Оцифровка и передача дискретных сигналов

[ROMan2947]

Добрый день!
К разрабатываемому устройству подключены сухие контакты. Устройство должно передавать state контактов по цифровой шине к устройству которое принимает, обрабатывает и управляет исполнительными устройствами.
используемый МК STM32, какой именно пока не выбран


1. Как эффективно организовать контроль сухих контактов? Каким уровнем напряжения их контролировать. достаточно ли 3,3 В. или нужно поболее?
2. Питание хотелось бы организовать по шине. т.н. (паразитное)или же лучшк подтянуть еще проводки.?
3. Какой интерфейс выбрать? пока на уму 485 Modbus.

Прошу направить на правильный путь

[-=Vovka=-]

все зависит от дальности расположения от МК контактов и наличия помех

[ПростоНуб]

ROMan2947, 1. Теорема Шеннона. Опредеделите допустимое в данном случае допустимое соотношение сигнал/шум, а потом уже, если это потребуется, можно повышать уровень сигнала и/или сокращать уровень шумов.
2. Тут подобная ситуация. Чем больше потребление, тем сложнее будет передавать сигнал по шине питания и тем дороже может оказаться паразитное питание, чем выделенное. STM32L с правильным кодом (большую часть времени спим) вполне можно кормить паразитным питанием. STM32F с кодом, вообще не предусматривающим энергосбережение - точно не стоит.
3. Сначала с протоколом физического уровня определитесь, так как, судя по описанию задачи, тут вообще любой протокол прикладного уровня подойдет. Даже самый простейший.
Для выбора протокола физического уровня сначала нужно опять таки вернуться к теореме Шеннона. Может голый USART (RS-232) уже устроит, а может даже RS-422 не достаточно и потребуется QPSK модуляция.

[ROMan2947]

[uquote="ПростоНуб",url="/forum/viewtopic.php?p=4165700#p4165700"]ROMan2947, 1. Теорема Шеннона. Опредеделите допустимое в данном случае допустимое соотношение сигнал/шум, а потом уже, если это потребуется, можно повышать уровень сигнала и/или сокращать уровень шумов.
2. Тут подобная ситуация. Чем больше потребление, тем сложнее будет передавать сигнал по шине питания и тем дороже может оказаться паразитное питание, чем выделенное. STM32L с правильным кодом (большую часть времени спим) вполне можно кормить паразитным питанием. STM32F с кодом, вообще не предусматривающим энергосбережение - точно не стоит.
3. Сначала с протоколом физического уровня определитесь, так как, судя по описанию задачи, тут вообще любой протокол прикладного уровня подойдет. Даже самый простейший.
Для выбора протокола физического уровня сначала нужно опять таки вернуться к теореме Шеннона. Может голый USART (RS-232) уже устроит, а может даже RS-422 не достаточно и потребуется QPSK модуляция.[/uquote]

Раз питание придется тащить отдельно, значит и контролировать буду свои сухие контакты напряжением питания, так думаю будет надежней. Интерфейс все же оставлю 485 + modbus, глядишь настанет потребность интегрировать свою штучку, куда-либо в будущем.

Добавлено after 1 minute 33 seconds:

Теорема Шеннона

посмотрел что это такое, ничего не понял, но очень интересно

Добавлено after 3 minutes 22 seconds:
[uquote="-=Vovka=-",url="/forum/viewtopic.php?p=4165585#p4165585"]все зависит от дальности расположения от МК контактов и наличия помех[/uquote]
контакты максимум в метрах 10, будут. линия связи вот будет по разному не близко.
помехи? мне кажется они есть везде и в неодинаковых объемах, вот как мне спрогнозировать наличие помех, их чем то можно определить и замерить?

[jcxz]

[uquote="ROMan2947",url="/forum/viewtopic.php?p=4166658#p4166658"]контакты максимум в метрах 10, будут. линия связи вот будет по разному не близко.
помехи? мне кажется они есть везде и в неодинаковых объемах, вот как мне спрогнозировать наличие помех, их чем то можно определить и замерить?[/uquote]Передавайте токовой петлёй. Тогда и питание не "придется тащить отдельно" и защита от помех будет надёжная. И вообще хватит всего 2-х проводов (витая пара). На всё про всё.

