Добрый день , подскажите плз есть задача управлять контроллером посредством кнопки удаленной от него на примерно 100м. На стороне кнопки никаких радиотеталей не должно быть.
Возникает проблема наводки на таких длинных проводах и ложных срабатываний , поэтому я искал возможные решения этой проблемы и нашел схему "токовой петли" и немного ее упростил. Посмотрите плз будет ли эта схема работать.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
NSI45020 это источник тока на 20ма
"выход" это выход на микроконтроллер
светодиод и транзистор в круге это оптопара.
Буду рад конструктивной критике.

Будет, но схема у вас уж больно упрощенная. При отпущенной кнопке к светодиоду оказываются подсоединенными никуда не подключенные концы стометрового провода. Лучше посмотрите вот этот документ и сделайте выводы:
http://www.kron.com.ua/conv/docs/T232-CL20%20S%20V4.pdf

Спасибо за ссылку почитал, но у них немного не то, если , например , брать приемник, то в их схеме у него на другом конце передатчик , который задает ток.
У меня на одном конце приемник и передатчик , а на другом банальная кнопка. К ней не возможно приделать схему.

я бы оиспользовал реле и 24В. наводки точно не прокатят.

Такая схема с длинной линией яляется длинной антенной помимо всего.
Традиционно с таких входов я "сливаю" наводки конденсаторами (1000пФ 1.5кВ) на землю (тип земли - Шасси),
чтобы наводка не заходила в малосигнальную часть схемы и не сливалась на малосигнальную землю.
При желании транзистор оптопары можно зашунтировать конденсатором, и входной логический элемент взять с триггером Шмитта
если актуальна дифференциальная наводка.

Я бы ещё светодиод оптопары зашунтировал резистором в несколько кОм.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Если сопротивление линии < 50 Ом.
Кнопку можно поставить нормально замкнутую, размыкающуюся при нажатии.

Спасибо, только не совсем понял, при разомкнутой кнопке ток идет через светодиод оптопары, при замкнутой он идет параллельно через две цепи :
светодиод и резистор, разделяясь пропорционально их сопротивлениям.
Или нужно взять сопротивление достаточно маленькое по сравнению с сопротивлением диода , чтобы весь основной ток шел через него , а не светодиод. Светодиод не загорится и все будет ОК.
Правильно понял?

Еще хотел спросить , есть ли спец микросхемы для управления длинной линии , приминимые в моем случае?

Что бы при замкнутой кнопке не было тока через светодиод, нужно чтобы U линии < U открывания светодиода (примерно 1V).
При токе 20мА линия должна быть < 50 Ом (1V/0.02A)
Про спец. м/с для такой схемы я не в курсе.

лучше большой ёмкостью и тригер Шмидта на выходе оптрона

Я применял такое решение.
Управление сварочным аппаратом.
Провода от кнопки шли радом 3 метра со сварочным рукавом, далее 80 метров до управляющего блока. Проблем не было отмечено.

имхо
Даже для пром. зоны - 100 метров не так много, чтоб городить огород. На мой скромный взгляд - достаточно ограничителей уровней со стороны МК и программной фильтрации состояния. Если хочется извратов - можно кодировать замыкаемый сигнал.

У меня к кнопке питание тянуть нет возможности , вся помехозащищенная часть должна быть со стороны устройства на плате.
Провода уже все проложены. На расстоянии ~100м только два провода которые можно замыкать.
За схему большое спасибо!

А на схеме к кнопке и идут два провода. Все остальное рядом с оптроном.

Да, только ограничитель в единственном числе, между проводами кнопки, и пара резисторов — на подтяжку и вход.

Первичная схема с токовой петлей- замечательное решение, нужно только добавить защиту:
1. обратно включенный диод в параллель со светодиодом
2. защиту от повышенного напряжения в виде полисвитч(-резистор-супрессор(стабилитрон). Рекомендую для неубиенности рассчитать все это на несгораемость при подаче 300V
То есть снаружи- два гальванически изолированных провода к кнопке, на плате за защитой- генератор тока (или просто напряжения с предохранителем) и оптопара.
сто метров для токовой петли это чепуха.

Не совсем понял кнопка key_1 и key_2 замыкаются на GND?

Кнопка включена между key_1 и key_2.

Приведенное решение, несомненно, надежное и работающеe, однако избыточное. Например, R30 вообще не нужен, он только впустую рассеивает четверть ватта мощности.

