Opticky izolovaná jednodrátová komunikácia: 4 kroky (s obrázkami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:06

Dobrý deň, na projekt akvária som potreboval dlhý elektrický vodič, ktorý by mohol:

• napájať zariadenie
• umožniť komunikáciu

Iné

• Prúd a napätie sú nízke
• Drôt je dlhý +/- 3 m
• Pomalé dátové prenosy
• Obojsmerná komunikácia, polovičný duplex
• Obmedzený priestor v zariadení
• Galvanická izolácia

Komunikácia prebieha medzi 2 zariadeniami. Zariadenie môže byť Arduino, Raspberry PI alebo iné zariadenie využívajúce digitálne piny.

Krok 1:

Niektoré senzory, ako napríklad DS18B20, používajú na napájanie a komunikáciu s iným zariadením 3 vodiče. V tomto projekte majú vodiče nasledujúce funkcie:

• +5V
• Zem
• Údaje (0 / +5V)

Po troche hľadania na internete som nenašiel niečo jednoduché, čo by sa dalo ľahko implementovať. Väčšina nastavení je založená na určitých čipoch a protokoloch s mnohými možnosťami, ktoré som nepotreboval. Aj keď som našiel niekoľko pekných príkladov, ktoré by sa dali prispôsobiť mojim potrebám, ako napríklad:

• NXP, AN2342, https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN23…. obrázok 5
• EmSa, https://www.esacademy.com, Môžem urobiť galvanické oddelenie svojej zbernice I2C?
• Vložené, https://www.embedded.com/print/4025023, obrázok 1

Aby som bol flexibilný, rozhodol som sa postaviť obvod, použiť štandardné / spoločné časti a naprogramovať jednoduchý protokol. Poznámka: Pretože je tento projekt použitý v inom projekte, vysvetlím stavbu obvodu a programovanie testovacieho programu. Nebojte sa to použiť vo svojom vlastnom projekte, musíte vytvoriť vhodný protokol pre svoje potreby.

Krok 2: Zoznam dielov

• Napájanie +5V
• Flexibilný elektrický vodič pre domácnosť s 3 vodičmi
• Perfoboard 5x7cm
• 2x odpor 470Ω
• 1x odpor 680Ω
• 2x rezistor 1kΩ
• 2x dióda (napr. 1N4148)
• 2x optočlen EL817
• Led
• Zásuvka konektora samica 2 kolíky
• Zásuvka konektora samica 3 kolíky
• Zásuvka konektora samica 4 kolíky
• Okrúhla zásuvka, 6 -kolíková
• 4 -kolíková zásuvková zásuvka

Potrebné sú aj niektoré nástroje: pinzeta, frézy, zverák, spájkovačka, knôt, stojan.

Ako spájkovať:

Uvedomte si bezpečnostné riziká a používajte osobné ochranné prostriedky.

Krok 3: Schéma

Vysvetlenie schémy:

Vzhľadom na obmedzený priestor je pravá strana schémy umiestnená v zariadení so zariadením 2. Ľavá strana schémy je hromadná a je ovládaná zariadením 1. Medzi ľavou a pravou stranou je dátový vodič.

• Digitálny „OUT“na pravej strane je chránený diódou.
• Optočlen „OUT“je chránený diódou.
• Na obmedzenie prúdu je odpor pred pinom 1 optočlenov „IN“a „OUT“
• Pin 2 optočlenov je spojený so zemou
• Vysielač pin 3 je uzemnený odporom
• Kolektor Pin 4 je napájaný

Na zobrazenie prenosu údajov je k dátovej linke pripojená kontrolka LED. Hodnota odporu závisí od LED a požadovaného jasu. Varovanie: Ak je hodnota odporu príliš nízka, príliš veľký prúd spálí kolík zo zariadenia 2 alebo optočlen „IN“nebude správne napájaný.

Pozri tabuľku:

• Ak je „OUT1“alebo „OUT2“„VYSOKÝ“, dátový riadok bude +5V.
• Ak je „OUT1“alebo „OUT2“„NÍZKY“, dátový riadok bude 0V.
• Na pine „IN1“alebo IN2”je možné načítať hodnotu dátového riadku.

Pri Fritzingu sa určuje rozloženie častí na perfoboarde. Diódy a odpory sú umiestnené zvisle, pozri žltú, oranžovú a červenú čiaru. Modré čiary sú vodičmi pod perfoboardom.

Krok 4: Programovanie

Ak chcete otestovať, či obvod funguje, môžete použiť priložené programy.

Zariadenie 1 je hlavné a malo by byť napájané ako posledné. Pošle určitú sekvenciu bitov. Najprv 8 štartovacích bitov, 1 stopbit a potom sekvencia „zapnuté“a „vypnuté“.

Zariadenie 2 je podriadené a malo by byť najskôr napájané. Program začne čítať údajovú čiaru. Keď je načítaných 8 štartovacích bitov. Program začne zaznamenávať bity. Keď je zaznamenaných 8 bitov, program vráti bity.

Počas výmeny údajov je možné monitorovať bity „zapnuté“a „vypnuté“pomocou blikajúcich diód a LED (pin13) na zariadeniach.

Keď je vaše spájkovanie v poriadku a programy sú načítané, uvidíte blikanie LED diód podobne ako LED vo videu.

(Aby sa zabránilo skratovaniu obvodu, holé kovové vodiče môžu byť potiahnuté epoxidom)