS-485 w komputerze odbiorczym; częściej mam urządzenie Atmega z RS-485 i Ethernetem i konwertuję do iz pakietów UDP. Wtedy serwer - lub serwery, które tak łatwo można uczynić nadmiarowymi - mogą wykonywać pracę w dogodnym dla siebie miejscu.

RS-485 jest tani, prosty i łatwy do debugowania, jeśli zastosujesz się do kilku prostych zasad. Działa na krótkich lub długich dystansach. Wybierasz prędkość i konfigurujesz prosty protokół (łatwy dla inżynierów oprogramowania), który będzie działał wiecznie. Często uruchamiam go przy 9600 lub nawet wolniej. Jeśli masz odpowiednie diody LED, możesz zrozumieć uszkodzenia bez użycia narzędzi. To wystarczająco proste. Dostałem zajęcia z „obliczeń fizycznych” w szkole artystycznej w Nowym Jorku, aby w ciągu jednego popołudnia uruchomić sieć, opartą na formacie bardzo podobnym do syslog (RFC 3164) oraz CRC-32.

DNie używaj radia. Trzymałem się z daleka od wszystkiego, co oparte na radiu, z wyjątkiem sytuacji, w których absolutnie niemożliwe jest prowadzenie przewodów. Po prostu nie wiadomo, kiedy pojawi się jakaś maszyna zakłócająca: zbyt często jest to coś w rodzaju krótkofalówki prasowej lub policyjnej podczas wielkiego otwarcia mojego wydarzenia.

Dnie używam ethernet Kiedyś używałem Ethernetu z POE, ale zmieniłem się po tym, jak musiałem pracować w wielu trudnych warunkach (na zewnątrz, pod wodą, w pobliżu dużych maszyn przemysłowych). Nie ma przełącznika do obsługi, nie ma napięć POE. I bez wyścigu zbrojeń 10BaseT, 100BaseT, 1000BaseT.

DNie używaj autobusów typu board Kiedyś miałem system (zbudowany przez innych), który był SPI na 2 metry: prawie działał, ale kiedy musieliśmy przenieść go na 3 metry ... nigdy nie działał. W końcu zastąpiłem go RS-485, jak opisano tutaj.

CAN jest świetny, ale rozwiązuje trudny problem, dlatego jest bardzo złożony. Interfejs szeregowy i RS-485 jest absolutnie wszechobecny, co pozwoli Ci zaoszczędzić czas w kółko.

Proste zasady

• Dwuprzewodowy półdupleks (nigdy czteroprzewodowy)
• Albo a) jeden nadrzędny (komputer) wiele podrzędnych (czujniki) lub b) jeden głośnik i prawdopodobnie wielu słuchaczy
• Jeśli jest więcej niż kilkunastu niewolników, pomyśl o a) kolizjach i b) ładowaniu autobusów
• Zasilanie z centrali
• Brak lokalnego połączenia po stronie czujnika
  • Jeśli potrzebujesz, użyj izolatorów optycznych lub przekaźników
• Niezależnie od protokołu, musi mieć sumę kontrolną
• Używaj go jak UDP, a nie TCP
• Uruchom to tak wolno, jak tylko możesz
  • Przy 9600 prawdopodobnie nigdy nie będziesz mieć żadnych problemów
• Ponad 20 metrów, zwróć uwagę na zakończenie
• Jeśli jesteś na zewnątrz, pod wodą lub w pobliżu dużej mocy, nadal dobrze, ale zrób więcej zadań domowych
• Jeśli potrzebujesz szybko (powiedzmy 1 Mbit / s), nadal dobrze, ale zrób więcej zadań domowych
• Jeśli potrzebujesz odosobnienia, nadal dobrze, ale odrób więcej zadań domowych
• Jeśli potrzebujesz setek węzłów, nadal dobrze, ale zrób więcej pracy domowej

Koszty

Koszty są niskie, poniżej 10,00 USD / szt. - większość zależy od obudowy i złączy. Poniżej znajdują się ceny z 10 rabatami od Digikey lub Ebay.

Do jednorazowej lub eksperymentalnej tablicy używam tablic z Chin:

• Konwertery TTL na RS-485 z serwisu Ebay (0,90 £)
• Arduino „Pro Micro” lub podobny (z przyciskiem resetowania!) (1,80 £)

W przypadku płyt dedykowanych wolę pojedyncze żetony:

• 75176-pinowy układ scalony 0,70 £ + gniazdo w przypadku miejsca
• ATTiny22 lub podobny 0,50-1,50 GBP

75176-pinout jest standardem dla sterowników RS-485, co oznacza, że ​​możesz użyć egzotycznych sterowników, jeśli potrzebujesz (np. z wyższą ochroną ESD).