Вообще же целесообразность использования оптрона в такой схеме весьма и весьма сомнительна, в этом я согласен с ув. kolobok0. Исторически так сложилось, что в схемах дискретного ввода ставят оптроны. Тому было несколько причин, главные - неизвестная заранее полярность подключения, раздельные источники питания датчиков и контроллера и желание гарантированно разорвать земляные петли при любом, корректом или некорректном, подключении проводов. Однако для конкретной задачи ввода сигнала от кнопки, если схема подключения и тип проводки известен заранее, эти резоны уже не имеют силы. Остается еще только один резон - оптроны еще дают гарантированно хорошую (однако отнюдь не наилучшую из возможных) защиту от помех.

R30 гарантирует отсуствие наводок при разомкнутой кнопке. По большому счету престраховка. Т.к. провод проходил рядом со сварочным кабелем.

Отсутствие наводок он никак не гарантирует, наводки будут что с ним, что без него. Он обеспечивает повышенную помехоустойчивость, т.е. некий повышенный иммунитет к наводкам. Для того, чтобы численно оценить, насколько он эффективен, зададимся вопросом: какова должна быть мощность помехи, чтобы вызвать ложное срабатывание? А теперь оценим эту мощность с R30 и без него.

Для простоты расчетов примем, что CTR оптрона равен 100%, а ложное срабатывание произойдет, когда напряжение на выходе станет равно половине питания, т.е. 2.5 В. Соответственно, для ложного срабатывания ток коллектора фототранзистора должен быть равен 0.25 мА, значит, ток светодиода - столько же. Для простоты расчетов примем, что напряжение на светодиоде при этом равно 1.5В. Через R26 тогда течет ток 1 мА, через светодиод 0.25 мА, через R25 - соответственно, 1.25 мА. Падение напряжения на R25 равно 1.25мА*2.7к=3.375В, падение на R30 равно 3.375В+1.5В=4.875В. Ток через R30 равен 8.7мА, ток через R32 равен 8.7мА+1.25мА=9.96 мА. При ложном срабатывании напряжение на входе должно быть 5.575+4.875=10.45 В. Для ложного срабатывания помеха должна развить мощность 10.45В*9.96мА= 104 мВт.

Теперь уберем R30. При указанных на схеме номиналах напряжение ложного срабатывания уменьшится до 4.875В + 560R*1.25мА=5.575В. Для ложного срабатывания помеха должна развить мощность 5.575В*1.25мА= 6.97 мВт.

Теперь, при убранном R30, уменьшим номинал R21 с 10к до 470R. После этого для ложного срабатывания ток коллектора фототранзистора должен превысить 5.3 мА, соответственно, ток светодиода должен быть таким же. Напряжение на свтодиоде при этом будет больше, но для простоты пренебрежем этим, будем все так же считать равным 1.5 В. Теперь уменьшим R26 c 1.5к до 330R, чтобы в момент ложного срабатывания через него протекал заметный ток; величина этого тока равна 4.45мА. В сумме для ложного срабатывания через светодиод и R26 должен течь ток 5.3+4.45=9.8мА. Чтобы обеспечить сопоставимый с исходной схемой порог срабатывания уменьшим R25 до 560R. То есть, сделаем R31=R25=560R. Напряжение срабатывания составит (560+560)*9.8+1.5=12.5В. Для ложного срабатывания помеха должна развить мощность 12.5В*9.8мА= 122.5 мВт. Помехоустойчивость возросла, количество деталей уменьшилось.

А вот теперь снова вернемся к исходной схеме и оценим не мощность, а энергию помехи, которая могла бы вызвать ложное срабатывание. Полагаем, что софтина опрашивает кнопку один раз и что помеха пришла в самый неблагоприятный момент - как раз незадолго до опроса.

Транзисторные оптроны срабатывают на удивление быстро, порядка 1 мкс и менее. Это они после того, как сработали, в исходное состояние долго возвращаются. Влияние C15 мизерное, вместе с R26 постоянная времени получается всего-навсего 0.15 мкс. Для простоты примем суммарное время срабатывания 1 мкс. Тогда для ложного срабатывания помеха должна развивать мощность 104 мВт в течении 1 мкс, что дает 104 мкДж.

Теперь в исходной схеме с убранным R30 (для которой мощность помехи должна быть примерно 7 мВт) заставим софтину опрашивать вход не один раз, а два, с интервалом 1 мс. Соответственно, теперь непрерывная помеха должна иметь энергию 7000 мкДж.

Поскольку речь идет об опросе кнопки, то софтинка наверняка использует какой-то антидребезговый алгоритм, а не опрашивает кнопку единожды. Соответсвенно, реальная помехоустойчивость определяется в основном тем, насколько хорош этот алгоритм и насколько большой интервал он интегрирует, и только в сравнительно малой степени зависит от разницы в мощности помехи с R30 и без него.

