Übertragung eines 5-V-Signals über ein langes Kabel

Ein empfohlener Ansatz wäre die Verwendung eines Optokopplers gefolgt von einem Komparator (z. B. LM339 ) oder besser einem integrierten Teil wie dem Fairchild Semi FODM8071 Logikgatter-Ausgangs - Optokoppler .

Der Grund, warum der Optokoppler empfohlen wird :

Es besteht wahrscheinlich eine Massepotentialdifferenz über ein 50-Meter-Kabel sowie die Möglichkeit, dass EMI über das lange Kabel aufgenommen wird. Der Optokoppler eliminiert alle Bedenken hinsichtlich Masseschleifen/Potenzialabweichungen sowie jegliche Notwendigkeit, die Versorgungsspannung des Sensors genau an die des Mikrocontrollers anzupassen.

Die Verwendung des Opto ermöglicht die Verwendung einer höheren Spannung für die Sensorschaltung, wodurch die EMI-Rauschempfindlichkeit verringert wird.

Ein zusätzlicher Vorteil des oben vorgeschlagenen spezifischen Fairchild-Teils ist seine hohe Störfestigkeit. Dies führt zu einer stabileren Signalerfassung, was angesichts der beteiligten Entfernungen wichtig ist.

FODM8071 ist ein 5-poliges bedrahtetes SMT-Bauteil, daher ist seine Verwendung im Wesentlichen so, als müssten Sie keine zusätzliche Schaltung bauen – Sie könnten das Bauteil und seine wenigen unterstützenden diskreten Komponenten im Deadbug-Stil verdrahten , wenn Sie möchten, oder sie auf einem Prototyp zusammensetzen -Leiterplatte.

Die Übertragung von 10 Hz über 50 m ist kein schwieriges Problem, daher gibt es zahlreiche Möglichkeiten, dies zu tun. Für eine Lösung, die fast so einfach ist wie die, die Sie zuvor hatten, würde ich eine einfache Zenerschaltung vorschlagen.

Wie zuvor würden Sie Ihren Sensor einfach mit einer Spannung über 5 V versorgen. Sagen Sie 6 - 12 V, und lassen Sie diese Begrenzungsschaltung die Spannung auf ein Niveau reduzieren, das mit Ihrer nachgeschalteten Schaltung kompatibel ist. Sie müssen den Wert von R1 abhängig vom maximalen (oder gewünschten) Ausgangsstrom Ihrer Sensorschaltung und der von Ihnen gewählten Sensorspannung anpassen. Die Kosten können sehr nahe an der 7805-Lösung liegen, je nachdem, welchen Zener Sie wählen.

Wie der in einer anderen Antwort vorgeschlagene Optokoppler bietet dies Schutz vor im Kabel induzierten Hochspannungstransienten, da die Zenerdioden diese Transienten gegen Masse ableiten können. Die Optokopplerschaltung kann Masseschleifen zwischen dem sendenden und dem empfangenden System unterbrechen, aber wenn Ihre 7805-Lösung funktioniert, sollte der Zener genauso gut funktionieren.

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Wenn Sie bereit sind, etwas mehr Arbeit zu leisten, können Sie diese Schaltung verbessern, indem Sie sie etwas aufwändiger gestalten:

Die hinzugefügte Schottky-Diode schützt Ihre nachgeschaltete Schaltung vor negativen Transienten. Der Zener hätte dies getan, hätte aber nur begrenzte Transienten auf etwa -0,7 V gehabt. Der Schottky begrenzt sie auf -0,3 oder -0,2 V, was für das nachgeschaltete Gerät viel sicherer ist, wenn es sich um ein typisches Logikgatter handelt.

Der hinzugefügte 4,7-uF-Kondensator hilft, das Rauschen zu reduzieren, wenn der Eingang niedrig ist.

Schließlich habe ich die Zenerspannung nach unten angepasst, um sicherzustellen, dass der Ausgang für ein 5-V-Logikgatter sicher ist, wobei sogar eine gewisse Drift der Zenerspannung berücksichtigt wird, und R1 erhöht, um den zum Ansteuern des Eingangs erforderlichen Strom zu reduzieren.

All diese Dinge müssen an die Details Ihres Sensors und nachgeschalteten Schaltkreises angepasst werden.

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Ein wichtiger Punkt, über den ich über Nacht nachdenken musste, bevor ich ihn sah:

Angenommen, Ihr 50-m-Kabel enthält eine Signalleitung und eine Masseleitung (oder Rückleitung), schützt ein Optokoppler vor Gleichtakttransienten (d. h. wenn sowohl die Signal- als auch die Masseleitung zusammen die Spannung relativ zur Masse des Empfangskreises ändern). während die Zenerschaltung vor differentiellen Transienten schützt, wenn sich die Spannung der Signalleitung relativ zur Erdleitung ändert.

Wenn ein Blitzeinschlag in der Nähe dazu führt, dass die Masse- und Signalleitung zusammen für eine Millisekunde auf 100 V springen, benötigen Sie die Optokopplerschaltung, um Ihren Empfänger vor Schäden zu schützen.

Aber wenn ein Motor in der Nähe einschaltet und die Signalleitung auf 30 V über der Masseleitung springt, benötigen Sie die Zenerschaltung, um Ihren Optokoppler vor Überlastung zu schützen.

Welches dieser Szenarien wahrscheinlicher ist, hängt natürlich von der Art des Kabels und seiner Umgebung ab. Wenn Sie Allzweck-Steuerkabel verwenden, ist jedes Szenario realistisch. Wenn Sie ein Koaxialkabel verwenden, sind Gleichtakttransienten wahrscheinlicher, aber Sie sollten auch die Möglichkeit von ESD-Schäden aufgrund der Handhabung berücksichtigen, wenn das Kabel nicht am Empfänger angeschlossen ist, und auch die Auswirkung, wenn das Kabel anfänglich aufgeladen wird wenn es an den Empfänger angeschlossen ist.