Kommunikation - 2 batteriebetriebene Schaltkreise, 1 Leiter, keine gemeinsame Masse

TL;DR Ich muss eine Welle erfolgreich über einen einzelnen Leiter zwischen zwei batteriebetriebenen Stromkreisen ohne gemeinsame Masse übertragen. Ich weiß bereits, wie man die Welle erzeugt und die Welle erkennt, wenn es eine gemeinsame Masse gibt, aber ich weiß nicht, wie man eine Schaltung entwirft, die die Welle ohne Masse erkennen kann. Mein mit dem Empfänger geerdetes Zielfernrohr kann die Welle erkennen.

Meine Freunde und ich bauen eine Open-Source-Fechtbox, um Streichhölzer zu erzielen (Die Art des Fechtens mit Schwertern). Wettkampffechten werden elektronisch bewertet, indem ein Schwert mit einem Knopf und Jacken aus leitfähigem Material verwendet wird. Wir möchten die heute erhältlichen Konstruktionen verbessern, die teure mechanische Rollen erfordern, um die Spannung an den Kabeln aufrechtzuerhalten.

Um es kurz zu machen, wir müssen in der Lage sein, über einen "Draht" (das Schwert) zwischen zwei Arduinos zu kommunizieren. Unser Plan war es, die PWM-Generatoren von Arduino zu verwenden, um Töne zu erzeugen, die dann durch FFT der analogen Eingänge auf der anderen Seite erkannt werden können. Wir verwenden insgesamt 7 Töne zwischen den Frequenzen von 9 kHz und 18 kHz. Wir haben das alles super hinbekommen. Das Problem ist, was passiert, wenn wir zu Batterien gehen und keine gemeinsame Basis haben. Das PWM-Signal reicht von 5 V Spitze zu Spitze bis 1,2 V Spitze zu Spitze. Ich verstehe nicht, warum das passiert. Hier wäre jede Aufklärung willkommen.

Kann jemand ein Schaltungsdesign zum Übertragen einer Welle über 1 Leiter zwischen zwei Systemen ohne gemeinsame Masse empfehlen? (Und bei Bedarf am anderen Ende verstärken) Ich denke, es muss der Funktechnologie ähnlich sein. Alternativ kann ich versuchen, das, was ich habe, in eine Art Verstärker einzuspeisen und zu sehen, ob ich damit laufen kann, aber ich hasse es, das zu tun, ohne die Kräfte zu verstehen, die im Spiel sind, und bisher keine der Schaltungen, die ich habe habe versucht auf das Signal zu reagieren.

Einige zusätzliche Informationen:

Wir haben einen Knopf am Schwert. Wir können diesen Tastendruck immer erkennen und ihn zum Ein- und Ausschalten des Senders verwenden. Wenn wir also nicht den Unterschied zwischen Berührung und Nichtberührung durch Dämpfung der Welle erkennen können, können wir einfach dafür sorgen, dass sie nicht sendet, wenn keine Berührung vorhanden ist.

