Les "bonnes pratiques" et "bon marché" font toutes deux l'objet d'avis.

Dans tous les cas, je mettrais un petit processeur vraiment bon marché sur le capteur, et je le faisais parler numérique.La façon 1950-1975 de le faire serait de 4 à 40 mA, ou la télécommande enverrait un signal PWM ou modulé en fréquence.

• Jusqu'à six pieds environ, alimentez le capteur à distance à partir de + 5 V (ou + 3,3 V) et exécutez une série asynchrone référencée à la terre (broches UART) directement du capteur au processeur "principal".
• Jusqu'à une soixantaine de pieds, alimentez le capteur de la télécommande à partir de n'importe quoi et régénérez-le sur la télécommande.Je lui donnerais probablement + 12V pour les frais généraux, et utiliserais un régulateur de commutation «là-bas», mais vous pouvez utiliser un régulateur linéaire.Utilisez RS-422 avec la télécommande pour simplement envoyer, ou utilisez RS-485 en semi-duplex, avec une sorte de protocole afin que les télécommandes ne parlent que lorsqu'elles sont parlées.

L'autre solution peut être I2C - il existe des rallonges, permettant de créer des bus jusqu'à 100m (300ft). L'un d'eux est NXP P82B96. Il est très utile dans les constructions amateurs, car il n'est pas cher et existe également dans un boîtier DIP-8 facile à monter. De plus, il permet de traduire les niveaux logiques en tensions plus élevées (par exemple 12V). Vous pouvez trouver des notes d'application sur les pages NXP, par exemple: https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN10658.pdf

Il est également possible de construire un bus opto-isolé en utilisant P82B96: https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN10364.pdf

Une autre possibilité est P82B715, mais elle est probablement moins utile car la longueur maximale du bus est d'environ 50 m (150 pieds) et il y a d'autres limitations. Il y a cette note d'application: https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/P82B715.pdf

Utiliser I2C est une solution très efficace, car il existe de nombreuses puces d'interface bon marché sur le marché (ADC, DAC, IO, capteurs de température, etc.) donc, du côté capteur de vue, il n'est pas nécessaire d'utiliser un MCU (et pour créer un logiciel dédié pour ce MCU).

Personnellement, j'ai construit mon système domotique en utilisant cette solution (P82B96 avec opto-isolation) et je peux confirmer qu'il fonctionne très bien et qu'il est stable et fiable.

J'ai obtenu d'excellents résultats en transmettant des données de capteur à l'aide du Controller Area Network (CAN).J'ai un microcontrôleur 16 bits avec un CAN intégré qui s'interface via SPI à un convertisseur A / N 24 bits.Ce microcontrôleur échantillonne toutes les 20 ms et envoie les données via CAN vers un autre microcontrôleur (32 bits) situé à 50 mètres.CAN a un système avancé de vérification des erreurs que les anciens systèmes ne peuvent pas.Il utilise une paire différentielle donc il est assez bien insensible au bruit.Microchip fabrique le MCP2515 qui interfacera CAN via SPI.

La boucle 4-20 mA nécessitera une électronique d'entraînement complexe et une tension d'alimentation plus élevée (les amplificateurs d'entraînement utilisés auparavant étaient de 18 V).Bien qu'il soit encore couramment utilisé dans les systèmes industriels à ce jour et présente des avantages, il s'agit vraiment d'un système hérité en ce qui concerne la plupart des applications, et principalement utilisé pour la modernisation de capteurs sur des systèmes daq plus anciens qui sont antérieurs au numérique répandu.communications disponibles aujourd'hui.

La solution la plus simple serait d'ajouter un pilote RS-422 ou RS-485 à votre circuit.Ces normes sont très courantes dans l'industrie des capteurs industriels.La plupart des circuits intégrés sont également fournis avec un circuit suggéré dans leur fiche technique, vous pouvez donc les implémenter sans trop de peine.

Je partage votre réticence à mettre tout un processeur par capteur, cependant ...

