Erstellen einer verketteten digitalen Stromschleife

Ich muss einige digitale Daten und Strom für große Entfernungen (ca. 60 Meter) mit nur 3 Drähten senden.

Die Datengeschwindigkeit ist niedrig, etwa 100 bps reichen aus, 1000 bps wären perfekt (12,5 bps und 125 bps).

Es gibt immer einen Sender und mehrere Empfänger (die Menge kann sich jederzeit ändern), sodass die Übertragung immer in die gleiche Richtung erfolgt.

Sender und Empfänger basieren auf ATMega uC. Meine Idee ist, hier eine Stromschleife zu verwenden, aber ich kann nicht nur eine Schleife verwenden, da ich dann im letzten Empfänger eine Terminierung verwenden müsste, was ich nicht kann. Ich denke also darüber nach, mehrere Stromschleifen zu erstellen, damit jeder Empfänger Daten an die nächste Stromschleife erneut überträgt.

Was ist der einfachste Weg, um zuverlässige digitale Stromtransmitter zu erstellen?

Der Strom selbst spielt keine Rolle, er kann klassisch 4-20 mA oder etwas weniger sein, da er digitale Signale überträgt. Was ich jetzt habe, ist LM317 als Stromquelle mit schaltbarem Widerstand (mit MOSFET), also bekomme ich einen 4- oder 20-mA-Ausgang, aber vielleicht gibt es einen einfacheren Weg.

Als Empfänger habe ich Optokoppler, wobei ich mir wiederum nicht sicher bin, ob dies der beste Weg ist, dies zu erreichen. Hier wäre es wahrscheinlich einfacher, einfach einen Widerstand zwischen Datenleitung und Masse als Empfänger zu verwenden.

RS232 ist hier nicht anwendbar, da zwischen zwei Stromkabeln ein Spannungsabfall auftritt, sodass ich im letzten Empfänger beispielsweise {+20 V, -4 V} anstelle von {+12 V, -12 V} erhalte.

Warum möchten Sie nicht RS-485 oder RS-232 für diese Angelegenheit verwenden? Bei 4800 Baud denke ich, dass 60 m kein Problem für RS-232 sind. Sie können sich isolierte RS-485-Transceiver besorgen, wenn Sie mit viel Rauschen rechnen.
Er betrachtet 3 Drähte sowohl für die Stromversorgung als auch für die Signalisierung, also ist ein einfacher RS485 ausgefallen, ein einfacher RS232 sollte funktionieren, es sei denn, es gibt eine Art Rauschen oder ein Erdschleifenproblem (keine Informationen zur Drahtstärke usw.), aber einen Optoisolator würde sich darum kümmern.
Das Problem hier ist, dass eine unsymmetrische Datenübertragung über mäßige Entfernung anfällig ist, und es ist wahrscheinlich, dass Sie dieses Maß an Anfälligkeit nicht einfach rechtfertigen können, weshalb ich meine Antwort gelöscht habe. Um die Schwachstelle zu überwinden, werden Daten über ein symmetrisches Paar gesendet, und bei nur 3 Drähten müssen Sie Phantomspeisung verwenden. Die Verwendung der Phantomspeisung hat zur Folge, dass Sie die Daten bis zu Hunderten von kHz modulieren müssen, ABER Sie geben an, dass Sie keinen Abschlusswiderstand verwenden können, sodass diese Option tot ist. Ich empfehle Ihnen nicht, drei Drähte und Single-Ended-Daten zu verwenden. Denk nochmal.
Aber ist an meiner Lösungsidee mit mehreren Stromschleifen etwas falsch?
@ mily20001 zeigt ein einfaches Blockdiagramm Ihrer Idee.
Das größte Problem bei Stromschleifen besteht darin, dass eine Stromschleife aus zwei Drähten besteht. Wenn Sie dazu Strom und Masse hinzufügen, haben Sie Ihre Anforderungen von nur 3 Drähten insgesamt überschritten. Warum steckst du so speziell in Stromschleifen fest?
Und, um Daves Kommentar hinzuzufügen, eine Stromschleife, die Strom oder Masse als Rückleitung verwendet, ist nicht ausgeglichen und sehr anfällig für EMI.
Auch sind Sie auf die 3 Drähte beschränkt? Power over Ethernet überbrückt diese Entfernung problemlos.
Setzen Sie bei 100 Bit pro Sekunde oder 1.000 Bit pro Sekunde den Abschlusswiderstand in den Sender und verwenden Sie eine kontrollierte Flankensteilheit (100 Mikrosekunden) zum Umschalten zwischen den Pegeln.

Antworten (1)

Angesichts Ihrer langsamen Datenrate und unidirektionalen Kommunikation können Sie mit der Spannungssignalisierung auf einem gemeinsamen Bus davonkommen, solange Sie darauf achten, die Anstiegs-/Abfall-Übergangsflanken zu reduzieren, um EMI und Reflexionen zu vermeiden, und den Spannungsabfall berücksichtigen auf deinem Boden zurück.

Ein langsamer RS232-Treiber wie dieser hat eine Anstiegszeit von ~2 µs, was eine Wellenlänge von mehr als 1 km impliziert, wenn Sie die Kabelausbreitungsgeschwindigkeiten berücksichtigen. Das bedeutet, dass Sie für Ihre <100-m-Kabelstrecke ohne Terminierung davonkommen können (ich würde immer noch etwas Widerstand hinzufügen, um die Verluste zu erhöhen und Reflexionen weiter zu dämpfen).

Um den Erdabfall zu kompensieren, besteht die einfachste Lösung darin, das Kabel kapazitiv zu koppeln und ein paar Dioden hinzuzufügen, um Ihren Gleichstrom wieder auf die richtigen Pegel zu bringen. Genau wie dieser:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Solange es nicht zu viel Dämpfung gibt, hätten Sie volle RS-232-Signalpegel in Ihren Empfängern und Sie könnten tatsächlich das normale Return-to-Zero-RS-232-Protokoll verwenden. Die Kondensatoren fügen der Leitung eine Mindestlast hinzu, außer wenn eine große (vorübergehende) DC-Fehlanpassung zwischen einem Empfänger und dem Kabel besteht. Passen Sie den Spannungsteiler an, um sicherzustellen, dass Ihre Spannungspegel ausreichen, um die Schwellenwerte des RS-232-Empfängers zu überschreiten. Alternativ können Sie die Manchester-Codierung mit einem RS-232-Treiber verwenden, um die Notwendigkeit einer DC-Wiederherstellung zu beseitigen.

Ein größeres Problem ist der Umgang mit der Kabellänge . Standard-RS-232 mag dafür marginal sein, aber Sie könnten davonkommen, indem Sie (1) die Kapazität Ihres Kabels reduzieren und/oder (2) die Treiberstärke erhöhen, indem Sie beispielsweise ein paar Leitungstreiber parallel schalten.

Wenn Sie Punkt-zu-Punkt-Kommunikation in einer Daisy-Chain-Methode durchführen, verstehe ich nicht, warum Sie überhaupt eine Stromschleife benötigen würden (insbesondere wenn die Rückkehr der Schleife Ihre Masse ist, was alle Vorteile der Störfestigkeit zunichte macht ) verwenden Sie RS-232 Empfänger/Sender-Paare als Repeater auf dem Kabel. Da die Rückleitungserde lokal sein wird, wäre der Gesamtanstieg der Erdungsspannung für jede Verbindung nicht signifikant.

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