W obu przypadkach dla zasilania podaję 12VDC lub 24VDC wraz ze skrętką dla sygnału. Ponad CAT-5 działa dobrze lub kabel zasilający + danych. Na każdym urządzeniu jeden zasilacz Recom R-78E5.0-0,5 (1,99 GBP / szt.). Te urządzenia są świetne. Umieszczenie małego zasilacza obok każdej jednostki sprawiło, że wszystkie problemy z zasilaniem i hałasem zniknęły.

Przyszłościowe

Kolejną zaletą tego podejścia jest to, że umieszcza wszystkie ważne kwestie dotyczące kompatybilności w protokole na linii RS-485. Jeśli w przyszłości nie możesz uzyskać tego samego czujnika lub procesora, kup inny i utwórz ponownie. Jeśli używasz układów sterownika 75176-pinout, zawsze będziesz mógł uzyskać zamienniki.

A jeśli musisz połączyć się z czymś, co chcesz odizolować, łatwo jest uzyskać izolowany sterownik, taki jak ten z Digilent (choć znacznie droższy, około 17,00 GBP). Ale bez żadnego przeprojektowywania podstawowego systemu ani przekodowywania.

Referencje

Aby właściwie przeczytać o RS-485, zacznij od nich i postępuj zgodnie z odnośnikami.

• Texas Instruments Przewodnik projektowy RS-485 PDF
• Texas Instruments AN 1057 Dziesięć sposobów na kuloodporne interfejsy RS-485 PDF
• Bob Perrin, „The Art and Science of RS-485”, Circuit Cellar, lipiec 1999. PDF

Szczegóły

• „Dwużyłowy półdupleks” w rzeczywistości oznacza trzy przewody: skrętkę dla sygnału i masę, która często jest uziemieniem prądu stałego, jeśli systemy są zasilane z tej samej mocy.
• Zobaczysz ogromne spór o to, czy potrzebujesz tarczy, ale Perrin mówi, że nie, chyba że masz egzotyczne okoliczności
• W trybie półdupleksu wyjście sterownik jest włączany podczas transmisji.
  • Na komputerze PC zazwyczaj włączasz sterownik z RTS wyjścia RS-232. Jądro Linuksa ma wywołanie ioctl (8) umożliwiające włączenie tego na liniach szeregowych TIOCSRS485 doc
  • W mikrokontrolerze używasz linii IO dla Driver-Enable DE . Zawsze możesz słuchać (podłączyć Receive-Enable / RE do ziemi) lub częściej dołączyć do DE i / RE i jechać z tego samego pinu we / wy . Można sobie wyobrazić, że użyjesz pinu IO i napiszesz / RE , ale nigdy go nie widziałem.
• Istnieje wiele różnych układów sterowników, ale wybierz jeden z pakietu 75176, ponieważ jest najbardziej powszechny
• Świetnym pomysłem jest użycie 8-pinowych pakietów DIL i gniazda dla sterownika, aby jak ktoś źle go podłączył, można wymienić przepalony sterownik; możesz także użyć bardziej niezawodnych chipów sterownika, jeśli chcesz, lub wersji o niskim EMI z niższymi prędkościami obrotu.

Jeśli chcesz zachować prostotę i nie chcesz konwertować na format cyfrowy, obecne wykrywanie jest tanim i praktycznym sposobem.

To nie musi być system 4-20 mA. Możesz dowolnie wybierać prądy w zależności od odległości, dostępnego zasilania i poziomu szumów elektrycznych w Twoim otoczeniu. Kolejną zaletą jest to, że potrzebujesz tylko 2-przewodowego kabla, więc wszystko (nawet kabel sieciowy) wystarczy.

Oto przykład, którego użyłem z kablem o długości około 40m. LM35 generuje napięcie proporcjonalne do temperatury, używane do napędzania prądu przez R2. R1 służy do podwyższenia dolnej granicy mierzalnych temperatur. Wybierz R_sense, aby dopasować napięcie zasilania i wejścia mikrokontrolera.

^{symuluj ten obwód - schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Po prostu upewnij się, że minimalne napięcie na zasilaniu LM35 jest przestrzegane w Twoim przypadku użycia. Więcej informacji na temat wyboru wartości rezystorów znajduje się w arkuszu danych dla LM35.

