Согласование уровней от промышленных датчиков 24в

[RSD]

День добрый. Как можно лучше и дешевле согласовать выход промышленных датчиков 24в с входом ардуинки. На данный момент самый простой способ который я нашел это сопротивление на 220 Ом и зеннер на 5.1В. А вот надежен он или нет не знаю (
Спасибо.

[DWD]

Нет, какая-то ерунда...
При напряжении с датчика 24В и ограничении напряжения на входе МК уровнем 5В через резистор на 220Ом будет течь ток:
(24В-5В)/0,22КОм=86мА,
а на резисторе выделится мощность:
86мА*19В=1640мВт=1,6Вт!
Резистор на 2...5Вт будет греться как печка...

Самый оптимальный способ зависит от типа датчика, от типа сигнала, который он вырабатывает - аналоговый или цифровой, медленно или быстро меняющийся, с низким или высоким сопротивлением и т.д.

То есть, одного универсального решения нет... Вернее, лучше для каждого типа датчика использовать конкретный вариант сопряжения с МК.

Какие у Вас датчики?

[RSD]

Чуть конкретнее в данном случае это датчики положения пневмоприводов от ФЕСТО, SMT-8M-PS-24V. Безконтактный, аналоговый с PNP выходом, нормально открытый. Нагрузка включается между выходом транзистора и минусовым проводом питания.

[Airis]

Резистор на 2...5Вт будет греться как печка...

Расчёт у Вас немного неправильный. Независимо от номинала резистора, максимальный ток, который будет течь через в него =< 20 mA. На то и 4-20мА есть промышленный стандарт для датчиков - устойчивый к помехам и нечувствителен к длиннее (сопротивлении) линии.

R = 220 Ohm
I - 20 mA
Ux = 4,4V
Px = 0,088W

Так что способ с резистор будет работать хорошо.

[RSD]

Protection Details
The Ruggeduino
was designed to withstand common electrical mistakes, thus ensuring your
Ruggeduino will last a long time. This section describes the details of these
protective circuits.
I/O Pin Protection
Every I/O pin is protected by a 5.1V zener diode and 220 ohm 30mA PTC
(resettable fuse). The equivalent circuit is shown in this
figure.


This protection circuit means:
·        Every I/O pin can have up to 24V applied to it andwill still not be damaged.
·        Every I/O pin can be short-circuited to ground andwill still not be damaged
·        Every I/O pin can be short-circuited to another I/Opin and will still not be damaged
In addition, the 220 ohm PTC can take the place of series resistors in many
applications, such as lighting LED’s, driving transistors, and so on. Here is
an example of an Arduino driving a transistor through a series resistor, and
how the Ruggeduino simplifies the circuit due to its built-in 220 ohm series
resistance.

Добавлено (12.03.2016, 14:15)
---------------------------------------------
Взято отсюда ruggeduino

[DWD]

Airis, расчёт у меня правильный, если исходить из того, что выходной сигнал датчика равен 24В.
Если это не так, то, как говорится, каков вопрос - таков ответ.
Нужно давать полную информацию.

Недавно подключал автомобильный датчик расхода топлива, так у него выход вообще с открытым стоком - выходное напряжение зависит от внешнего питания. Подключай почти напрямую к МК...

Добавлено (12.03.2016, 16:01)
---------------------------------------------
А ведь я оказался прав...
Из даташита на датчик следует, что у него внутреннего ограничителя нет - просто контакт, и допустимый для него ток не должен превышать 100мА:


Из этого следует, что подав на датчик 24В, а выход соединив с МК через резистор на 220Ом получите то, что я описал...

Кстати, в даташите написано, что его рабочий диапазон напряжений 10...30В. Так что нет необходимости подавать на него именно 24В. Разве что только в случае, когда бортовая сеть тоже на 24В.

[Олег]

Дело в том что в схеме, которая обсуждается стоит позистор на 30 ма, а не резистор. При превышении тока в 30 ма у него начинает резко увеличиваться сопротивление.

[Airis]

Название темы неправильное. Нет таких "промышленных датчиков 24в". Есть датчики с выходом 4-20mA, или 0-10V, питание которых может быть 24V. Понятно что речь идет о датчкаках 4-20mA, а не об термопрарах или pt100, pt1000.

[Олег]

Понятно что речь идет о датчкаках 4-20mA, а не об термопрарах или pt100, pt1000

Есть большое большие количество цифровых датчиков, оптических, ультразвуковых, индукционных у которых выход ноль-единица, а единица равна напряжению питания или напряжению, поданному на контакты реле. Причем ток нагрузки для разных датчиков может быть разным - на 500мА, точно были, может и мощнее есть. Выход у них может быть релейным или транзисторным (PNP или NPN).
А то что вы написали это аналоговые датчики.

[Airis]

Вряд ли автор создавал тему про датчики у которых выход 0 или 1. Даже если такие датчики питается только от 24V и меньше нельзя, и выходной уровень 0 -24V, ту согласование их с Arduino очень простое - делитель напряжение из двух резисторов и зеннер для защиты входа.

