Comunicazione ottica a filo singolo isolata: 4 passaggi (con immagini)

2025 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2025-01-23 14:50

Ciao, per un progetto di acquario avevo bisogno di un lungo cavo elettrico che potesse:

• fornire alimentazione al dispositivo
• consentire la comunicazione

Altro

• La corrente e le tensioni sono basse
• Il cavo è lungo +/- 3 m
• Trasferimenti di dati lenti
• Comunicazione bidirezionale, half duplex
• Spazio limitato nel dispositivo
• Isolamento galvanico

La comunicazione è tra 2 dispositivi. Il dispositivo può essere un Arduino, un Raspberry PI o un altro dispositivo che utilizza i pin digitali.

Passo 1:

Alcuni sensori, come il DS18B20, utilizzano 3 fili per fornire alimentazione e comunicare con un altro dispositivo. In questo progetto i fili hanno le seguenti funzioni:

• +5V
• Terreno
• Dati (0 / +5V)

Dopo alcune ricerche in rete non sono riuscito a trovare qualcosa di semplice che potesse essere facilmente implementato. La maggior parte delle configurazioni si basa su determinati chip e protocolli con molte opzioni di cui non avevo bisogno. Anche se ho trovato alcuni bei esempi che potrebbero essere adattati alle mie esigenze come:

• NXP, AN2342, https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN23…. figura 5
• EmSa, https://www.esacademy.com, Posso eseguire il disaccoppiamento galvanico del mio bus I2C?
• Incorporato, https://www.embedded.com/print/4025023, figura 1

Per essere flessibile ho deciso di costruire un circuito, utilizzare parti standard/comuni, programmare un protocollo semplice. Nota: poiché questo progetto è utilizzato in un altro progetto, spiegherò la costruzione del circuito e la programmazione del programma di test. Sentiti libero di usarlo per il tuo progetto, devi creare un protocollo adatto alle tue esigenze.

Passaggio 2: elenco delle parti

• Alimentazione +5V
• Cavo elettrico domestico flessibile a 3 conduttori
• Perfoboard 5x7cm
• 2x Resistenze 470Ω
• 1x resistenza 680Ω
• 2x resistore 1kΩ
• 2x Diodo (es. 1N4148)
• 2x fotoaccoppiatore EL817
• Guidato
• Pin header femmina 2 pin
• Pin header femmina 3 pin
• Pin header femmina 4 pin
• Testata tonda femmina 6 pin
• Testata tonda femmina 4 pin

Sono necessari anche alcuni strumenti: pinzette, tronchesi, morsa, saldatore, stoppino, supporto.

Come saldare:

Siate consapevoli dei rischi per la sicurezza e utilizzate i dispositivi di protezione individuale.

Passaggio 3: schematico

Spiegazione dello schema:

A causa dello spazio limitato, il lato destro dello schema è alloggiato nella macchina con il dispositivo 2. Il lato sinistro dello schema è il volume ed è gestito dal dispositivo 1. Tra il lato sinistro e destro il conduttore dati.

• Il digitale “OUT” sul lato destro è protetto da un diodo.
• Il fotoaccoppiatore “OUT” è protetto da un diodo.
• Per limitare la corrente un resistore è davanti al pin 1 dei fotoaccoppiatori "IN" e "OUT"
• Il pin 2 degli accoppiatori ottici è collegato a terra
• L'emettitore del pin 3 è collegato a terra con un resistore
• Il collettore Pin 4 è alimentato con corrente

Per visualizzare il trasferimento dei dati è collegato un led alla linea dati. Il valore della resistenza dipende dal led e dalla luminosità desiderata. Avvertenza: se il valore del resistore è troppo basso, troppa corrente brucerà il pin del dispositivo 2 o il fotoaccoppiatore "IN" non verrà pilotato correttamente.

Vedi la tabella:

• Se “OUT1” o “OUT2” è “HIGH” la linea dati sarà +5V.
• Se “OUT1” o “OUT2” è “LOW” la linea dati sarà 0V.
• Al pin “IN1” o IN2” si legge il valore della linea Data.

In Fritzing viene determinata la disposizione delle parti sulla perfoboard. I diodi e le resistenze sono posizionati verticalmente, vedi le linee gialle, arancioni e rosse. Le linee blu sono i conduttori sotto la perfoboard.

Passaggio 4: programmazione

Per verificare il funzionamento del circuito è possibile utilizzare i programmi allegati.

Il dispositivo 1 è il master e deve essere alimentato per ultimo. Invierà una certa sequenza di bit. Dapprima 8 bit di start, 1 bit di stop e poi una sequenza “on” e “off”.

Il dispositivo 2 è lo slave e deve essere alimentato per primo. Il programma inizierà a leggere la linea dati. Quando vengono letti 8 startbit. Il programma inizierà a registrare i bit. Quando vengono registrati 8 bit, il programma restituirà i bit.

Durante lo scambio dati i bit “on” e “off” possono essere monitorati dal led lampeggiante e dai led (pin13) sui dispositivi.

Quando la tua saldatura è a posto e i programmi sono caricati, vedrai il lampeggio dei led simile al led nel video.

(Per evitare cortocircuiti, i conduttori in metallo nudo possono essere rivestiti con resina epossidica)