RS-485 pour les communications capteur / sortie sensibles aux coûts

Je peux recommander ce qui suit, c'est ainsi que je fais maintenant ces types de capteurs / périphériques de sortie:

• Très petit processeur local de type Arduino par position de capteur
• Pilote RS-485
• Très petit bloc d'alimentation local à mode commuté
• Puissance centralisée
• Connexion via CAT-5 ou câble d'alimentation + paire de données

Cela signifie que vous pouvez garder toute votre électronique par capteur très petite, ce qui simplifie tout (moins de bruit, moins de problèmes). Le logiciel pour parler au capteur est dédié - pas de multitraitement ni d'entrelacement de fonctions, il dispose d'un processeur complet. S'il n'y a qu'un seul capteur, je mets un adaptateur RS-485 sur l'ordinateur récepteur; plus généralement, j'ai un appareil Atmega avec RS-485 et Ethernet et je convertis vers et à partir de paquets UDP. Ensuite, le serveur - ou les serveurs, si faciles à rendre redondants - peuvent faire le travail partout où cela leur convient.

RS-485 est bon marché et simple et facile à déboguer si vous suivez quelques règles simples. Cela fonctionne sur de courtes ou longues distances. Vous choisissez votre vitesse et configurez un protocole simple (facile pour les ingénieurs en logiciel) et cela fonctionnera pour toujours. Je l'exécute souvent à 9600 ou même plus lentement. Si vous avez des LED adaptées, vous pouvez comprendre les casses sans aucun outil. C'est suffisamment simple que j'ai suivi un cours «d'informatique physique» dans une école d'art de New York pour faire démarrer un réseau en un seul après-midi, basé sur un format très similaire à syslog (RFC 3164) plus un CRC-32.

Dne pas utiliser radio Je me suis tenu à l'écart de tout ce qui est basé sur la radio, sauf là où il est absolument impossible de faire passer des câbles. On ne sait tout simplement pas quand une machine à interférences arrivera: trop souvent, c'est quelque chose comme des talkies-walkies de presse ou de police lors de l'inauguration de mon événement.

Dn'utilise pas ethernet J'utilisais auparavant ethernet avec POE, mais j'ai changé après avoir dû faire beaucoup d'environnements difficiles (extérieur, sous-marin, près de grosses machines industrielles). Il n'y a pas d'interrupteur à maintenir, pas de tensions POE. Et pas de course aux armements de 10BaseT, 100BaseT, 1000BaseT.

Dn'utilisez pas de bus de type carte Une fois, j'avais un système (construit par d'autres) qui était SPI à 2 mètres: cela fonctionnait à peu près mais quand nous devions le déplacer à 3 mètres ... cela n'a jamais fonctionné. À la fin, je l'ai remplacé par RS-485 comme décrit ici.

CAN est génial mais il résout un problème difficile et il y a donc beaucoup de complexité. La série et le RS-485 sont absolument omniprésents et cela vous fera gagner du temps encore et encore.

Les règles simples

• Semi-duplex à deux fils (jamais à quatre fils)
• Soit a) Un maître (PC) plusieurs esclaves (capteurs) ou b) Un haut-parleur et éventuellement plusieurs auditeurs
• S'il y a plus d'une douzaine d'esclaves, pensez a) aux collisions et b) au chargement du bus
• Alimentation depuis le centre
• Pas de connexion locale côté capteur
  • Si vous en avez besoin, utilisez des opto-isolateurs ou des relais
• Quel que soit votre protocole, il doit avoir une somme de contrôle
• Utilisez-le comme UDP et non TCP
• Exécutez-le aussi lentement que possible
  • À 9600, vous n'aurez probablement jamais de problèmes
• Plus de 20 mètres, faites attention à la résiliation
• Si vous êtes à l'extérieur ou sous l'eau ou si vous êtes à proximité, c'est toujours bon mais faites plus de devoirs
• Si vous avez besoin de rapidité (disons 1 Mbit / s), toujours bon mais faites plus de devoirs
• Si vous avez besoin d'isolement, toujours bien mais faites plus de devoirs
• Si vous avez besoin de centaines de nœuds, c'est toujours bien, mais faites plus de devoirs

Coûts

Les coûts sont faibles, inférieurs à 10,00 $ / unité - la plupart dépendent du logement et des connecteurs. Voici les prix 10-off de Digikey ou Ebay.

Pour une carte unique ou expérimentale, j'utilise des cartes de Chine:

• Convertisseurs TTL vers RS-485 d'Ebay (0,90 £)
• Arduino "Pro Micro" ou similaire (avec bouton de réinitialisation!) (1,80 £)

Pour les cartes dédiées, je préfère les puces individuelles:

• Puce 75176 broches 0,70 £ + socket si espace
• ATTiny22 ou similaire 0,50-1,50 £

Le brochage 75176 est une norme pour les pilotes RS-485, ce qui signifie que vous pouvez utiliser des pilotes exotiques si vous en avez besoin (par exemple avec une protection ESD plus élevée).