Um es kurz zu machen, es ist unmöglich , ein Signal zwischen zwei Geräten über einen einzigen Leiter ohne andere Verbindungen oder Gemeinsamkeiten zu senden . Die Spannung ist grundsätzlich auf Masse bezogen, ohne Masse ist keine Spannungsmessung möglich. Die Tatsache, dass Ihr System überhaupt funktioniert, liegt an der Kopplung der beiden Systeme außerhalb der Eindrahtverbindung.
Meinst du, wenn sich die Schwerter berühren, willst du die Tatsache erkennen? Wenn ja, ist das potenziell machbar. Ot=r ist es swot=rd to body oder ... Bitte seien Sie sehr, sehr, sehr genau, was Sie erkennen möchten. Nahbereichskommunikation, die Sie beschreiben, kann Funkinfrarot oder möglicherweise kapazitiv oder induktiv (auch bekannt als elektromagnetisch) sein. Erklären Sie genau, was Sie erreichen wollen. NICHT WIE du denkst, dass du es auch erreichen willst, aber es ist zweitrangig)
@Fake Name Also funktionieren Funkgeräte durch Magie?
@Philip, oder es ist bekannt, dass Radios strahlen. IE. Sie brauchen etwas, das Energie entweder im Nahfeld (was der Fall zu sein scheint) oder im Fernfeld koppelt.
@Philip: Radio benötigt keinen Rückweg, aber Sie werden kein Radio mit den angegebenen Frequenzen und Entfernungen haben. Das wird alles sehr nahe sein, was bedeutet, dass sich das Signal nicht nur in seinem eigenen Durchgangsraum ausbreitet. Außerdem wäre Radio nicht gut, da das OP Berührungen wahrnehmen möchte. So wie ich es verstehe, möchte er beispielsweise nicht, dass es 10 mm entfernt auslöst. Er braucht es nicht , um sich von alleine fortzupflanzen.
@Philip: Ich scheine, dass das OP diese Frage aufgegeben hat. Er ist seit dem Tag, an dem die Frage gestellt wurde, nicht mehr zurückgekehrt.
Ich arbeite tatsächlich mit ihm an diesem Projekt. Ich wollte hier gerade eine ähnliche Frage stellen, als ich sah, dass er bereits gefragt hatte. Ich verdaue immer noch die Wiki-Seite zum Thema "Nah- und Fernfeld". Ich entschuldige mich für die langsame Aufnahme, aber wir sind beide Software-Ingenieure, die außerhalb unseres Fachgebiets arbeiten.
@Russel McMahon, Was wir speziell erkennen möchten, ist, ob das Ausgangskabel eines Arduino eine Verbindung mit dem Eingangspin eines anderen Arduino hat, wenn sie keine gemeinsame Masse haben. Der Weg würde aus dem Arduino herausgehen, durch einen Draht, durch das Schwert, durch die Lahmheit des Gegners (Drahtgitterweste), durch einen anderen Draht und in das Arduino des Gegners.
@Philip: Es wird nicht von einem digitalen Ausgang zu einem anderen digitalen Eingang funktionieren. Sie benötigen einige Signalkonditionierungsschaltkreise am Empfangsende.
@Philip, bitte aktualisieren Sie Ihre Frage!
@Philip: Wenn du Hilfe willst, musst du Teil des Dialogs sein. Ich habe in meiner Antwort vor 4 Tagen eine Frage gestellt, die Sie und David bisher ignoriert haben. Ich stelle Fragen aus einem bestimmten Grund. Ohne eine Antwort von Ihnen stockt der Prozess.
Entschuldigen Sie die späten Antworten, ich dachte, der Expertenaustausch würde mir eine E-Mail senden, wenn die Leute geantwortet haben, und das tat es nicht. Ich habe die Plattform noch nie benutzt. Ich freue mich sehr über Ihr Interesse an unserem Open-Source-Projekt. Vielen Dank.
@David HInkle - Oh Gott, das ist in keiner Weise ein Expertenaustausch. Diese Seite ist ein Gräuel. Sie können auch E-Mail-Benachrichtigungen aktivieren, diese sind jedoch standardmäßig deaktiviert. Stack-Exchange glaubt nicht daran, Leute zu spammen!
@David: Es ist falsch anzunehmen, dass Leute, nur weil sie bereit sind, bei der Beantwortung Ihrer Frage zu helfen, "an Ihrem Open-Source-Projekt interessiert" sind. Sie müssen einen Schritt zurücktreten und die unbedeutenden Auswirkungen Ihres kleinen Projekts auf das Universum und die Menschen hier erkennen. Bereit zu sein, zu helfen und zwei sehr unterschiedliche Dinge zu scheißen.
Ich habe nur versucht, meine Wertschätzung auszudrücken :) Vielen Dank für Ihre bisherige Hilfe. Ich wollte damit nicht sagen, dass es dich in irgendeiner Weise interessiert :)
Oooh Olin, ich mag dich!

Antworten (3)

Zwischen zwei getrennten Körpern besteht eine vage kapazitive Verbindung. Die Kapazität dieser Verbindung hängt von vielen Faktoren ab, darunter Oberfläche, Entfernung, Luftfeuchtigkeit, Mondphase, Teepreis in China usw. Es ist wirklich nicht möglich, die Kapazität auch nur innerhalb einer Größenordnung vorherzusagen wird an jedem beliebigen Tag sein.

Wenn andererseits zwei Personen P und Q die Schwerter X und Y halten, die sich nicht berühren, ist es sehr wahrscheinlich, dass der Kondensator PQ im Verhältnis zu PY und groß ist, da die Körper der Personen eine viel größere Oberfläche haben als ihre Schwerter QX, das relativ zu XY groß sein wird. Damit eine Wechselspannung an PX an QY erscheint, müsste Strom durch den kleinen Kondensator XY fließen, der sehr klein ist, und ein Teil dieses Stroms würde nutzlos durch den Kondensator QX zurückkehren. Berühren sich dagegen die Schwerter, müsste der Strom nur durch den viel größeren Kondensator PQ fließen.

Während man einige Experimente durchführen müsste, um die optimale Kopplung für Signalgeneratoren und Signalerkennungsschaltungen zu bestimmen (meine Empfehlung wäre wahrscheinlich, in jedem Anzug einen Einfrequenz-Sinuswellengenerator zusammen mit einigen LC-resonanten Tankkreisen zu verwenden). dass jeder Eingangskreis für seinen eigenen Generator blind und für den anderen maximal empfindlich wäre). Ich würde erwarten, dass bei sich berührenden Schwertern die Stärke des eingekoppelten Signals enorm höher wäre, als wenn sie es nicht sind.

