Comunicação óptica isolada de fio único: 4 etapas (com imagens)

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

Olá, para um projeto de aquário eu precisava de um longo fio elétrico que pudesse:

• fornecer energia ao dispositivo
• permitir comunicação

De outros

• Corrente e tensões estão baixas
• O fio tem +/- 3 m de comprimento
• Transferências de dados lentas
• Comunicação bidirecional, half duplex
• Espaço limitado no dispositivo
• Isolamento galvânico

A comunicação é entre 2 dispositivos. O dispositivo pode ser um Arduino, Raspberry PI ou outro dispositivo usando os pinos digitais.

Passo 1:

Alguns sensores, como o DS18B20, usam 3 fios para fornecer energia e se comunicar com outro dispositivo. Neste projeto os fios têm as seguintes funções:

• + 5V
• Chão
• Dados (0 / + 5V)

Depois de algumas pesquisas na rede, não consegui encontrar algo simples que pudesse ser facilmente implementado. A maioria das configurações é baseada em determinados chips e protocolos com muitas opções que eu não precisava. Embora eu tenha encontrado alguns bons exemplos que poderiam ser adaptados às minhas necessidades, como:

• NXP, AN2342, https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN23…. figura 5
• EmSa, https://www.esacademy.com, Posso fazer o desacoplamento galvânico do meu barramento I2C?
• Embedded, https://www.embedded.com/print/4025023, figura 1

Para ser flexível, decidi construir um circuito, usar peças padrão / comuns, programar um protocolo simples. Nota: Como este projeto é usado em outro projeto, irei explicar a construção do circuito e a programação do programa de teste. Sinta-se à vontade para usar isso em seu próprio projeto, você precisa criar um protocolo adequado às suas necessidades.

Etapa 2: Lista de peças

• Fonte de alimentação + 5V
• Fio elétrico doméstico flexível com 3 condutores
• Perfoboard 5x7cm
• 2x resistor 470Ω
• 1x resistor 680Ω
• 2x resistor 1kΩ
• 2x diodo (por exemplo, 1N4148)
• 2x optoacoplador EL817
• Conduziu
• Cabeçalho de pino fêmea 2 pino
• Pin header feminino 3 pin
• Pin header feminino 4 pin
• Cabeçalho redondo fêmea 6 pino
• Cabeçalho redondo feminino 4 pino

Também são necessárias algumas ferramentas: pinças, cortadores, torno, ferro de soldar, pavio, suporte.

Como soldar:

Esteja ciente dos riscos à segurança e use equipamentos de proteção individual.

Etapa 3: esquemático

Explicação do esquema:

Devido ao espaço limitado, o lado direito do esquema é alojado na máquina com o dispositivo 2. O lado esquerdo do esquema é o volume e é operado pelo dispositivo 1. Entre os lados esquerdo e direito do condutor de dados.

• A “SAÍDA” digital do lado direito é protegida por um diodo.
• O optoacoplador “OUT” é protegido por um diodo.
• Para limitar a corrente, um resistor está na frente do pino 1 dos optoacopladores "IN" e "OUT"
• O pino 2 dos optoacopladores é conectado ao aterramento
• O emissor do pino 3 é aterrado com um resistor
• O coletor do pino 4 é alimentado com energia

Para visualizar a transferência de dados, um led é conectado à linha de dados. O valor do resistor depende do led e do brilho desejado. Aviso: Se o valor do resistor for muito baixo, muita corrente queimará o pino do dispositivo 2 ou o optoacoplador “IN” não será acionado corretamente.

Veja a tabela:

• Se “OUT1” ou “OUT2” for “HIGH”, a linha de dados será + 5V.
• Se “OUT1” ou “OUT2” for “LOW”, a linha de dados será 0V.
• No pino “IN1” ou IN2”o valor da linha de dados pode ser lido.

No Fritzing, o layout das peças no painel é determinado. Os diodos e resistores são posicionados verticalmente, veja as linhas amarela, laranja e vermelha. As linhas azuis são os condutores sob o painel de desempenho.

Etapa 4: Programação

Para testar se o circuito está funcionando, você pode usar os programas anexados.

O dispositivo 1 é o mestre e deve ser alimentado por último. Ele enviará uma certa sequência de bits. Nos primeiros 8 bits de inicialização, 1 bit de parada e, em seguida, uma sequência “on” e “off”.

O dispositivo 2 é o escravo e deve ser alimentado primeiro. O programa começará a ler a linha de dados. Quando 8 bits de inicialização são lidos. O programa começará a gravar os bits. Quando 8 bits são gravados, o programa retornará os bits.

Durante a troca de dados, os bits “on” e “off” podem ser monitorados pelo led piscando e pelos leds (pino 13) nos dispositivos.

Quando sua solda estiver ok e os programas estiverem carregados, você verá os leds piscando parecido com o led do vídeo.

(Para evitar curto-circuito, os condutores de metal podem ser revestidos com epóxi)