[ROMan2947]

[uquote="jcxz",url="/forum/viewtopic.php?p=4167358#p4167358"][uquote="ROMan2947",url="/forum/viewtopic.php?p=4166658#p4166658"]контакты максимум в метрах 10, будут. линия связи вот будет по разному не близко.
помехи? мне кажется они есть везде и в неодинаковых объемах, вот как мне спрогнозировать наличие помех, их чем то можно определить и замерить?[/uquote]Передавайте токовой петлёй. Тогда и питание не "придется тащить отдельно" и защита от помех будет надёжная. И вообще хватит всего 2-х проводов (витая пара). На всё про всё.[/uquote]
схемотехника боюсь сложная и дорогая будет...

[jcxz]

[uquote="ROMan2947",url="/forum/viewtopic.php?p=4168388#p4168388"]схемотехника боюсь сложная и дорогая будет...[/uquote]Вам же в одну сторону только передавать надо? Симплексный режим. И нет требования соответствовать стандартным уровням (0-5 мА или 4-20 мА). В этом случае вроде не особо сложно: выбрать низкий уровень тока передаваемого сигнала = чуть выше максимального тока потребления устройства; высокий уровень += добавить сколько то мА (для чёткого различения уровней на приёмной стороне).
Собственно - на передатчике будет токовый стабилизатор, работающий на одном из двух уровней стабилизации тока. Вроде как не сложно.
Примерно так.

PS: Если передача двунаправленная нужна - там уже конечно сложнее. Имхо.
Зато токовая петля весьма помехоустойчива.

[ROMan2947]

[uquote="jcxz",url="/forum/viewtopic.php?p=4168455#p4168455"][uquote="ROMan2947",url="/forum/viewtopic.php?p=4168388#p4168388"]схемотехника боюсь сложная и дорогая будет...[/uquote]Вам же в одну сторону только передавать надо? Симплексный режим. И нет требования соответствовать стандартным уровням (0-5 мА или 4-20 мА). В этом случае вроде не особо сложно: выбрать низкий уровень тока передаваемого сигнала = чуть выше максимального тока потребления устройства; высокий уровень += добавить сколько то мА (для чёткого различения уровней на приёмной стороне).
Собственно - на передатчике будет токовый стабилизатор, работающий на одном из двух уровней стабилизации тока. Вроде как не сложно.
Примерно так.

PS: Если передача двунаправленная нужна - там уже конечно сложнее. Имхо.
Зато токовая петля весьма помехоустойчива.[/uquote]
До Вашего предложения не особо вникал в этот интерфейс, казалось, что он изжил свое. а сейчас даже интересно стало.
Клевый вариант, спасибо.

[jcxz]

[uquote="ROMan2947",url="/forum/viewtopic.php?p=4168464#p4168464"]До Вашего предложения не особо вникал в этот интерфейс, казалось, что он изжил свое.[/uquote]Ну это может быть его аналоговый вариант. А так - многие современные измерительные приборы поддерживают HART-протокол. А он как раз и построен на токовой петле. Только там данные передаются переменной составляющей, для совмещения с аналоговым сигналом. Сам HART для Вас конечно избыточен, но почитать можно: https://ru.wikipedia.org/wiki/HART

[ПростоНуб]

ROMan2947, не надо токовай петли, достаточно дифференциальной пары, например на MAX485. Токовая петля действительно отжила свое и безнадежно устарела.

[AndyGU70]

[uquote="ПростоНуб",url="/forum/viewtopic.php?p=4168545#p4168545"]ROMan2947, не надо токовай петли, достаточно дифференциальной пары, например на MAX485. Токовая петля действительно отжила свое и безнадежно устарела.[/uquote]

серьезно ?! нефтянка и газ %80 датчиков по токовой петле.. не знают наверное

[ПростоНуб]

AndyGU70, Ну да, кое-где даже телеграф сохранился по токовой петле )))
Упомянутый выше HART уже 8 лет хоронит поглотившая его Fieldbus Foundation в пользу именно дифференциальной пары.

Цитирую: "Технология Foundation Fieldbus была первоначально предназначена в качестве замены для стандарта 4-20 мА. Интерфейс Foundation Fieldbus сегодня пользуется как перспективная информационная шина для устройств автоматизированных систем во многих тяжелых производствах, таких как нефтепереработка, нефтехимия, энергетика, и даже продуктов питания и напитков, фармацевтических препаратов, а также применения в атомной промышленности."

Еще: "В 1980-х годах начала широко применяться "токовая петля" 4...20 мА в разнообразном технологическом оборудовании, датчиках и исполнительных устройствах средств автоматики. Популярность "токовой петли" начала падать после появления стандарта на интерфейс RS-485 (1983 г.) и в настоящее время в новом оборудовании она практически не применяется."

