Optyczna izolowana komunikacja jednoprzewodowa: 4 kroki (ze zdjęciami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

Witam, do projektu akwarium potrzebowałem długiego przewodu elektrycznego, który mógłby:

• zasilanie urządzenia;
• zezwól na komunikację

Inne

• Prąd i napięcia są niskie
• Drut ma długość +/- 3m
• Wolne transfery danych
• Komunikacja dwukierunkowa, półdupleks
• Ograniczona przestrzeń w urządzeniu
• Izolacja galwaniczna

Komunikacja odbywa się między 2 urządzeniami. Urządzeniem może być Arduino, Raspberry PI lub inne urządzenie wykorzystujące piny cyfrowe.

Krok 1:

Niektóre czujniki, takie jak DS18B20, wykorzystują 3 przewody do zasilania i komunikacji z innym urządzeniem. W tym projekcie przewody pełnią następujące funkcje:

• +5V
• Grunt
• Dane (0 / +5V)

Po kilku poszukiwaniach w sieci nie mogłem znaleźć czegoś prostego, co można by łatwo zaimplementować. Większość konfiguracji opiera się na określonych układach i protokołach z wieloma opcjami, których nie potrzebowałem. Chociaż znalazłem kilka fajnych przykładów, które można dostosować do moich potrzeb, takich jak:

• NXP, AN2342, https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN23…. rysunek 5
• EmSa, https://www.esacademy.com, Czy mogę odsprzęgnąć galwanicznie moją magistralę I2C?
• Wbudowany, https://www.embedded.com/print/4025023, rysunek 1

Aby być elastycznym postanowiłem zbudować obwód, użyć standardowych/wspólnych części, zaprogramować prosty protokół. Uwaga: Ponieważ ten projekt jest używany w innym projekcie, wyjaśnię budowę obwodu i programowanie programu testowego. Zapraszam do wykorzystania tego do własnego projektu, musisz stworzyć odpowiedni protokół dla swoich potrzeb.

Krok 2: Lista części

• Zasilanie +5V
• Elastyczny przewód elektryczny do użytku domowego z 3 przewodami
• Płyta perforowana 5x7cm
• 2x rezystor 470Ω
• 1x rezystor 680Ω
• 2x rezystor 1kΩ
• 2x dioda (np. 1N4148)
• 2x transoptor EL817
• Prowadzony
• Gniazdo żeńskie 2 pinowe
• Nagłówek pinowy żeński 3 pin
• Złącze żeńskie 4 pinowe
• Okrągłe gniazdo żeńskie 6 pinów
• Okrągłe gniazdo żeńskie 4 pin

Potrzebne są również narzędzia: pęseta, nożyce, imadło, lutownica, knot, podstawka.

Jak lutować:

Bądź świadomy zagrożeń bezpieczeństwa i używaj środków ochrony osobistej.

Krok 3: Schemat

Wyjaśnienie schematu:

Ze względu na ograniczoną przestrzeń, prawa strona schematu jest umieszczona w maszynie z urządzeniem 2. Lewa strona schematu stanowi całość i jest obsługiwana przez urządzenie 1. Pomiędzy lewą i prawą stroną przewód danych.

• Cyfrowe „OUT” po prawej stronie chronione jest diodą.
• Transoptor „OUT” jest chroniony diodą.
• Aby ograniczyć prąd, rezystor znajduje się przed pinem 1 transoptorów „IN” i „OUT”
• Pin 2 transoptorów jest podłączony do masy
• Emiter pin 3 jest uziemiony rezystorem
• Kolektor pin 4 jest zasilany

Aby zwizualizować transfer danych, do linii danych podłączona jest dioda LED. Wartość rezystora zależy od diody LED i pożądanej jasności. Ostrzeżenie: Jeśli wartość rezystora jest zbyt niska, zbyt duży prąd wypali pin z urządzenia 2 lub transoptor „IN” nie będzie prawidłowo wysterowany.

Zobacz tabelę:

• Jeśli „OUT1” lub „OUT2” jest „HIGH”, linia danych będzie miała +5V.
• Jeśli „OUT1” lub „OUT2” jest „LOW”, linia danych będzie wynosić 0V.
• Na pinie „IN1” lub IN2” można odczytać wartość linii danych.

We Fritzing określany jest układ części na płycie perforowanej. Diody i rezystory są ustawione pionowo, patrz żółta, pomarańczowa i czerwona linia. Niebieskie linie to przewodniki pod płytą perforowaną.

Krok 4: Programowanie

Aby sprawdzić, czy obwód działa, możesz użyć załączonych programów.

Urządzenie 1 jest urządzeniem głównym i powinno być zasilane jako ostatnie. Wyśle określoną sekwencję bitów. Najpierw 8 bitów startowych, 1 bit stopu, a następnie sekwencja „on” i „off”.

Urządzenie 2 jest urządzeniem podrzędnym i powinno być zasilane jako pierwsze. Program rozpocznie odczytywanie linii danych. Po odczytaniu 8 bitów startowych. Program zacznie nagrywać bity. Gdy nagranych jest 8 bitów, program zwróci te bity.

Podczas wymiany danych bity „włączony” i „wyłączony” mogą być monitorowane przez migającą diodę i diody (pin13) na urządzeniach.

Gdy twoje lutowanie jest w porządku i programy są załadowane, zobaczysz migające diody podobne do diody na filmie.

(Aby uniknąć zwarcia obwodu, gołe metalowe przewody można pokryć żywicą epoksydową)