Viaje de media distancia de pulsos eléctricos sobre un cable

Estoy construyendo un pequeño chip de código morse como un proyecto divertido y tengo una pregunta sobre el envío de pulsos a través de un cable. Estaba planeando usar un cable de altavoz para conectar algunos de estos PCB a una distancia algo larga. Puedo comprar paquetes de cables de altavoz de calibre 16 o 24, y de 100 o 50 pies o incluso más largos (más largo es preferible). Un cable es para datos, el otro es tierra. La carga en el otro extremo es otro microcontrolador (podría tener varias ramas con más de un circuito de microcontrolador idéntico).

La fuente de energía que iba a usar para este circuito es una batería de celda de moneda CR2032. Puede proporcionar corriente más que suficiente para alimentar todos los componentes de mi circuito.

Antes de ir a comprar un montón de componentes, quiero obtener algunos consejos sobre algunas cosas. En primer lugar, quiero tener la opción de enviar pulsos de onda cuadrada desde un microcontrolador. ¿Sería mejor usar un transistor para encender y apagar la conexión al cable, o sería adecuado simplemente enviar pulsos directamente desde el pin del microcontrolador? Tampoco estoy seguro acerca de mi fuente de alimentación. Sé que la batería de celda de moneda CR2032 solo puede entregar cantidades muy pequeñas de corriente, entonces, ¿sería mejor actualizar a algo como LiPoly? ¿O la celda tipo moneda sería suficiente para enviar pulsos a través del cable? Además, ¿son estas fuentes de energía adecuadas para un cable tan grande? Idealmente, me gustaría evitar tener que preocuparme por voltajes superiores a 5 V y corriente alterna, que sé que se propaga por un cable de manera más eficiente.

Mi última pregunta es simplemente sobre el rango. ¿Qué tipo de longitud de cable máxima teórica podría enviar datos a través de las baterías que describí? Si no recuerdo mal, los cables de mayor diámetro tienen menos resistencia, pero dado que el cable de calibre 24 es más barato, me gustaría comprarlo si no afecta el rango en una cantidad demasiado grande.

¡Gracias por tu ayuda!

Me temo que falta una parte importante de la pregunta: ¿cuál es la carga al final del cable? ¿Está en un altavoz o en otra MCU? Si es un altavoz, qué tipo e impedancia (no solo un enlace, por favor). Por favor, ¿puedes editarlos en la pregunta en lugar de comentar-responder? Gracias.
@TonyM buena llamada, gracias. Se añade al final del primer párrafo.
Con un controlador de línea diferencial y receptor 100's of ft en las tasas de kbits
Eche un vistazo a los controladores/receptores de la marca rs485
Solo para verificar, ¿el cable de su altavoz es de par trenzado? Genial si lo fuera, pero imaginé que sería una figura de 8, una al lado de la otra. Además de eso, puede usar un controlador diferencial y configurar su salida cuando no esté conduciendo para ahorrar energía de la batería en la carga de terminación. Pero el controlador/receptor afectaría la duración de la batería. Un transistor a GND en un cable y una resistencia (protección s/c) en el otro me parece una buena idea, con una resistencia de carga/terminación en el otro extremo y una corriente de reposo de ahora. Buen proyecto
Asumiendo frecuencias de pulso Morse normales (pocas por segundo) y no un entorno eléctricamente ruidoso, la configuración simple debería estar bien. La resistencia de terminación es útil pero probablemente no esencial.
podrías ir inalámbrico como Bell y Marconi... con un campo de antena de impulso, pero no tenían que preocuparse por EMC (risas). RS232 va por millas mucho más rápido que. Morse lo hizo.
Estoy bastante de acuerdo con pjc50. Si quiere ser elegante y seguir usando un CR2032, debe ser consciente de sus limitaciones (entre 200 m A y 400 m A dibujar [aunque, por supuesto, es posible un uso excepcional.]) Puede comunicarse aún más sólidamente reuniendo energía a lo largo del tiempo y desembolsándola en pulsos repentinos. La coincidencia de impedancia se convierte más en el foco. Yo elegiría el calibre 24, a menos que necesite una durabilidad especial del pesado calibre 16.
@jonk gracias por la entrada. Entonces, ¿está recomendando algún tipo de configuración de capacitor y luego un transistor para descargar el capacitor en ráfagas?
@AlexWulff No he considerado seriamente suficientes detalles, pero eso se me pasó por la cabeza para el aspecto del almacenamiento de energía, sí.