[AndyGU70]

[uquote="ПростоНуб",url="/forum/viewtopic.php?p=4169705#p4169705"]AndyGU70, Ну да, кое-где даже телеграф сохранился по токовой петле )))[/uquote]
Цитирую
....
Еще

я вам не про теорию из "интернетика", а про практику в реальности(работаю в нефтянке по этим железкам)

[Jack_A]

[uquote="ПростоНуб",url="/forum/viewtopic.php?p=4169705#p4169705"]В 1980-х годах начала широко применяться "токовая петля" 4...20 мА в разнообразном технологическом оборудовании, датчиках и исполнительных устройствах средств автоматики.
Популярность "токовой петли" начала падать после появления стандарта на интерфейс RS-485 (1983 г.) и в настоящее время в новом оборудовании она практически не применяется."[/uquote]
Тут речь идёт о двух разных сущностях. 4...20 мА - это аналоговый интерфейс, и к RS-485, который начал вытеснять цифровую токовую петлю, он никаким боком.
Мерседес - сам по себе, а трактор Беларус - сам по себе .

[ПростоНуб]

[uquote="AndyGU70",url="/forum/viewtopic.php?p=4169820#p4169820"]про практику в реальности(работаю в нефтянке по этим железкам)[/uquote]
Да знаю я, помотался по стране от Калиннграда до Камчатки. Никого не удивишь оборудованием 80-х годов выпуска. Но какое отношение это имеет к обсуждаемому вопросу?

Тут речь идёт о двух разных сущностях. 4...20 мА - это аналоговый интерфейс, и к RS-485, который начал вытеснять цифровую токовую петлю, он никаким боком.

Вообще не понял ход Ваших мыслей. У меня когнитивный диссонанс начался после вашего утверждения, что токовая петля 4...20 мА бывает и аналоговой, и цифровой.
Вам не кажется, что это всегда протокол физического уровня для цифровой передачи? А у RS-485 и RS-422 физический уровень - дифференциальная пара.

[Jack_A]

От диссонанса помогает избавиться знакомство с предметом обсуждения, хотя бы на уровне Вики.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Токовая_петля

[SfS]

Про петли 4-20мА

Аналоговая токовая петля - это когда аналоговый сигнал передаётся значениями ТОКА от 4мА до 20мА.
Удобна тем, что помехи взаимно вычитаются в витой паре и тем, что можно обнаруживать обрыв (ток менее 4мА).

Цифровая токовая петля - это токовая петля, по которой течёт ток 20мА, что соответствует лог. 1. Если петлю разрывают - то ток не течёт и это соответствует лог. 0.
Удобна тем, что помехоустойчива, как и аналогововая токовая петля. Преобразователь из rs232 в цифровую токовую петлю - очень прост.

Под сплоером пример решения. Можно использовать как две петли. Можно последовательно соединить и использовать как одну. Хотя, конечно, лучше использовать источник тока..

Спойлер

[bad2cat]

Предлагаю MIL-STD-1553B.
Витая пара 1 МГц, до 150метров.
Кодирование Манчестер-2.
Есть готовые российские кодеры, приведены в статье википедии по стандарту. Есть более древние кмоп микросхемы кодеки 588вг3 и вг6. Я работал с ними.
Развязка трансформаторная, дифф пара. В самолётах используется готовая трансформаторная сборка на 2 линии, кот разводятся по разным бортам самолёта, для надёжности.

[SfS]

[uquote="bad2cat",url="/forum/viewtopic.php?p=4182772#p4182772"]Есть готовые российские кодеры, приведены в статье википедии по стандарту. Есть более древние кмоп микросхемы кодеки 588вг3 и вг6. Я работал с первой из них.
Развязка трансформаторная, дифф пара.[/uquote]

Есть готовый российский микроконтроллер от миландра, который этот стандарт поддерживает - К1986ВЕ1QI - два резервированных канала 1553 (он же ГОСТ Р 52070-2003)

Контроллер интерфейса по ГОСТ Р 52070-2003

В микроконтроллере имеется два независимых контроллера интерфейса по ГОСТ Р
52070-2003 (далее 1553), каждый из которых содержит необходимую логику и память для
обработки и хранения командных слов и слов данных одного полного сообщения 1553. Каждый
контроллер содержит два канала для приёма/передачи сообщений 1553: основной и резервный.
В один момент времени может работать только один из каналов основной или резервный.