Beachten Sie übrigens, dass höhere Frequenzen mit ziemlicher Sicherheit besser funktionieren als niedrigere Frequenzen. Wenn Sie jedoch zu hoch gehen (über etwa 100 kHz, glaube ich), müssen Sie sich Sorgen machen, als "absichtlicher Strahler" angesehen zu werden.

Vielen Dank, dass Sie einige der Theorien hinter dieser Situation besprochen haben. Haben Sie Empfehlungen, wie man die Sinuswelle erkennen kann?
Sie müssen experimentieren. Ich würde vorschlagen, dass Sie eine Schaltung mit einem ziemlich schmalen Bandpassfilter entwerfen, der Verstärker mit unterschiedlichen Verstärkungen ansteuert, die wiederum ADC-Kanäle speisen (z. B. wenn Sie einen 12-Bit-ADC haben, lassen Sie einen Kanal das Signal mit 5: 1 an den ADC speisen Verstärkung, eine zweite mit 500:1 und eine dritte mit 50.000:1). Lassen Sie die CPU blinken oder Geräusche machen, um anzuzeigen, welche Kanäle Signale sehen und welche gesättigt sind. Ein 12-Bit-ADC auf einem einzelnen Kanal hätte einen Dynamikbereich von 4000:1, aber mit drei Kanälen hätten Sie einen Bereich von 40.000.000:1.
Ich habe wirklich keine Ahnung, wie stark die Signale unter verschiedenen Umständen aufgenommen würden, und das Anschließen irgendeines Laborgeräts an das zu testende Gerät würde die Ergebnisse völlig verfälschen. Daher würde ein großer wählbarer Dynamikbereich die Wahrscheinlichkeit maximieren, der CPU etwas Nützliches zuzuführen.
@Philip: Ich würde gerne hören, was Sie sich einfallen lassen. Beim erneuten Lesen Ihrer ursprünglichen Frage ist mir eines nicht ganz klar: Wollten Sie Berührungen zwischen den beiden Schwertern, zwischen einem Schwert und dem Gegner oder zwischen einem Schwert und "irgendetwas", das nicht das andere Schwert ist, erkennen? Müssten Sie im letzteren Szenario unterscheiden, ob Sie "nur" das andere Schwert berühren oder etwas zusätzlich zum anderen Schwert berühren?
@supercat Sobald wir etwas zum Funktionieren gebracht haben, werden wir es irgendwo aufschreiben. Ich werde es auf jeden Fall hier verlinken. Was wir erkennen müssen; ja, das alles. Berührungen werden gewertet, wenn Ihre Spitze die Metallweste des Gegners trifft. Off-Targets zu allem anderen werden ebenfalls angekündigt. Aber wenn Ihr Tipp ihren Glockenschutz (Teil ihres Schwertes) trifft, muss es ohne Summer unterdrückt werden. Wir dachten, wir könnten verschiedene Frequenzen verwenden, um festzustellen, was wann auf was trifft. Diese Sache ohne gemeinsame Grundlage ist eine Hürde, aber wir werden etwas zusammenbekommen, selbst wenn wir die Kosten erhöhen und Zigbee oder so etwas machen müssen.
@Philip: Wenn Sie Kontakte zwischen dem Schwert eines Teilnehmers und dem Nicht-Schwert-Zeug des anderen Teilnehmers erkennen müssen, auch wenn Sie gleichzeitig das Schwert des anderen Teilnehmers berühren, müssen Sie meiner Meinung nach entweder unterschiedliche Frequenzen für die beiden Schwerter für die beiden verwenden Westen. Lassen Sie den Ausgang jedes "Schwertsenders" so verdrahten, dass er bei der Frequenz des anderen Senders als offener Stromkreis erscheint. Erkenne einen Westetreffer, indem du auf dem Schwert nach der Frequenz dieser Weste suchst. Erkenne einen "anderen" Treffer, indem du darauf achtest, dass sich die Impedanz des Schwertes ändert.

Bei dieser Frequenz und Entfernung erhalten Sie keine sich selbst ausbreitende Welle, die keinen Bezug zum Empfang benötigt. Ob Sie es mögen oder nicht, Sie werden nur ein Differenzsignal erkennen, und die Signalstärke und Impedanz dieses Signals hängt von der Impedanz der gesamten Schleife ab, einschließlich der "Masse" -Rückverbindung.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass Sie eine speziell verdrahtete Rückverbindung haben müssen. Jedes Signal kann den Körper als Referenz verwenden. Die beiden Körper haben eine gewisse Verbindung durch den Boden oder andere Teile der Umgebung. Der andere Pol jedes Signals wäre auf der Sendeseite am Schwert und auf der Empfangsseite am Mantel. Sie erhalten eine gewisse Kopplung, obwohl diese ziemlich hochohmig sein wird. Dies bedeutet, dass der Empfänger Rauschen aufnimmt. Sie müssen das Protokoll sorgfältig genug entwerfen, damit Rauschen nur sehr gering mit dem echten Signal verwechselt werden kann.