Dans les deux cas, j'alimente 12VDC ou 24VDC pour l'alimentation avec une paire torsadée pour le signal. Plus de CAT-5 fonctionne bien, ou un câble d'alimentation + de données. Sur chaque unité, une alimentation Recom R-78E5.0-0.5 (1,99 £ / unité). Ces appareils sont super. Mettre un petit bloc d'alimentation à côté de chaque unité a fait disparaître tous les problèmes d'alimentation et de bruit.

À l'épreuve du temps

Un autre avantage de cette approche est qu'elle place tous les problèmes de compatibilité importants dans le protocole sur la ligne RS-485. Si, à l'avenir, vous ne pouvez pas obtenir le même capteur ou processeur, obtenez-en un différent et recréez-le. Si vous utilisez des puces de pilote à 75176 broches, vous pourrez toujours obtenir des remplacements.

Et si vous avez besoin de vous connecter à quelque chose que vous souhaitez isoler, il est facile d'obtenir un pilote isolé tel que celui de Digilent (bien que beaucoup plus cher, environ 17,00 £). Mais sans aucune refonte du système de base, ni recodage.

Références

Pour une lecture correcte du RS-485, commencez par ceux-ci et suivez les références.

• Texas Instruments Guide de conception RS-485 PDF
• Texas Instruments AN 1057 Dix façons de protéger les interfaces RS-485 PDF
• Bob Perrin, "The Art and Science of RS-485", Circuit Cellar, juillet 1999. PDF

Spécificités

• "Semi-duplex à deux fils" signifie en fait trois fils: une paire torsadée pour le signal et une masse, qui est souvent la masse de l'alimentation CC si les systèmes sont alimentés par la même puissance.
• Vous verrez une énorme controverse sur la question de savoir si vous avez besoin d'un bouclier, mais Perrin dit que vous ne le faites pas à moins que vous ayez des circonstances exotiques.
• En semi-duplex, la sortie du pilote est activée pendant la transmission.
  • Sur un PC, vous activez généralement le pilote avec RTS de votre sortie RS-232. Le noyau Linux a un appel ioctl (8) pour l'activer sur les lignes série TIOCSRS485 doc
  • Sur un microcontrôleur, vous utilisez une ligne IO pour Driver-Enable DE . Vous pouvez toujours écouter (connecter Receive-Enable / RE à la masse) ou, plus généralement, rejoindre DE et / RE et conduire à partir de la même broche IO . Vous pourriez éventuellement utiliser une broche IO et conduire / RE mais je ne l'ai jamais vu.
• Il existe de nombreuses variantes de puces de pilote, mais choisissez-en une dans un package 75176 car c'est la plus courante
• C'est une excellente idée d'utiliser des packages DIL à 8 broches et une prise pour le pilote afin que, lorsque quelqu'un le connecte mal, vous puissiez remplacer le pilote grillé; vous pouvez également utiliser des puces de pilote plus robustes si vous le souhaitez, ou des versions à faible EMI avec des taux de rotation inférieurs.

Si vous cherchez à garder les choses simples et à ne pas convertir au format numérique, la détection de courant est un moyen peu coûteux et pratique.

Il n'est pas nécessaire que ce soit un système 4-20 mA. Vous êtes libre de choisir les courants en fonction des distances, de l'alimentation électrique disponible et du niveau de bruit électrique de votre environnement. Un autre avantage est que vous n'avez besoin que d'un câble à 2 conducteurs, donc tout (même le câble secteur) fera l'affaire.

Voici un exemple que j'ai utilisé avec un câble d'environ 40m. Le LM35 délivre une tension proportionnelle à la température, utilisée pour conduire un courant à travers R2. R1 est utilisé pour augmenter la limite inférieure des températures mesurables. Choisissez R_sense en fonction de votre tension d'alimentation et des entrées du microcontrôleur.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Assurez-vous simplement que la tension minimale aux bornes de l'alimentation du LM35 est respectée dans votre cas d'utilisation. Vous trouverez plus d'informations dans la fiche technique du LM35 sur la manière de choisir les valeurs de résistance.

