Optisk isolerad enkel trådskommunikation: 4 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Hej, för ett akvarieprojekt behövde jag en lång elektrisk kabel som kunde:

• mata ström till enheten
• tillåta kommunikation

Övrig

• Ström och spänningar är låga
• Tråden är +/- 3m lång
• Långsam dataöverföring
• Dubbelriktad kommunikation, halv duplex
• Begränsat utrymme i enheten
• Galvanisk isolering

Kommunikationen sker mellan 2 enheter. Enheten kan vara en Arduino, Raspberry PI eller annan enhet med de digitala stiften.

Steg 1:

Vissa sensorer, som DS18B20, använder tre ledningar för att leverera ström och kommunicera med en annan enhet. I detta projekt har ledningarna följande funktioner:

• +5V
• Jord
• Data (0 / +5V)

Efter lite sökning på nätet kunde jag inte hitta något enkelt som enkelt kunde implementeras. De flesta inställningar är baserade på vissa marker och protokoll med många alternativ som jag inte behövde. Även om jag hittade några fina exempel som kunde anpassas till mina behov som:

• NXP, AN2342, https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN23…. figur 5
• EmSa, https://www.esacademy.com, Kan jag göra galvanisk avkoppling av min I2C -buss?
• Inbäddad, https://www.embedded.com/print/4025023, figur 1

För att vara flexibel bestämde jag mig för att bygga en krets, använda standard / vanliga delar, programmera ett enkelt protokoll. Obs: Eftersom detta projekt används i ett annat projekt kommer jag att förklara kretsens uppbyggnad och programmeringen av testprogrammet. Använd det här för ditt eget projekt, du måste skapa ett lämpligt protokoll för dina behov.

Steg 2: Dellista

• Strömförsörjning +5V
• Flexibel hushållstråd med 3 ledare
• Perfoboard 5x7cm
• 2x motstånd 470Ω
• 1x motstånd 680Ω
• 2x motstånd 1kΩ
• 2x diod (t.ex. 1N4148)
• 2x Optokopplare EL817
• Led
• Pin header hona 2 pin
• Pin header hona 3 pin
• Pin header hona 4 pin
• Round header female 6 pin
• Rund header hona 4 stift

Några verktyg behövs också: pincett, skärare, skruvstycke, lödkolv, veke, stativ.

Hur man löder:

Var medveten om säkerhetsriskerna och använd personlig skyddsutrustning.

Steg 3: Schematisk

Förklaring av schemat:

På grund av det begränsade utrymmet är den högra sidan av schemat inrymd i maskinen med anordning 2. Den vänstra sidan av schemat är bulk och manövreras av anordning 1. Mellan vänster och höger sida dataledaren.

• Den digitala "OUT" på höger sida är skyddad av en diod.
• Optokopplaren “OUT” skyddas av en diod.
• För att begränsa strömmen finns ett motstånd framför stift 1 på optokopplarna "IN" och "OUT"
• Pin 2 på optokopplare är ansluten till jord
• Pin 3 -emitter är jordad med ett motstånd
• Pin 4 -samlare levereras med ström

För att visualisera dataöverföring är en LED ansluten till datalinjen. Motståndsvärdet beror på lysdioden och önskad ljusstyrka. Varning: Om motståndsvärdet är för lågt kommer för mycket ström att bränna ut stiftet från enhet 2 eller så kommer inte optokopplaren "IN" att drivas korrekt.

Se bordet:

• Om “OUT1” eller “OUT2” är “HIGH” är dataraden +5V.
• Om "OUT1" eller "OUT2" är "LÅG" är dataraden 0V.
• Med stift”IN1” eller IN2”kan värdet på dataraden läsas.

I Fritzing bestäms layouten på delarna på perfoboardet. Dioderna och motstånden är placerade vertikalt, se de gula, orange och röda linjerna. De blå linjerna är ledarna under perfoboardet.

Steg 4: Programmering

För att testa om kretsen fungerar kan du använda de bifogade programmen.

Enhet 1 är master och bör drivas sist. Det kommer att sända en viss sekvens av bitar. Först 8 startbits, 1 stoppbit och sedan en sekvens "på" och "av".

Enhet 2 är slaven och bör drivas först. Programmet börjar läsa datalinjen. När 8 startbitar läses. Programmet börjar spela in bitarna. När 8 bitar har spelats in kommer programmet att returnera bitarna.

Under dataväxlingen kan "på" och "av" bitarna övervakas av den blinkande lysdioden och lysdioderna (pin13) på enheterna.

När din lödning är ok och programmen laddas, kommer du att se blinkande av lysdioderna som liknar lysdioden i videon.

(För att undvika kortslutning kan kretskortsledarna beläggas med epoxi)