Ich bin eigentlich überrascht, dass Sie ohne absichtliche Rückverbindung bis zu 1,2 Vpp am Empfänger erhalten. Dies variiert in Abhängigkeit vom Bodenmaterial. Je leitfähiger, desto höher der Signalpegel. In jedem Fall müssen 1,2 Vss deutlich über dem Rauschen liegen, wo genau liegt also das Problem? Ein so starkes Signal sollte leicht zu erkennen sein, obwohl ich den Empfänger auf viel niedriger reagieren lassen würde, da es höchstwahrscheinlich in verschiedenen Situationen auftreten wird.

Vielen Dank für Ihre Kommentare. Wir wissen, wie man die Welle erkennt, wenn das Gelände gebunden ist. Wenn die Masse nicht verbunden ist, kann mein Oszilloskop (mit dem Empfänger geerdet) die Welle erkennen, aber meine Schaltung kann es nicht. Mein elektrotechnisches Verständnis ist nicht sehr ausgeprägt. (Ich bin Programmierer). Meine Annahme ist, dass, obwohl ich eine Spannungsschwankung habe, nur sehr wenig Kapazität vorhanden ist, um Strom zu führen, so dass die Spannung immer dann, wenn ich irgendeine Art von Last anlege, einfach auf Null geht. Ich weiß nicht, wie man eine Schaltung baut, die die eingehende Wellenform erkennen und verstärken kann.
1,2 Vpp bekommen wir nebeneinander auf den Schreibtisch gestellt. Wir werden es durch die gesamte Anlage probieren und es heute Abend testen, um zu sehen, ob es ausfällt. Wir sind auch nicht mit diesen Frequenzen verheiratet, wenn Sie das Gefühl haben, dass andere Frequenzen besser sind, können wir zu ihnen wechseln.
Es ist keine große Sache, wenn wir die Welle erkennen können, wenn sich die Geräte nicht wirklich berühren. Da die Schwerter einen Knopf haben, können wir das Schwert so manipulieren, dass es nur sendet, wenn der Knopf gedrückt wird, wenn es nicht möglich ist, basierend auf der Dämpfung eine Berührung oder keine Berührung zu erkennen. Wir möchten immer noch, dass das System so kurz wie möglich ist, wir möchten es nicht aus mehreren Metern Entfernung auf einer anderen Box aufnehmen können.

Du denkst falsch darüber nach. Sie betrachten dies als eine Form der Kommunikation durch Kontakt. Aber da Sie keinen geschlossenen Kreislauf haben, ist das nicht das, was Sie wollen. Es gibt mindestens zwei gute Möglichkeiten, dies zu tun – die gleichen zwei Möglichkeiten, wie berührungsaktivierte Lichter funktionieren.

Eine Möglichkeit besteht darin, etwas zu verwenden, das im Wesentlichen ein Kapazitätsmessgerät ist. Wenn Sie Kontakt herstellen, erhöht sich die Kapazität. Im Allgemeinen tun Sie dies, indem Sie einen Oszillator erstellen und die Sonde als Teil des kapazitiven Teils des Oszillators einbeziehen. Wenn die Sonde etwas berührt, erhöht sich die Kapazität und verlangsamt den Oszillator. Sie bemerken diesen plötzlichen Frequenzabfall. Sie können eine bestimmte Sache erkennen, indem Sie ihr eine große Kapazität zuweisen.

Der andere Weg ist, den anderen quasi als Antenne zu benutzen. In der zivilisierten Welt sind wir alle in das 60-Hz- oder 50-Hz-Brummen unserer elektrischen Leitungen getaucht. Ein menschlicher Körper gibt bei diesen niedrigen Frequenzen eine anständige Antenne ab. Wenn Ihre Sonde mit etwas in Kontakt kommt, das zu einem menschlichen Körper führt, erhöht sich der Pegel des in der Sonde erkannten 50-Hz- oder 60-Hz-Brummens. Sie bemerken diesen plötzlichen Anstieg des Brummens. (Beachten Sie, dass dies in einem Wald oder an Orten ohne Strom nicht funktioniert. Und es kann kein menschengroßes Objekt von einem anderen unterscheiden.)

Sie könnten tatsächlich gezielt ein „Summen“ in der Person hervorrufen und dieses Summen erkennen. Sie würden die Person im Wesentlichen als Ultrakurzstreckenantenne verwenden. Bleiben Sie unter 9 kHz und 1 mW.