Creación de un bucle de corriente digital encadenado

Necesito enviar algunos datos digitales y energía a larga distancia (alrededor de 60 metros) usando solo 3 cables.

La velocidad de datos es baja, algo como 100bps es suficiente, 1000bps sería perfecto (12.5Bps y 125Bps).

Siempre hay un transmisor y varios receptores (la cantidad puede cambiar en cualquier momento), por lo que la transmisión siempre es en la misma dirección.

El transmisor y los receptores se basan en ATMega uC. Mi idea es usar el bucle actual aquí, sin embargo, no puedo usar solo un bucle, porque entonces tendría que usar alguna terminación en el último receptor, lo cual no puedo. Así que estoy pensando en crear múltiples bucles de corriente, de modo que cada receptor retransmita datos al siguiente bucle de corriente.

¿Cuál es la forma más sencilla de crear transmisores de corriente digitales fiables?

La corriente en sí realmente no importa, puede ser clásica de 4-20 mA, o algo menos, ya que transmitirá señales digitales. Lo que obtuve por ahora es LM317 como fuente de corriente con resistencia conmutable (con MOSFET), por lo que obtengo una salida de 4 o 20 mA, pero tal vez haya una forma más fácil.

Como receptor, tengo optoacopladores, que nuevamente, no estoy seguro de si es la mejor manera de lograrlo. Aquí probablemente sería más fácil usar una resistencia entre la línea de datos y la tierra como receptor.

RS232 no es aplicable aquí debido a la caída de voltaje que ocurrirá entre dos cables de alimentación, por lo que en el último receptor obtendré, por ejemplo, {+20V, -4V} en lugar de {+12V, -12V}

¿Por qué no quiere usar RS-485 o RS-232 para el caso? A 4800 baudios, creo que 60 m no son un problema para RS-232. Puede obtener transceptores RS-485 aislados si anticipa mucho ruido.
Está buscando 3 cables tanto para alimentación como para señalización, por lo que un RS485 simple está descartado, el RS232 simplex debería funcionar, a menos que haya algún tipo de ruido con el que lidiar o un problema de bucle de tierra (no hay información sobre el calibre del cable, etc.), pero un optoaislador se encargaría de eso.
El problema aquí es que una transmisión de datos de un solo extremo a una distancia moderada es vulnerable y es probable que no pueda justificar fácilmente ese nivel de vulnerabilidad, por lo que eliminé mi respuesta. Para superar la vulnerabilidad, los datos se envían mediante un par balanceado y, con solo 3 cables, debe usar alimentación fantasma. El impacto de usar alimentación fantasma es que tiene que modular los datos hasta cientos de kHz PERO, afirma que no puede usar una resistencia de terminación, por lo que esa opción está muerta. No le recomiendo que use tres cables y datos de un solo extremo. Piensa otra vez.
Pero, ¿hay algún problema con mi idea de solución, usando múltiples bucles de corriente?
@mily20001 muestra un diagrama de bloques simple de cuál es tu idea.
El mayor problema con los bucles de corriente es que un bucle de corriente es un par de cables. Cuando agrega energía y tierra a eso, ha excedido su requisito de solo 3 cables en total. ¿Por qué estás tan atascado en los bucles actuales específicamente?
Y, para agregar al comentario de Dave, un bucle de corriente que usa energía o tierra como cable de retorno no está balanceado y es significativamente vulnerable a EMI.
¿También está restringido a los 3 cables? Power over Ethernet salvará fácilmente esa distancia.
A 100 bits por segundo, o 1.000 bits por segundo, coloque la resistencia de terminación en el transmisor y utilice la conmutación de giro controlado (100 microsegundos) entre niveles.

Respuestas (1)

Dada su velocidad de datos lenta y comunicaciones unidireccionales, puede salirse con la suya con la señalización de voltaje en un bus común, siempre que se asegure de reducir las pendientes de transición de subida/bajada para evitar EMI y reflejos y tener en cuenta la caída de voltaje. en tu regreso por tierra.

Un controlador RS232 lento, como este , tiene un tiempo de subida de ~2 µs, lo que implica una longitud de onda de más de 1 km si se tienen en cuenta las velocidades de propagación del cable. Eso significa que puede salir sin terminación para su cable de menos de 100 m (todavía agregaría algo de resistencia para aumentar las pérdidas y atenuar aún más los reflejos).

Para compensar la caída a tierra, la solución más fácil es acoplar capacitivamente al cable y agregar un par de diodos para restaurar su CC a los niveles adecuados. Así como esto:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Siempre que no haya demasiada atenuación, tendrá niveles completos de señal RS-232 en sus receptores y podría usar el protocolo RS-232 normal de retorno a cero. Los capacitores agregan una carga mínima a la línea, excepto cuando hay una gran falta de coincidencia de CC (temporal) entre un receptor y el cable. Ajuste el divisor de voltaje para asegurarse de que sus niveles de voltaje sean suficientes para cruzar los umbrales del receptor RS-232. Alternativamente, puede usar la codificación Manchester con un controlador RS-232 para eliminar cualquier necesidad de recuperación de CC.

Un problema mayor es tratar con la longitud del cable . El estándar RS-232 puede ser marginal para esto, pero podría salirse con la suya (1) reduciendo la capacitancia de su cable y/o (2) aumentando la potencia de la unidad, por ejemplo, colocando un par de controladores de línea en paralelo.

Si está realizando comunicaciones punto a punto en cadena, no veo por qué necesitaría un bucle actual (particularmente cuando el retorno del bucle es su tierra, lo que niega cualquier ventaja de inmunidad al ruido). ) utilizar pares de receptor/transmisor RS-232 como repetidores en el cable. Dado que las tierras de retorno serán locales, el aumento general de la tensión de tierra no sería significativo para cada enlace.

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