Respuestas (3)

El par trenzado será de alrededor de 200 ohmios, como se ve en los bordes de los pulsos, la celda de moneda será de alrededor de 2kohm, pero se reducirá con un e-cap para los pulsos.

Un LiPo tiene un ESR <30 miliohmios, por lo que obviamente es una mejor solución para la aplicación. aprovechar el tiempo también. Espero que ayude.

Asegúrese de usar par trenzado y considere la manga de ferrita o el balun o el estrangulador CM para cables largos. También incluye protección ESD o diodos OVP o TVS a tierra y Vcc. Tuvimos una falla similar hace 30 años reparada por abrazaderas de diodo a Vdd,Vss con UTP en una casa entre uC.

No soy muy hábil con la electrónica analógica, así que solo quiero aclarar algo. El propósito del par trenzado es disminuir la interferencia, ¿correcto? Parece que el cable de altavoz de par trenzado es mucho más caro que el cable de altavoz de núcleo trenzado de la variedad de jardín, entonces, ¿cree que realmente haría una gran diferencia?

Encadenar señales de nivel lógico a largas distancias no es una buena idea. Si puede, use un transistor para encender y apagar la línea. Use una batería separada para el bucle. Se pueden agregar varias baterías a la oscilación de voltaje si es necesario. Utilice un optoaislador en el extremo receptor para detectar la señal. Esta configuración se llama bucle de corriente. Échale un vistazo.

Este es un concepto bastante interesante. Entonces, esencialmente, la línea de comunicaciones está completamente aislada del circuito PCB principal utilizando optoaisladores y transistores. Supongo que la ventaja de esto es que puedo usar un voltaje mucho más alto para las comunicaciones.

Agregue 100 UF concentrados en el receptor. Conecte la línea al 100UF con una resistencia de 100 ohmios, produciendo un filtro de paso bajo de 16 Hz. Siga eso con un filtro idéntico, porque ESL evita una buena atenuación en frecuencias altas. Y siga eso con un tercer filtro, por la misma razón.

¿Cuál es la capacitancia entre la línea de alimentación (picos de 200 voltios a 10uS Trise) a lo largo de 1 centímetro de distancia? ¿Por una milla?

C = E0 * Er * Área/Distancia ~~ 9e-12 * 1 mm de diámetro * 1500 metros/0,01 metros C = 9e-12 * 1e-3 * 1,5e3 * 1/0,01 = 9e-12 * 1,5 * 100 ~~ 1,5 nanofaradio

El pico de 200 voltios ingresa a esta red acoplándose a través del aire, que es un filtro de paso alto. El F3dB será 1.5nF * 100 ohms (usando solo un LPF) = 0.15uS.

Tendremos atenuación útil, debido a (1) relación de 1.5nF / 100uF y (2) relación de HLF (acoplamiento a través del aire) F3dB a 0.15US a pulso Trise de 10US.

Espero una atenuación de 600 * 60 = 36,000X de la interferencia de la línea de alimentación de 200 voltios.

Gracias por el aporte. Desafortunadamente, mi conocimiento de la electrónica analógica es algo limitado, pero al menos pude entender la primera parte sobre los filtros de paso bajo :). Solo una pregunta sobre su configuración: ¿funcionaría mantener altas las entradas del microcontrolador mediante un pullup y luego bajar la línea de comunicaciones para transmitir datos? Creo que así es como lo hace I2C, así que me pregunto si es aplicable en mi caso.
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