带有用于数字输入的长线的微控制器

电器工程 微控制器 干涉
2022-01-07 12:13:29

我家的门铃按钮连接到GHI EMX 开发板该软件评估一天中的时间并确定门铃是否应该响起。

旁注:这是为了处理我收到的叮当沟恶作剧而实施的。

这一切都很好,除了一个问题,连接到 EMX 板的电线大约 50 英尺(约 15 米)长,并且会产生足够的干扰,让板子认为有人按下了按钮,因此我的门铃在整个过程中以随机间隔响起那天。我的妻子和我的狗都不喜欢这个(但孩子们认为这很有趣)。

我已经尝试通过遵循本文中的建议并实现以下电路来解决问题:

输入的低通滤波器保护

这并没有解决问题,但我确实发现在 1k 中放置一个 3k 电阻并用 40uF 替换 0.01uF 电容器效果更好,但任何超过 3k 的电阻在按下按钮之前都会导致明显延迟铃响了。我的电路的不同之处在于电路板在 3.3V 而不是 5V 上运行(我认为这会使问题变得更糟),而不是连接到地,开关完成了电路(即微控制器和开关之间有两条线)。

在开关和微控制器之间运行的电线是标准的门铃线,没有屏蔽或绞合。不幸的是,用屏蔽线代替门铃线不是一种选择,因为这需要我撕掉干墙。

我在这里查看了以下问题,但这似乎是在处理一个可能与我的问题有点不同的 ADC。任何帮助将非常感激。

更新
阅读更多文档后,似乎虽然微控制器由 3.3V 供电,但它的 I/O 引脚可承受 5V。如果我使用 5V,我可以调整到更高的电阻值,但这有什么帮助吗?

4个回答

原理图没有显示的是巨大的共模 60Hz 嗡嗡声以及接地如何与 AC 线路和电源线瞬变的接近互连。

你的例子是一个很好的例子,说明如何不连接长线。

我可以在未来提出建议吗?

  1. 更喜欢双绞线
  2. 更喜欢平衡的线条
  3. 避免高阻抗输入
  4. 更喜欢匹配阻抗
  5. 避免过多的 LPF(长时间常数)
  6. 包括 RF 上限以抑制瞬变。
  7. 使用铁氧体磁珠(CM 扼流圈)
  8. 避免接地回路(即直接连接到电路)
  9. 使用触点润湿电路(正确的极性 10uF 帽跨非镀金触点)
  10. 对于非常恶劣的 EMI 环境,更喜欢使用同轴电缆。

因为很多选项都没有用。做这些;

  • 卸下船上的大盖并移至远程开关触点。(必须)
  • 移除 3K(1k) 串联电阻并添加铁氧体 CM 套管或类似物
  • 在输入端添加小型 RF 电容。例如 0.001~0.01uF 或任何低电感类型。
  • 用 1k~10K 代替 100K。
  • 在两根导线上添加多匝大铁氧体磁珠。(CM过滤器)

使用此解决方案,开关电路阻抗在闭合时为低阻抗,而在打开时开关电路阻抗为低阻抗。CM 嗡嗡声将被吸收,差分射频噪声被抑制。 在此处输入图像描述

- 上拉到与 uC 相同的电源电压,并在芯片上具有良好的 RF 电容。

一个简单的解决方案可能是让门铃系统保持在您开始这个项目之前的状态,当您不想听到门铃时,只需使用微控制器通过继电器切断门铃扬声器的电源。

更新

我对门铃系统(除了快速的谷歌)不是很熟悉,所以下面假设您至少有两个导体从您的 MCU 运行到开关。

您拥有的 GHI EMX 板有一个 10 位 ADC,因此您可以将 12vDc(或更多)发送到门铃并使用简单的分压器,这样 MCU 的电压不会超过最大 5 伏。然后在软件方面,你要做的就是读取 ADC,如果值 > 1000(你可能不得不玩弄这个数字,1023 是 10 位 ADC 的最大值),那么门铃就被按下了。

它看起来像这样(尽量不要被我出色的图形编辑技能所淹没):

在此处输入图像描述

另一种类似的选择是使用具有更高输入电压的施密特触发器。但这需要额外的部件,并且比 ADC 选项更费力。

编辑

Chris Stratton 的回答很好地说明了当前的流程。如果您将 100k 上拉电阻更改为约 220ohm 的电阻,可能会奏效。

这个问题实际上有一个非常简单的解决方案。

理解这个解决方案的关键是想一想为什么普通的机电门铃会因为类似的干扰而不会响起。答案当然是它需要实际的振铃功率流过闭合电路 - 干扰不会将足够的功率耦合到开路以错误地振铃。

您可以通过使用低值上拉电阻来创建类似的情况,并将门铃按钮接地。一百欧姆的电阻意味着在微控制器输入被拉低到足以读取为“0”之前,必须流过大约 25 毫安的电流。长距离串行通信通常使用 20 mA 电流完成,因此 25 mA 应该足够了,但您可以轻松地向上或向下调整。

您可以通过在微控制器上安装软件来进一步拒绝干扰,该软件要求按钮保持关闭 - 没有间隙 - 大约 100 毫秒,然后才能被识别为有效响铃。

有人可能会说这种方法是在浪费电力,但是只有在按下蜂鸣器的时候才会消耗电力。电阻器确实需要具有功率处理(热)容量,以使按钮卡住的可能性永久关闭,但这不是计算功耗的普通情况。

15 米长的电缆就像天线一样。您需要使用馈通电容器(例如W2F11A4708AT1F)来过滤射频干扰。