[DWD]

I/O Pin ProtectionEvery I/O pin is protected by a 5.1V zener diode and 220 ohm 30mA PTC(resettable fuse). The equivalent circuit is shown in thisfigure.

Внимательно читаем выделенное.

Из этого следует, что стоит не простой резистор, а термопредохранитель на 30мА...

Есть такие детали - PolySwitch™ PTC Devices называются...

Пока ток не превышает заданый они работают как резистор с некоторым сопротивлением (тем больше, чем меньше ток срабатывания), а при превышении заданного тока резко, за доли секунды, увеличививают сопротивление, ограничивая ток в нагрузке. Когда перегрузка пропадёт и они остынут, сопротивление уменьшается и они готовы дальше работать.

P.S.
О, уже опередили.

Добавлено (12.03.2016, 17:42)
---------------------------------------------

При превышении тока в 30 ма у него начинает резко увеличиваться сопротивление.

Только есть одна неувязочка...
При напряжении с датчика 24В и напряжении ограничения 5В получаем ток 86мА. Явно больше, чем допустимый 30мА.

Это значит, что терморезистор сработает и сразу увеличит своё сопротивление до значения равновесия, ограничив ток значением ~30мА. То есть, примерно, до 19В/30мА=630Ом
Для поддержания такого сопротивления (и тока нагрузки) он должен греться, и на нём будет выделяться мощность 19В*30мА=570мВт=0,57Вт.
То же не слабо...

При типовых размерах корпусов этих устройств, в даном примере он будет греться до температуры, примерно... хм, что-то у меня температура под сотню градусов получается. Значит равновесия не будет. Он скачком увеличит своё сопротивление, то есть, выключится...

Вы считаете это нормальным режимом?..

[Олег]

Вряд ли автор создавал тему про датчики у которых выход 0 или 1

Судя по тому что он предложил схему с позистором, то он имел ввиду именно это. 
А напряжение 24В стандартное в промышленной автоматике - большинство контроллеров работают именно на нем и раньше датчики в основной массе выпускались на 24 В постоянки или 220В переменки. Сейчас есть на 220В переменного тока, 10-30В постоянного тока или универсальные.

[DWD]

Фу ты, жара...
Сходил по ссылке RSD и понял, откуда растут ноги у приведенной схемы.

Дело в том, что это не схема подключения датчика к Ардуино, а схема защиты, встроенная в новый вариант Ардуино - Ruggeduino.

В этом варианте платы каждый порт защищён такой цепочкой, из-за чего все порты выдерживают подачу на вход высокого напряжения значением до 24В.
Вот и всё...

[Airis]

Вы считаете это нормальным режимом?..

Сам режим, когда сработает этот PTC резистор ненормальный. Это может произойти только если коротнуть провода на датчике 4-20мА. В нормальном режиме работы такое не произойдёт.

[DWD]

Короче, так...
С датчиком всё понятно. Если ещё учесть, что в даташите на него указана максимальная выходная частота 180Гц, то...

Правда 180Гц - это для какого-то укороченного варианта датчика (SMT-8MА-PS-24V вместо SMT-8M-PS-24V).
У некоторых других типов датчиков укзана максимальная частота 800Гц.

Теперь можно и схему подключения рисовать.
Ждите... или рисуйте свой вариант.

[Airis]

это не схема подключения датчика к Ардуино

Эту схему можно использовать для подключение датчиков 4-20мА.
Вообще то согласование уровней Arduino и 4-20mA можно сделать одним только резистором 220 Ohm (один конец на GND, второй на аналоговый вход). Работать это будет, но не будет защиты перенапряжение.

[Олег]

Вы считаете это нормальным режимом?..

 Я думаю, что до этого не дойдет, так-как при нагреве у него сопротивление резко увеличивается, он-же не стабилизатор на 30 ма, нагреется, сопротивление возрастет, ток уменьшится, остынет и опять наверх. Там надо подбирать позистор, они делаются под конкретное напряжение с конкретным сопротивлением и током.
 Производители Ruggeduino ставят их на свой контроллер на все входы, заявлена работа до 24 В. Схема топикстартера оттуда.

[Airis]

Ой, только что прочитал что речь не идет о датчиках 4-20 mA.

[Олег]

До чего-же форум неудобный, пока пишешь пост не видишь что появляются новые посты, может и писать больше смысла нет, а мы пишем одно и то-же по кругу  .

[DWD]

Схема.
Думаю, достаточно обыкновенного резистивного делителя:



Так как входное сопротивление Ардуино большое, а выходное датчика - малое, то резисторы делителя лучше взять высокоомные.
Это повысит максимальное значение напряжения пробоя, уменьшит токи перегрузки и с учётом влияния ёмкости стабилитрона, монтажа и Ардуино, позволит обойтись без противопомехового конденсатора.

В то же время сопротивления резисторов делителя достаточно малы, что бы свободно транслировать частоты до единиц КГц без искажения фронтов импульсов.