Si vous avez un micro approprié à chaque extrémité et que votre micro peut gérer le traitement requis, Ethernet est une très bonne solution pour les communications longue distance. Les câbles Ethernet Cat5 sont disponibles dans presque toutes les longueurs que vous souhaitez, et leur utilisation étendue dans toutes sortes d'applications signifie que vous pouvez également obtenir des versions renforcées. Astuce: les câbles utilisés pour connecter les bureaux de son et d'éclairage pour les applications de scène sont en effet très bons - si votre PC ne peut pas se connecter à Internet pendant environ une heure, pas de problème, mais si vous perdez le son et l'éclairage pour AC / DC jouer dans un stade alors vous avez une énorme facture entre les mains!

C'est plus simple si les micros à chaque extrémité exécutent un système d'exploitation "normal". Windows ou Linux fonctionnera, les systèmes d'exploitation commerciaux tels que Wind River fonctionneront bien aussi, et je suis sûr qu'il y en a d'autres. Windows ne serait pas mon premier choix, mais Linux devient assez bon pour le traitement en temps réel de nos jours. Avec un système d'exploitation en place, vous pouvez simplement utiliser les ports IP pour envoyer vos données.

Vous pourriez penser que cela semble floconneux, ou trop beau pour être vrai, mais c'est exactement comme ça que SpaceX connecte l'électronique dans ses fusées.

Les seuls fils entre la scène et chaque moteur sont un câble Ethernet et un câble d'alimentation.

S'ils peuvent le faire fonctionner pour envoyer une fusée dans l'espace, je suppose que cela fonctionnera aussi pour votre application. :)

J'aime mieux la réponse de TimWescott, mais une autre option est de regarder un microphone professionnel pour le son en direct et le travail en studio. Ils parcourent souvent des centaines de mètres dans des environnements d'éclairage et d'alimentation secteur bruyants, avant d'être amplifiés à un niveau utilisable par le reste de l'électronique:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

La capsule de micro elle-même est électriquement flottante, non connectée au boîtier métallique mis à la terre, et les deux fils de signal sont soustraits l'un de l'autre et la différence est transmise comme le signal prévu.

Ainsi, tout bruit passant à travers le blindage mis à la terre du câble et sur les deux fils est annulé au niveau du récepteur. Les tordre les rapproche le plus possible de la même position afin que la même quantité de bruit atteigne les deux, et garder leurs impédances égales leur permet de l'accepter dans la même mesure.

Si vous avez également besoin d'une alimentation à l'extrémité du micro et que vous ne voulez pas jouer avec les piles, vous pouvez utiliser «Phantom Power»:

^{simuler ce circuit}

R1, 2, 5, 6 permettent au signal audio AC d'exister toujours sur les mêmes fils, et la haute tension de la source est de toute façon obtenir une quantité utile d'énergie à travers eux.

C1,2,3,4 bloque ce DC des composants audio.

R3,4 rétablit le niveau de DC moyen, après avoir été bloqué par les plafonds.

R7 maintient le pilote actif stable dans un long câble (capacitif).

R8 correspond à R7 pour maintenir les impédances égales et montre que le signal ne doit pas nécessairement apparaître sur les deux fils. Seule une différence quelconque est nécessaire, et une impédance égale.

Je ne sais pas quelles sont vos contraintes exactes, mais plutôt que d'apporter le signal à la carte, j'apporterais la carte au signal, puis je transmettrais les données résultantes via Ethernet (ou même Wi-Fi, si lel'environnement est adapté à cela).

Une carte ESP8266 ou ESP32 bon marché à côté du capteur ferait probablement l'affaire.

Si vous rencontrez un problème pour alimenter la carte, vous pouvez utiliser Power over Ethernet (PoE) pour l'alimenter, avec des injecteurs et des répartiteurs bon marché à chaque extrémité.

Il existe même des cartes avec PoE intégré, comme l'ESP32-POE-ISO d'Olimex ou le wESP32 disponible sur Crowd Supply.

Je construirais un oscillateur dont la fréquence dépend de la thermistance.Sa sortie pourrait être couplée à un transformateur pour bloquer le bruit de mode commun.On pourrait réaliser un démodulateur dont la sortie ne dépend que de la fréquence, et pas du tout de l'amplitude.Le reste n'est qu'un vilain problème d'étalonnage.