长线对信号有影响吗?

电器工程 ldr
2022-01-13 11:23:37

我将需要从我的微控制器模拟输入到LDR或类似传感器的大量电线。电线的长度可能在 100m 左右,那么它会对 ADC 的读数产生影响吗?无论如何我可以减少影响吗?

4个回答

是的,通常您不会将传感器放置在距离 ADC 100 米的地方。

为什么?由于该长度的电线会因铜线的电阻而经历电压降,因此快速估算以证明,使用 24 AWG(线规图),电阻约为 8 欧姆。

使用欧姆定律并说 10mA 的电流(我猜,小信号电平)相当于大约 0.1 伏的下降。

V = I * R
voltage drop = 10mA times 8 ohms
V = 0.010 * 8 = 0.08
or approximately 0.1 V. 

如果是 2% 的 5V 信号,就足以失去准确性。

通常,要使信号在更长的距离上可靠传输、抗干扰以及处理线电阻,您可以做一些事情。

首先是增加电压,比如使用 24 伏信号而不是 5V(或 3.3V)或任何 ADC 输入的限制。这很有用,这也是RS-232 (EIA-232) 串行协议用来提高远距离通信可靠性的方法。

第二种是使用电流环,其中信息被编码为电流差,这样LDR值在传感器附近编码,电流环跨越100米的距离。这将需要在距离的任一端有一个电流环路收发器,并且环路的至少一端应该有一个强大的电源来为环路提供必要的电力。

第三种方法是使用差分信号,其中两条线(平衡传输线)横跨在 LDR 传感器和 ADC 之间。这两个值之间的差异是实际信号这具有非常好的共模干扰抑制(过滤)。示例包括RS-422和大多数以太网模式。有用于 RS-422 的线路驱动器 IC,类似于用于 RS-232 串行通信的流行的 MAX232 收发器/驱动器。

它可能会接收干扰。也许您可以使用与麦克风相同的电路设计,将两条 LDR 线放在屏蔽电缆内,负载相等,另一端有一个差分放大器。

由于您要使用 ADC,我猜您的 LDR 信号相对于信号传播 100 m (500 ns) 所需的时间变化缓慢,因此您无需担心传输线效应

如果传感器的电阻以千欧为单位,电线的电阻也可能不会影响它。电线本身可能是 50 欧姆左右。

实际上,如果您的 LDR 信号相对于干扰变化缓慢,则差分放大器可能会过大,您可以使用低通滤波器滤除干扰。

您的 100 m 电线将充当 1 个大天线,接收各种 EMI(电磁干扰)。正如 endolith 建议的那样,您可以使用屏蔽电缆,也可以使用不错的双绞线(不错 = 每米有足够的捻度)。
导线末端的较低阻抗也会降低 EMI,但阻抗越低,导线电阻器的作用就越大。您可能需要针对损失调整 ADC 读数。

这将是 AT-tiny 的理想应用,它是一个 8 针 AVR。闪烁 Tiny 以循环进行 ADC 转换,并通过对数字化信号进行位敲击在 100m 的电线上传输您的信息。鉴于信号的变化非常缓慢,您可以以低波特率(例如,2400bps)发回单个字节,例如每秒一次。在 100m 的电线上以模拟信号的形式返回信号,您很容易收集到一堆不需要的噪声,而数字信号应该不受这些噪声的影响。