Jeśli masz odpowiednią kartę micro na każdym końcu, a karta micro radzi sobie z wymaganym przetwarzaniem, Ethernet jest bardzo dobrym rozwiązaniem do komunikacji na duże odległości. Kable Ethernet Cat5 są dostępne w prawie dowolnej długości, a ich szerokie zastosowanie we wszystkich rodzajach aplikacji oznacza, że ​​możesz uzyskać również wzmocnione wersje. Wskazówka: kable używane do łączenia pulpitów dźwiękowych i oświetleniowych w zastosowaniach scenicznych są rzeczywiście bardzo dobre - jeśli twój komputer nie może połączyć się z Internetem przez godzinę, to nic wielkiego, ale jeśli stracisz dźwięk i oświetlenie dla AC / DC grając na stadionie, masz na rękach ogromny rachunek!

Jest to najłatwiejsze, jeśli mikroukłady na każdym końcu działają na „normalnym” systemie operacyjnym. Windows lub Linux będzie działał, komercyjne systemy operacyjne, takie jak Wind River, również będą dobrze działać i jestem pewien, że są inne. Windows nie byłby moim pierwszym wyborem, ale Linux jest obecnie całkiem dobry w przetwarzaniu w czasie rzeczywistym. Mając system operacyjny, możesz po prostu użyć portów IP do wysyłania danych.

Możesz pomyśleć, że brzmi to niestabilnie lub zbyt dobrze, aby mogło być prawdziwe - ale właśnie tak SpaceX łączy elektronikę w swoich rakietach.

Jedyne przewody między sceną a każdym silnikiem to kabel Ethernet i kabel zasilający.

Jeśli uda im się wynieść rakietę w kosmos, podejrzewam, że będzie to działać również w przypadku Twojej aplikacji. :)

Najbardziej podoba mi się odpowiedź TimWescotta, ale inną opcją jest przyjrzenie się profesjonalnemu mikrofonowi do dźwięku na żywo i pracy w studio. Często biegną setki metrów przez hałaśliwe oświetlenie i zasilanie prądem zmiennym, zanim zostaną wzmocnione do użytecznego poziomu przez resztę elektroniki:

^{symuluj ten obwód - schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Kapsuła mikrofonowa sama w sobie jest elektrycznie unoszona, nie jest połączona z uziemioną metalową obudową, a dwa przewody sygnałowe są od siebie odejmowane, a różnica jest przekazywana jako zamierzony sygnał.

Więc jakikolwiek szum przedostaje się przez uziemiony ekran kabla i do obu przewodów, jest kasowany w odbiorniku. Skręcenie ich umieszcza je tak blisko tej samej pozycji, jak to tylko możliwe, tak aby ta sama ilość szumu docierała do obu, a utrzymanie ich impedancji na równym poziomie pozwala im zaakceptować go w tym samym stopniu.

Jeśli potrzebujesz również zasilania po stronie mikrofonu i nie chcesz mieszać baterii, możesz użyć funkcji „Phantom Power”:

^{zasymuluj ten obwód}

R1,2,5,6 pozwalają, aby sygnał audio AC nadal istniał na tych samych przewodach, a wysokie napięcie źródła ma i tak uzyskać użyteczną ilość energii.

C1,2,3,4 blokują DC z komponentów audio.

R3,4 przywraca średni poziom DC, który został zablokowany przez limity.

D1,2,3,4 zaciskają maksymalne i minimalne napięcie w celu ochrony przed skokami spowodowanymi włączaniem lub wyłączaniem zasilania, podłączaniem z nim kabla itp.

R7 utrzymuje aktywny sterownik stabilnie w długim (pojemnościowym) kablu.

R8 dopasowuje R7, aby utrzymać równe impedancje i pokazuje, że sygnał nie musi pojawiać się na obu przewodach. Potrzebna jest tylko różnica pewnego rodzaju i równa impedancja.

Nie wiem, jakie są twoje dokładne ograniczenia, ale zamiast doprowadzić sygnał do tablicy, podałem płytkę do sygnału, a następnie przeniosłem wynikowe dane przez Ethernet (lub nawet Wi-Fi, jeśliśrodowisko jest do tego odpowiednie).

Tania płytka ESP8266 lub ESP32 obok czujnika prawdopodobnie by się nadała.

Jeśli masz problem z doprowadzeniem zasilania do płyty, możesz użyć Power over Ethernet (PoE), aby je zasilić, z tanimi wtryskiwaczami i rozdzielaczami na obu końcach.

Istnieją nawet płyty z wbudowanym PoE, takie jak Olimex ESP32-POE-ISO lub wESP32 dostępne w Crowd Supply.

Zbudowałbym i oscylator, którego częstotliwość zależy od termistora.Jego wyjście może być sprzężone z transformatorem, aby blokować szum w trybie wspólnym.Można by wykonać demodulator, którego moc wyjściowa zależy tylko od częstotliwości, a nie od amplitudy.Reszta to tylko nieprzyjemny problem z kalibracją.