Melhor abordagem para sensores de longa distância

O projeto

Então, eu tenho uma ideia do projeto. (gemido)

Quero monitorar vários sensores de movimento e / ou ultrassônicos para criar um alerta de proximidade simples. Quero "implantar" sensores em pontos-chave ao longo do perímetro da minha casa (ao ar livre). Mais tarde, gostaria de enviar notificações de onda z para o meu controlador doméstico e tocar um tom de alerta suave para sinais grandes, mas ... passos de bebê ... Por enquanto, vou me contentar com uma saída simples (um LED aceso fará ) apenas para fazer as coisas funcionarem.

O problema

Estou ciente dos componentes de que preciso e tenho uma idéia para o esboço para conduzi-lo (com um ou mais sensores que um Uno 3 pode suportar após blindagens), mas estou com uma certa perda de distância. Eu tenho uma escolha entre vários Arduinos com seus próprios sensores, cada um se comunicando de volta para a base ou um Arduino no loft com vários sensores e um conjunto de cabos tipo hidra para cada um, além de um ÚNICO consumo de energia. Eu gosto da última abordagem, pois é menos dispendiosa de várias maneiras e certamente é mais barata (especialmente considerando as blindagens de rádio).

A questão real

O que eu quero são recomendações sobre como abordar (se possível) a conexão de longa distância dos componentes do sensor com o Arduino. Especificamente:

Será que alguns dos Cat-5 extras que eu tenho por aí podem ser uma boa combinação para isso?
Se não, por que (estou tentando aprender - é só uma referência a uma boa leitura)?
Existe uma alternativa que eu não tinha considerado?
Estou tentando correr antes que eu possa andar?
Mãe, eles separarão seu filhinho? *

* Ok, então isso é apenas uma referência do Pink Floyd. Estou começando a usar o Arduino como um novo hobby ( sou engenheiro de software por profissão, sem experiência ou experiência em EE). Atualmente, estou enfrentando o problema de "não saber o que preciso saber para fazer uma boa pergunta". Por favor, perdoe qualquer preguiça percebida e sinta-se à vontade para me ensinar. :-)

Atualizar

Mais pesquisas revelaram esse tópico, onde alguém sugeriu que isso é viável, mas o OP disse que um sensor não responderia. Um respondente disse que o fabricante de um sensor sugeriu um filtro passa-baixo no lado do sensor da conexão, o mais próximo possível. Pensamentos?

Além disso, ocorre no meu histórico de engenharia de rede que, se vários cat-5 executam em direções diferentes, desperdiçam pelo menos 2 de 8 fios, talvez um cabo de dados telefônicos de 2 pares também funcione perfeitamente, desde que as dicas sejam soldadas para torná-las sólidas levando para a tábua de pão. Mais uma vez, pensamentos?

arduino distance Joshua Nozzi
fonte

O Z-Wave é uma implementação de rádio para automação residencial em torno de 900MHz; para aqueles que não estão familiarizados com isso.

JYelton

@ JYelton Obrigado - eu deveria ter ligado isso. A camada de notificação não é importante neste estágio, porém, apenas a viabilidade do meu "sensor no final de uma execução de CAT-5" (ou alternativas com fio).

Joshua Nozzi

Dependendo da flexibilidade que você tem ao projetar seus módulos de sensores, uma abordagem comum e antiga de sinalização / sensor tradicionalmente usada com cabos longos em aplicações industriais é a sinalização de 4-20 mA ou 10-50 mA - o cabo e o módulo do sensor formam um loop de corrente , o módulo que regula a corrente através dele, de 4 mA (mínimo analógico ou digital LOW) a 20 mA (analógico em escala real ou digital HIGH). Circuito aberto = 0 mA = alarme offline do sensor. Curto-circuito = Limite de corrente = alarme em curto-circuito do sensor.

Anindo Ghosh

O uso de uma sinalização de loop de corrente fornecerá o benefício adicional de identificar violações de segurança que ignoram um determinado sensor. Gostaria que eu transformasse isso em uma resposta?

Anindo Ghosh

@ AnindoGhosh Muito informativo. Sim, de outro usuário do StackExchange em outra comunidade, isso soa como uma resposta aguardando publicação. :-) Obrigado. Enquanto isso, tenho que pesquisar no Google. Um diagrama de circuitos de como isso pode ser feito (Arduino ou não) percorreu um longo caminho, já que estou começando a ser capaz de lê-los.

Joshua Nozzi

Respostas:

Parafraseado dos meus comentários acima

Dependendo da flexibilidade disponível no projeto dos módulos de sensores, uma abordagem comum de sinalização / sensor tradicionalmente usada com cabos longos em aplicações industriais é a 4-20 mA ( padrão de sinalização de loop de corrente de ou 10-50 mA para lances mais longos ou ambientes intensivos para EMI ) .

