Optisch geïsoleerde communicatie met één draad - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Hallo, voor een aquariumproject had ik een lange elektrische draad nodig die:

• stroom leveren aan apparaat
• communicatie toestaan

Ander

• Stroom en spanning zijn laag
• Draad is +/- 3m lang
• Trage gegevensoverdracht
• Bidirectionele communicatie, half duplex
• Beperkte ruimte in apparaat
• Galvanische isolatie

De communicatie is tussen 2 apparaten. Het apparaat kan een Arduino, Raspberry PI of ander apparaat zijn dat de digitale pinnen gebruikt.

Stap 1:

Sommige sensoren, zoals de DS18B20, gebruiken 3 draden om stroom te leveren en te communiceren met een ander apparaat. In dit project hebben de draden de volgende functies:

• +5V
• Grond
• Gegevens (0 / +5V)

Na wat zoeken op het net kon ik niets eenvoudigs vinden dat gemakkelijk kon worden geïmplementeerd. De meeste setups zijn gebaseerd op bepaalde chips en protocollen met veel opties die ik niet nodig had. Hoewel ik enkele mooie voorbeelden vond die aan mijn behoeften konden worden aangepast, zoals:

• NXP, AN2342, https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN23…. figuur 5
• EmSa, https://www.esacademy.com, Kan ik mijn I2C-bus galvanisch ontkoppelen?
• Ingebed, https://www.embedded.com/print/4025023, figuur 1

Om flexibel te zijn besloot ik een circuit te bouwen, standaard / gemeenschappelijke delen te gebruiken, een eenvoudig protocol te programmeren. Opmerking: Omdat dit project in een ander project wordt gebruikt, zal ik de bouw van het circuit en de programmering van het testprogramma uitleggen. Voel je vrij om dit voor je eigen project te gebruiken, je moet een geschikt protocol maken voor je behoeften.

Stap 2: Onderdelenlijst

• Voeding +5V
• Flexibele huishoudstroomdraad met 3 geleiders
• Perfobord 5x7cm
• 2x Weerstand 470Ω
• 1x Weerstand 680Ω
• 2x Weerstand 1kΩ
• 2x Diode (bijv. 1N4148)
• 2x Optocoupler EL817
• LED
• Pin header vrouwelijk 2 pins
• Pin header vrouwelijk 3 pins
• Pin header vrouwelijk 4 pins
• Ronde kop vrouwelijk 6 pins
• Ronde kop vrouwelijk 4 pins

Er zijn ook enkele gereedschappen nodig: pincet, snijders, bankschroef, soldeerbout, lont, standaard.

Hoe te solderen:

Wees je bewust van de veiligheidsrisico's en gebruik persoonlijke beschermingsmiddelen.

Stap 3: Schematisch:

Uitleg van het schema:

Vanwege de beperkte ruimte is de rechterkant van het schema in de machine ondergebracht met apparaat 2. De linkerkant van het schema is de bulk en wordt bediend door apparaat 1. Tussen de linker- en rechterkant de datageleider.

• De digitale "OUT" aan de rechterkant wordt beschermd door een diode.
• De optocoupler “OUT” wordt beschermd door een diode.
• Om de stroom te beperken zit er een weerstand voor pin 1 van optocouplers “IN” en “OUT”
• Pin 2 van optocouplers is verbonden met aarde
• Pin 3 emitter is geaard met een weerstand
• Pin 4 collector wordt van stroom voorzien

Om de dataoverdracht te visualiseren is er een led aangesloten op de datalijn. De weerstandswaarde is afhankelijk van de led en de gewenste helderheid. Waarschuwing: Als de weerstandswaarde te laag is, zal te veel stroom de pin uit apparaat 2 doorbranden of zal de optocoupler "IN" niet correct worden aangestuurd.

Zie tafel:

• Als "OUT1" of "OUT2" "HIGH" is, is de datalijn +5V.
• Als "OUT1" of "OUT2" "LOW" is, is de datalijn 0V.
• Op pin “IN1” of IN2” kan de waarde van de datalijn worden uitgelezen.

Bij Fritzing wordt de indeling van de onderdelen op het perfoboard bepaald. De diodes en weerstanden zijn verticaal gepositioneerd, zie de gele, oranje en rode lijnen. De blauwe lijnen zijn de geleiders onder het perfoboard.

Stap 4: Programmeren

Om te testen of het circuit werkt, kunt u de bijgevoegde programma's gebruiken.

Apparaat 1 is de master en moet als laatste worden gevoed. Het zal een bepaalde reeks bits verzenden. Eerst 8 startbits, 1 stopbit en dan een reeks “aan” en “uit”.

Apparaat 2 is de slave en moet als eerste worden gevoed. Het programma begint de datalijn te lezen. Wanneer 8 startbits worden gelezen. Het programma begint de bits op te nemen. Als er 8 bits zijn opgenomen, geeft het programma de bits terug.

Tijdens de dataswap kunnen de “on” en “off” bits worden gecontroleerd door de knipperende led en de leds (pin13) op de apparaten.

Als je solderen in orde is en de programma's zijn geladen, dan zie je het knipperen van de leds vergelijkbaar met de led in de video.

(Om kortsluiting van het circuit te voorkomen, kunnen de blanke metalen geleiders worden gecoat met epoxy)