Οπτική απομονωμένη επικοινωνία ενιαίου καλωδίου: 4 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Γεια σας, για ένα έργο ενυδρείου χρειάστηκα ένα μακρύ ηλεκτρικό καλώδιο που θα μπορούσε:

• τροφοδοτήστε τη συσκευή
• επιτρέπουν την επικοινωνία

Αλλα

• Το ρεύμα και οι τάσεις είναι χαμηλές
• Το καλώδιο έχει μήκος +/- 3m
• Αργή μεταφορά δεδομένων
• Αμφίδρομη επικοινωνία, μισή αμφίδρομη
• Περιορισμένος χώρος στη συσκευή
• Γαλβανική απομόνωση

Η επικοινωνία γίνεται μεταξύ 2 συσκευών. Η συσκευή μπορεί να είναι Arduino, Raspberry PI ή άλλη συσκευή χρησιμοποιώντας τις ψηφιακές ακίδες.

Βήμα 1:

Ορισμένοι αισθητήρες, όπως ο DS18B20, χρησιμοποιούν 3 καλώδια για να τροφοδοτούν και να επικοινωνούν με άλλη συσκευή. Σε αυτό το έργο τα καλώδια έχουν τις ακόλουθες λειτουργίες:

• +5V
• Εδαφος
• Δεδομένα (0 / +5V)

Μετά από κάποια αναζήτηση στο διαδίκτυο δεν βρήκα κάτι απλό που θα μπορούσε εύκολα να εφαρμοστεί. Οι περισσότερες ρυθμίσεις βασίζονται σε συγκεκριμένα τσιπ και πρωτόκολλα με πολλές επιλογές που δεν χρειαζόμουν. Αν και βρήκα μερικά ωραία παραδείγματα που θα μπορούσαν να προσαρμοστούν στις ανάγκες μου, όπως:

• NXP, AN2342, https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN23…. σχήμα 5
• EmSa, https://www.esacademy.com, Μπορώ να κάνω γαλβανική αποσύνδεση του λεωφορείου I2C μου;
• Ενσωματωμένο, https://www.embedded.com/print/4025023, εικόνα 1

Για να είμαι ευέλικτος αποφάσισα να δημιουργήσω ένα κύκλωμα, να χρησιμοποιήσω τυπικά / κοινά μέρη, να προγραμματίσω ένα απλό πρωτόκολλο. Σημείωση: Επειδή αυτό το έργο χρησιμοποιείται σε άλλο έργο, θα εξηγήσω την κατασκευή του κυκλώματος και τον προγραμματισμό του δοκιμαστικού προγράμματος. Μη διστάσετε να το χρησιμοποιήσετε για το δικό σας έργο, πρέπει να δημιουργήσετε ένα κατάλληλο πρωτόκολλο για τις ανάγκες σας.

Βήμα 2: Λίστα μερών

• Τροφοδοσία +5V
• Ευέλικτο οικιακό ηλεκτρικό καλώδιο με 3 αγωγούς
• Perfoboard 5x7cm
• 2x Αντίσταση 470Ω
• 1x Αντίσταση 680Ω
• 2x Αντίσταση 1kΩ
• 2x Δίοδος (π.χ. 1N4148)
• 2x Optocoupler EL817
• Led
• Κεφαλίδα καρφίτσα θηλυκό 2 ακίδων
• Κεφαλίδα καρφίτσα θηλυκό 3 ακίδων
• Κεφαλίδα καρφίτσα θηλυκό 4 ακίδων
• Γυναικεία στρογγυλή κεφαλίδα 6 ακίδων
• Γυναικεία στρογγυλή κεφαλίδα 4 ακίδων

Επίσης χρειάζονται κάποια εργαλεία: τσιμπιδάκια, κόφτες, μέγγενη, κολλητήρι, φυτίλι, βάση.

Πώς να κολλήσετε:

Να γνωρίζετε τους κινδύνους για την ασφάλεια και να χρησιμοποιείτε ατομικό προστατευτικό εξοπλισμό.