O cabo e o módulo sensor formam um loop de corrente, regulando o módulo através dele
Uma corrente de 4 mA indica o mínimo analógico ou digital LOW
20 mA indica ALTO analógico ou digital em grande escala
Circuito aberto = 0 mA = alarme offline do sensor
Curto-circuito = limite de corrente = alarme em curto-circuito do sensor

Os módulos de sensores industriais geralmente são projetados para serem alimentados pelo mesmo loop de corrente, eliminando assim a necessidade de fontes de alimentação locais. Isso é viável, é claro, apenas se o módulo sensor não exigir corrente superior a 4 mA no inversor.

Existem várias opções para sinalizar a regulação atual, como o uso de BJTs, MOSFETs ou peças complementares do TrenchFET.

No final da coleta de dados, a voltagem gerada através de um resistor de derivação é amplificada usando um amplificador operacional, para sensores analógicos. Os sinais digitais podem ser capturados usando um circuito comparador adequadamente aparado, projetado com alguma histerese.

Dependendo de qualquer raio ou outro risco de alta tensão percebido ao longo dos cabos de transmissão, podem ser recomendados amplificadores de isolamento em vez de amplificadores operacionais convencionais para amplificar a tensão de derivação. Isso garante que os dispositivos de coleta de dados sejam protegidos contra possíveis diferenças que podem surgir por indução, diferenças de potencial de terra ou outras causas.

Por exemplo, o amplificador de isolamento totalmente diferenciado AMC1100 da TI foi projetado especificamente para detecção de derivação de corrente com isolamento de alta tensão.

Uma vantagem adicional do uso de uma abordagem de sinalização de loop atual é que as violações de segurança do sistema de segurança doméstico implícitas na pergunta podem ser detectadas se algum sensor estiver em curto ou desconectado.

Anindo Ghosh
fonte

Obrigado por isso. Isso me dá muito o que estudar. Importa-se de esclarecer algo para mim? Estou lendo muito a frase "fonte de alimentação do sensor". Isso me leva a acreditar que o próprio sensor deve ter seu próprio suprimento separado do Arduino. É esse o caso ou eu entendi errado (por exemplo, "a fonte de alimentação proveniente do Arduino pode ser 'a fonte de alimentação'")?

Joshua Nozzi

@ JoshuaNozzi Isso depende de qual sensor estamos falando. Para algo como um resistor dependente da luz, nenhuma fonte adicional é necessária. Para um microfone de eletreto, é necessária uma baixa tensão de polarização, sem corrente significativa. Para um sensor de eco ultrassônico, são necessários alguns miliwatts a alguns volts. Em alguns casos, o fornecimento do Arduino é suficiente; em outros casos, é necessária energia adicional. Muitos sensores = fornecimento total necessário ultrapassam o que o regulador do Arduino pode fornecer.

Anindo Ghosh

Por enquanto, eu ficaria feliz em obter este trabalho (ainda não entregue): amazon.com/gp/product/B009BTHQ26/ref=oh_details_o02_s00_i00 - parece ser o mesmo componente básico deste (apesar do conector): sparkfun.com/products/ 8630 - um guia pode ser encontrado aqui: bildr.org/2011/06/pir_arduino Isso provavelmente vale uma pergunta separada, mas estou tentando descobrir como sua resposta me afeta com esse componente relativamente barato em particular. Até a comunidade, se eu publicar separadamente.

Joshua Nozzi

Outro aparte para quem segue, não estou tão preocupado com sabotagem, pois esse não é tanto um sistema de segurança, mas uma extensão dos sentidos. Ele nunca aciona um alarme, apenas uma notificação e as tentativas de ocultá-lo o acionariam, então não há como se esconder para cortar o fio em primeiro lugar se estiver posicionado e direcionado corretamente (mas, novamente, não é para alarme , apenas notificação). De qualquer maneira, essa é a minha teoria, portanto, o aspecto de detecção de violação não é uma preocupação.

precisa saber é o seguinte

@ JoshuaNozzi Eu tenho exatamente o mesmo módulo sensor PIR, comprado no eBay por US $ 1,90. Ele usa 5 volts a cerca de 7 mA para alimentá-lo, e a saída é um sinal de 5 volts. A saída pode ser conectada a um MOSFET na extremidade do sensor para sinalização de loop de corrente: Gate low = Rds high, portanto cerca de 7 mA consumidos. Gate high = Rds low, então limite para 20 mA ou mais e você estará bem. Merece uma pergunta separada para mais detalhes, sugiro.

Anindo Ghosh