Решение дорогое и не красивое.
Кнопку с изоляцией красиво делать на трансе. Т.е. берете маленький СМД трансформатор, и с одного края ставите кнопку черев выпрямитель а с другого запитываете его импульсами 2..10мкс от открытого коллектора, и ставите компаратор на коллектор транзистора который эти импульсы создает. Суть в том что если вторичка разомкнута то после размыкания на коллекторе будет всплеск выше напряжения питания (к которому второй конец первички подключен), а если вторичка замкнута то индуктивность на порядок меньше будет и импульсы на первичке пропорционально меньше будут.

Трансформатор существенно дороже оптрона. Схемотехнически опрос кнопки через транс сделать намного сложнее. Так что, воистину, решение с трансом получается дорогое и некрасивое, одни понты.

Красивое и дешевое решение обязано быть простым. Для надежного ввода кнопки не нужны ни оптроны, ни трансформаторы. Все делается при помощи резисторов и пары диодов.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

а теперь мысленно зарядите конденсатор 100 пФ до нескольких киловольт и разрядите в кнопку...
прикиньте на сколько вольт подскочит питание через диод VD1, если оно зашунтировано 10мкф...

Например, зарядим 100 пФ до +10 кВ и разрядим на кнопку. Ток через R2 составит 1А и для указанных диодов не превысит предельно-допустимого. Соответственно, падение на D2 будет примерно 1В, а мaкс. ток через R5 составит примерно 50 мкА. Таким образом, вход МК надежно защищен.

А вот если 100 пФ заряженный до 10 кВ приложить к оптрону, то его изоляцию просто пробьет.

Насколько подскочит питание в случае если на шине не стоит никаких поглотителей, кроме кондера 100 мкФ, посчитаем исходя из баланса энергий конденсаторов. Правда, этот расчет не учитывает, что энергия не просто перекачивается из одного кондера в другой, а по дороге рассеивается в виде тепла, и что большая часть энергии уйдет через R1 в источник +12...+24, которому подскоки "по барабану".

C1*V1²/2 = C2*V2²/2

V2 = sqrt(C1/C2)*V1 = 10 В.

Однако сопротивление R1 в 3 раза меньше, чем R2. Значит, не более четверти энергии 100 пФ кондера пойдет на подскок шины Vcc (повторяю, без учета рассеивания). Тем не менее, для пущей надежности, на шине питания, помимо кондеров, должен стоять какой-то ограничитель, например, зенер. Впрочем, того же эффекта можно добиться, просто увеличив R2 раз в десять, чтобы еще меньшая часть энергии помехи доходила через R2 на шину Vcc.

Вы большой оптимист !
Резистор может испариться, если избежит простого пробоя. Вход то Вы защитили, а какого-же напряжения питания достигнет схемка при заряде 10 мкФ ? Высоковольтный процессор ?
Оптрон при пробое обычно целёхонький, а резисторы 0805, окружающие его, испаряются...
Вывод - используйте варисторы до оптрона и TVS после.

Сделал примерно по такой схеме (см. вложение). Только трансформатор сделал сам: ферритовое кольцо (М2500) К10х6х4.5, 16 витков первичка, 16 витков вторичка (обмотки не касаются друг друга, занимают сектора градусов под 120). Софт написал для LPC1111FHN33/101 - обрабатывает 8 входов, ток потребления всех схемы порядка 13мА.

Периодически транзистор открывается коротким (420нс) импульсом, затем через время T1 в течение времени T2 ждем появления лог. 0 на входе. Если ноль не появился - значит КЗ, если появился - ОБРЫВ. T1 - должно быть больше 600 "попугаев" из приложенного рисунка. T2 - любое, чтобы туда попадали импульсы от ОБРЫВа (скорее влияет на время опроса). Частота колебаний порядка 200кГц (зависит от номиналов в схеме и длины проводов).

Из плюсов: дешево, просто, гальваноизоляция от основной схемы и между каналами, защищено от НЧ и ВЧ наводок (?), нагрев феном до 100С не влияет на работоспособность.

Из минусов: зависит от номиналов и длины проводов (впрочем, как любая аналоговая схема), чувствительна к емкости и сопротивлению на линии. Например, два конца могли бы служить датчиками протечки воды на полу))

Из вопросов:
1. Как с наводками? 50Гц, конечно не проходят, но как быть с другими частотами и энергиями?
2. Как с излучением? Судя по потребляемой мощности энергии не так уж и много, но как оценить?
3. Можно рекомендовать к применению данную схему?

