Wird es irgendwelche Auswirkungen auf ein Signal in einer langen Leitung geben?

Ich benötige eine große Kabellänge von meinem Mikrocontroller-Analogeingang zu einem LDR oder einem ähnlichen Sensor. Die Länge des Kabels beträgt wahrscheinlich etwa 100 m. Hat dies also Auswirkungen auf das Lesen des ADC? Kann ich die Auswirkungen irgendwie reduzieren?

Der Standardansatz wäre, einen weiteren Mikrocontroller neben den Sensor zu stellen und ihn die Daten kommunizieren zu lassen.
@starblue: du meinst einen Pufferverstärker?
@endolith - ich denke, starblue bedeutet, führen Sie die ADC-Konvertierung vor Ort durch und verknüpfen Sie digitale Daten über die 100 m lange Leitung zurück.

Antworten (5)

Ja, normalerweise würden Sie einen Sensor nicht 100 Meter vom ADC entfernt platzieren.

Warum? Da diese Drahtlänge aufgrund des Widerstands des Kupferdrahts einen Spannungsabfall erfährt, würde eine schnelle Schätzung zur Veranschaulichung bei Verwendung von 24 AWG ( Drahtstärkediagramm ) der Widerstand bei etwa 8 Ohm liegen.

Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz und sagen Sie 10 mA Strom (meine Vermutung, kleiner Signalpegel), was einem Abfall von etwa 0,1 Volt entsprechen würde.

V = I * R
voltage drop = 10mA times 8 ohms
V = 0.010 * 8 = 0.08
or approximately 0.1 V. 

Wenn es sich um ein 5-V-Signal handelt, sind das 2%, genug, um die Genauigkeit zu verlieren.

Normalerweise können Sie ein paar Dinge tun, damit ein Signal zuverlässig über eine größere Entfernung übertragen wird und Interferenzen sowie dem Leitungswiderstand standhalten.

Die erste besteht darin, die Spannung zu erhöhen, z. B. ein 24-Volt-Signal anstelle von 5 V (oder 3,3 V) zu verwenden oder was auch immer die Grenze Ihres ADC-Eingangs ist. Dies kann nützlich sein und ist das, was das serielle Protokoll RS-232 (EIA-232) tut, um die Zuverlässigkeit der Kommunikation über eine Entfernung zu verbessern.

Die zweite besteht darin, eine Stromschleife zu verwenden , bei der die Informationen als Stromdifferenzen codiert werden, sodass der LDR-Wert in der Nähe des Sensors codiert wird und die Stromschleife die 100-Meter-Distanz überspannt. Dies würde einen Stromschleifen-Transceiver an jedem Ende der Entfernung erfordern, und mindestens ein Ende der Schleife sollte eine robuste Stromversorgung haben, um die notwendige Energie für die Schleife bereitzustellen.

Eine dritte Möglichkeit wäre die Verwendung eines Differenzsignals , bei dem zwei Drähte ( symmetrische Übertragungsleitungen) zwischen dem LDR-Sensor und dem ADC liegen. Die Differenz zwischen den beiden Werten ist das eigentliche Signal . Dieser hat eine sehr gute Gleichtaktstörungsunterdrückung (Filterung). Beispiele sind RS-422 und die meisten Ethernet-Modi. Es gibt Leitungstreiber-ICs für RS-422, ähnlich dem beliebten MAX232-Transceiver/Treiber für die serielle RS-232-Kommunikation.

Es wird wahrscheinlich Störungen aufnehmen. Vielleicht können Sie das gleiche Schaltungsdesign wie ein Mikrofon verwenden, mit den beiden LDR-Drähten in einem abgeschirmten Kabel und gleichen Lasten und einem Diff-Amp am anderen Ende.

Da Sie zu einem ADC gehen, vermute ich, dass sich Ihr LDR-Signal im Verhältnis zu der Zeit, die ein Signal benötigt, um 100 m (500 ns) zurückzulegen, langsam ändert, sodass Sie sich keine Gedanken über Übertragungsleitungseffekte machen müssen .

Der Widerstand des Kabels wird es wahrscheinlich auch nicht beeinflussen, wenn der Widerstand des Sensors in Kiloohm liegt. Das Kabel selbst könnte 50 Ohm oder so haben.

Wenn sich Ihr LDR-Signal relativ zur Störung langsam ändert, könnte der Diff-Amp übertrieben sein und Sie könnten die Störung einfach mit einem Tiefpassfilter herausfiltern.

@ Der Widerstand einer Leitung ist nicht gleich ihrem Wellenwiderstand!
@stevenh Wo habe ich den Wellenwiderstand erwähnt?
es tut mir leid. Macht der Gewohnheit, fürchte ich. 50 Ohm in Verbindung mit Draht / Kabel löst das Flag aus :-/

Ihr 100 m langes Kabel fungiert als eine große Antenne und nimmt alle Arten von EMI (elektromagnetische Interferenz) auf. Sie könnten ein abgeschirmtes Kabel verwenden, wie Endolith vorschlägt, oder ein anständiges Twisted Pair (anständig = genug Drehungen pro Meter).
Eine niedrigere Impedanz am Ende des Kabels reduziert auch EMI, aber je niedriger diese Impedanz, desto mehr kommt der Widerstand des Kabels ins Spiel. Möglicherweise müssen Sie Ihren ADC-Wert für den Verlust anpassen.

Dies wäre eine ideale Anwendung für einen AT-Tiny, der ein 8-Pin-AVR ist. Flashen Sie den Tiny, um einfach die ADC-Konvertierung in einer Schleife durchzuführen, und übertragen Sie Ihre Informationen über die 100 m lange Leitung, indem Sie das digitalisierte Signal mit Bit-Banging versehen. Da sich das Signal nur sehr langsam ändert, könnten Sie beispielsweise einmal pro Sekunde einzelne Bytes mit einer niedrigen Baudrate (z. B. 2400 bps) zurücksenden. Wenn Sie das Signal als analoges Signal über 100 m Kabel zurückführen, sammeln Sie leicht eine Menge unerwünschtes Rauschen, gegen das ein digitales Signal immun sein sollte.

Wenn Sie keinen AVR gemäß JustJefs Vorschlag programmieren möchten, können Sie einen Eindraht-Analog-Digital-Wandler wie den DS2450 von Maxim ausprobieren. Dies ist ein Quad-ADC. Es sollte in der Lage sein, Daten bis zu 500 m zu senden, wenn Sie deren Richtlinien befolgen. (Ich konnte problemlos einen DS18B20-Temperatursensor in 30 m Entfernung mit einem einfachen Alarmkabel zum Laufen bringen).