Βήμα 3: Σχηματικό

Επεξήγηση του σχηματικού:

Λόγω του περιορισμένου χώρου, η δεξιά πλευρά του σχήματος βρίσκεται στο μηχάνημα με τη συσκευή 2. Η αριστερή πλευρά του σχηματικού είναι το μεγαλύτερο μέρος και λειτουργεί με τη συσκευή 1. Μεταξύ της αριστερής και της δεξιάς πλευράς ο αγωγός δεδομένων.

• Το ψηφιακό "OUT" στη δεξιά πλευρά προστατεύεται από μια δίοδο.
• Το οπτικό ζεύγος "OUT" προστατεύεται από μια δίοδο.
• Για να περιορίσετε το ρεύμα μια αντίσταση βρίσκεται μπροστά από τον πείρο 1 των οπτικών ζευγών "IN" και "OUT"
• Ο πείρος 2 των οπτικών ζεύξεων συνδέεται με τη γείωση
• Ο ακροδέκτης ακίδων 3 είναι γειωμένος με αντίσταση
• Ο συλλέκτης Pin 4 τροφοδοτείται με ρεύμα

Για να απεικονίσετε τη μεταφορά δεδομένων, ένα led συνδέεται στη γραμμή δεδομένων. Η τιμή της αντίστασης εξαρτάται από το led και την επιθυμητή φωτεινότητα. Προειδοποίηση: Εάν η τιμή της αντίστασης είναι πολύ χαμηλή, πολύ ρεύμα θα καεί από τον πείρο της συσκευής 2 ή το οπτικό ζεύγος "IN" δεν θα οδηγηθεί σωστά.

Δείτε τον πίνακα:

• Εάν το "OUT1" ή "OUT2" είναι "Υ HIGHΗΛΟ", η γραμμή δεδομένων θα είναι +5V.
• Εάν το "OUT1" ή "OUT2" είναι "LOW", η γραμμή δεδομένων θα είναι 0V.
• Στο pin "IN1" ή IN2 "μπορεί να διαβαστεί η τιμή της γραμμής Δεδομένων.

Στο Fritzing καθορίζεται η διάταξη των τμημάτων στο perfoboard. Οι δίοδοι και οι αντιστάσεις τοποθετούνται κάθετα, βλέπε τις κίτρινες, πορτοκαλί και κόκκινες γραμμές. Οι μπλε γραμμές είναι οι αγωγοί κάτω από το διάτρητο.

Βήμα 4: Προγραμματισμός

Για να ελέγξετε εάν το κύκλωμα λειτουργεί, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τα συνημμένα προγράμματα.

Η συσκευή 1 είναι η κύρια και πρέπει να τροφοδοτείται τελευταία. Θα στείλει μια συγκεκριμένη ακολουθία δυαδικών ψηφίων. Στην αρχή 8 εκκινήσεις, 1 stopbit και στη συνέχεια μια ακολουθία "on" και "off".

Η συσκευή 2 είναι υποτελής και πρέπει να τροφοδοτηθεί πρώτα. Το πρόγραμμα θα αρχίσει να διαβάζει τη χρονολογική σειρά. Όταν διαβάζονται 8 ενάρξεις. Το πρόγραμμα θα ξεκινήσει να καταγράφει τα bit. Όταν καταγράφονται 8 bits, το πρόγραμμα θα επιστρέψει τα bits.

Κατά τη διάρκεια της μεταφοράς δεδομένων, τα bits "on" και "off" μπορούν να παρακολουθούνται από το led που αναβοσβήνει και τα led (pin13) στις συσκευές.

Όταν η συγκόλλησή σας είναι εντάξει και τα προγράμματα φορτώνονται, τότε θα δείτε να αναβοσβήνουν τα led παρόμοια με τα led στο βίντεο.

(Για την αποφυγή βραχυκυκλώματος του κυκλώματος, οι γυμνοί μεταλλικοί αγωγοί μπορούν να επικαλυφθούν με εποξειδικό)