Из плюсов "дёшево и просто" следует исключить, ибо моточные изделия никогда дешёвыми не были. Это в одном экземпляре Вы можете намотать колечко самостоятельно.
Насчёт защищённости от наводок Вы и сами сомневаетесь. И правильно, ибо чего же трансформатору вместе с полезным сигналом наводки через себя не передавать?
Так что рекомендовать к применению эту схему можно, пожалуй, лишь в специфических случаях, когда по-другому не обойтись.

Есть готовые трансформаторы 1:1 по 9 руб./шт. Поэтому все же "дешево".
По поводу наводок. Самая распространенная 50Гц и гармоники. Поскольку на входе индуктивность (причем маленькая, около 100мкГн), то для такого низкочастотного сигнала трансформатор превращается в "гвоздь". Моделирование показывает, что практически прямое (через 10 Ом) попадание 220В 50Гц на вторичку трансформатора не оказывает ни какого влияния на работу схемы (правда, моделька с линейной индуктивностью и не учитывает насыщение). К тому же ток под 30А легко расплавит предохранитель на выходе устройства.
И наоборот, высокочастотный 5МГц сигнал (так же 220В через 10 Ом) с учетом индуктивности проводов и входной емкости 560пФ практически полностью шунтируется емкостью. На первичной стороне конечно наблюдается модуляция, но около 10%.
Все становится плохо только в районе 200кГц. Схема в указанных выше условиях не то что не работает, а может и "пыхнуть первичкой" (на коллекторе транзистора порядка 80В).

...вот если трансформатор сделать печатным - первичная и вторичная разделены толщиной платы... и емкость между первичной и вторичной на уровне ёмкости оптрона...

.

Трансформатор можно применить такой: CLP42BNP-101 (SUMIDA)

Такое впечатление, что очередная надуманная проблема, решаемая только с помощью лазерного четырехосевого гироскопа.
Все расчеты с помехами упускают из вида, что им нужно "передавить" достаточно мощный источник питания токовой петли. Конкретное сопротивление линии не укзано или я не нашел на двух страницах? Если оно до 1-2кОма, то не стоит волноваться.
Кроме того, линия, конечно же, витая пара? Тогда все проблемы отпадают вообще.
Для спокойствия я бы зашунтировал диод оптрона маломощным диодиком в обратном включении и - все!

Все равно вдвое дороже оптрона.


Вы читать умеете? Я вам все разжевал и в рот положил, остальное требует знания арифметики в объеме 6 классов школы.

9 руб./шт. по-моему это не цена. А для оптрона нужен источник тока? DC/DC 5В->5В 1W стоит гораздо дороже.

Помимо цены деталей, имеющихся на схеме, есть дополнительные издержки: источник импульсов (лишний порт процессора) и придирчивая ко времени процедура опроса (на время опроса надо запрещать прерывания). Плюс - возможные проблемы с сертификацией на ЭМС.

А вот зачем кнопке обязательно нужна гальваническая развязка - догадаться не могу. Причем, неизвестного качества, у Сумиды напряжение пробоя вообще не указано. Выдержит ли она сетевое или нет - предсказать нельзя.


Не нужен

Спасибо всем ответившим!
дошли руки до тестирования, протестировал схему в первом сообщении и в 7.
Тестирование проводил при помощи сварочного аппарата постоянного тока . Кнопка на проводе длиной 30м, провод свернут в бухту. Также провод к которому подсоединен сварочный электрод свернут в бухту , длина провода примерно 10м толщина с указательный палец. Одну бухту провода вложил в другую и начал сваривать на максимальной мощности , сбоев в работе кнопки не заметил , никаких ложных срабатываний, обои схемы работают нормально.
Посоветуйте как еще можно протестировать?

Прямое попадание бетонобойным снарядом из гаубицы. Если сбоев опять не будет - в Неваду, на ядерный полигон.
Все больше убеждаюсь, что проблема вообще надумана. Токовая петля достаточно помехозащищенный интерфейс.

Рекомендуется FAQ (вопрос "Как имитировать мощные помехи" - ответ от =AK=) -> http://faqs.org.ru/electron/embconst.htm#P2
и вот этот приложенный документ (стр. 19)

P.S. Хотя это скорее для общего развития, лично я согласен с автором выше - проблема надумана, а желание народа ставить гальваноразвязку (оптику, трансформаторы) для защиты от помех неискоренимо, к сожалению (или к счастью - для производителей этих компонентов).