Messignal über 50m Übertragen

Wie stark ist die Signalquelle?
Im einfachsten Fall kann man das Signal direkt einfach so übertragen. 
Wenn der Empfänger einen hohen Eingangswiderstand hat, fällt dabei 
theoretisch keine Spannung ab. Wenn Störungen auftreten, kann man das 
Kabel schirmen.

Als nächste Möglichkeit würde ich dann die digitale Übertragung sehen, 
entweder direkt UART oder RS-458. RS-323 kenne ich nicht. ;-)

Wahrscheinlich zu aufwendig wäre, das Signal Delta-Sigma zu wandeln.

Dussel schrieb:
> RS-458. RS-323 kenne ich nicht. ;-)
RS-458 kenne ich auch nicht. RS-485 gibt es aber. :D

Dussel schrieb:
> Im einfachsten Fall kann man das Signal direkt einfach so übertragen.

Und auch in schwierigen Fällen - eine geschirmte Leitung vorausgesetzt.

Dieter D. schrieb:
> Die reine analoge Lösung wäre a) aber bei 50m wirst Du einen starken
> Tiefpass gegen Störungen benötigen.

Darum haben ja auch Mikrofon-Eingänge immer noch ein TP-Filter mit 10 Hz 
vorgeschaltet :-(

Dussel schrieb:
> Dussel schrieb:
>> RS-458. RS-323 kenne ich nicht. ;-)
> RS-458 kenne ich auch nicht. RS-485 gibt es aber. :D

Ich kenne auch RS-323 nicht, jedoch RS-232 sehr wohl. 😀.
Da war ein Meister des Zahlendrehens am Werk ...

Tom schrieb:
> Ideen:
> a)
> b)

c.1) Spannungs Frequenz Wandlung (gibt fertige ICs)
c.2) Übertragung über das Medium deiner Wahl (Faser, Kupfer, Funk ...)
     Auch über Stromänderung möglich falls Speisung nötig
c.3) Keine Wandlung am Empfänger da Controller Zeiten direkt messen 
können

Du müsstest schon was sagen über die Anzahl der Leitungen, den 
Innenwiderstand der Quelle (also was für ein Signal hast Du) und ob 
welche Spannung am Sensor zur Verfügung steht.

Prinzipiell sind 3V kein Problem, aber Kabelbruch/Kurzschluss z.b.. oder 
Widerstände, Störungen, ...

Toby P. schrieb:
> Tom schrieb:
>> Ideen:
>> a)
>> b)
>
> c.1) Spannungs Frequenz Wandlung (gibt fertige ICs)
> c.2) Übertragung über das Medium deiner Wahl (Faser, Kupfer, Funk ...)
>      Auch über Stromänderung möglich falls Speisung nötig
> c.3) Keine Wandlung am Empfänger da Controller Zeiten direkt messen
> können

d) Analog, differentiell, geschirmtes, symmetrisches Kabel. Wie bei 
Mikrofonen.

Tom schrieb:
> Gibt es einen Chip der, das direkt kann (Analog in => RS-323)?

AD wandeln, mit UART ausgeben: viele Mikrocontroller können das. Muss ja 
nicht RS232 sein auf der Leitung, sonst eben einen MAX232 o.ä.

Tom schrieb:
> Zielsystem ist ein ATMEGA328p, welcher das Signal verarbeitet.

Dann passt das doch, der kann's empfangen.

> a) Umsetzten in Strom-Signal (0-20mA)

So wuerde ich es machen. Deine 3% Fehler sind da kein Problem und es 
gibt
auch jede menge fertige robuste ICs die dir weiterhelfen.

Olaf

Olaf schrieb:
>> a) Umsetzten in Strom-Signal (0-20mA)
>
> So wuerde ich es machen. Deine 3% Fehler sind da kein Problem und es

Was soll denn daran denn besser sein, als das Signal direkt zu 
übertragen?

Ich finde es erschreckend, welch aufwendige Vorschläge hier für ein 
einfaches Problem gemacht werden. Es zeigt letztlich, daß keinerlei 
praktische Erfahrungen vorhanden sind.
Anstatt irgendeinen Vorteil zu bringen, erhöhen die vorgeschlagenen 
"technischen Erweiterungen" nur die Ausfallwahrscheinlichkeit.

m.n. schrieb:
> Was soll denn daran denn besser sein, als das Signal direkt zu
> übertragen?

Reduziert Problem durch Einstreuung. Aber bei 5 Messungen / Sekunde kann 
man die auch herausfiltern.

Dieter D. schrieb:
> Die reine analoge Lösung wäre a) aber bei 50m wirst Du einen starken
> Tiefpass gegen Störungen benötigen.

Gegen Störungen hilft differentielle Übertragung.

Hannes J. schrieb:
> Ich würde zum Beispiel erst mal auf der Sendeseite keinen Aufriss mit
> einem Mikrocontroller machen wenn da noch keiner ist. Statt dessen eine
> U/f- (die Amerikaner nennen es V/F-) Wandlung. Zum Beispiel mit einem
> AD7740. Dann ein passender Leitungstreiber (passend für den Leitungstyp,
> -länge, erwartete Störungen, ...), und ab die Post.

Nach dem U/F-Wandler noch einen Inverter und dann das Orginal und das 
invertierte Signal übertragen, gegebenenfalls noch Leitungstreiber 
benutzen.
Durch die zusätzliche Übertragung des invertierten Signals kann man 
recht einfach Störimpulse eliminieren. Signale von Wegmessgebern werden 
bei uns auf diese Art und Weise übertragen (ca. 1 - 2MHz).

Wolfgang schrieb:
> Gegen Störungen hilft differentielle Übertragung.

4-20mA ist sehr niederimpedant. Da stört selten was. Ausserdem ist es ja 
quasi differntiell (also ein bisschen) wenn du den Strom über eine 
verdrillte Leitung hin und zurück überträgst.

Nachteil ist die Signal -> D oder A/A -> A/D Wandlung. Das macht das 
ganze aufwendig. Ausserdem ist es schlecht galvanisch zu trennen. Grüße 
vom Blitz oder ner Potentialdifferenz.

U/F gewandelte Signale lassen sich mit einem simplen Optokoppler 
galvanisch trennen und auswerten. Kann man per POF übertragen per 
Stromänderung oder auch differentiell. Ausserdem gibt es die Chips mit 
10-30 V Supply (Industrie, PKW und LKW Spannung). Da entfällt oft der 
Spannungsregler. Die Auflösung (häufig auch die Genauigkeit) ist weit 
über der von A/D Wandlern. Ist halt time Domain.

Man kann das Signal auch überall messen ohne Leitungen aufzutrennen. 
Fast jedes DMM hat heute einen Frequenzzähler und die Anzeige ist meist 
sinnvoller als bei 4-20mA.

Hab das oft benutzt, heftige Anwendungen auch auf See. Der Teil lief 
immer.

> 4-20mA ist sehr niederimpedant. Da stört selten was.

Es zeigt seine Zuverlaessigkeit seit >50Jahren in Millionen von 
Anwendungen jeden Tag in der Industrie. Und wenn man mit 4mA auskommt 
kann man sich ein Netzteil und oft auch eine zusaetzliche 
Potentialtrennung sparen.
Selbst wenn man digital Uebertragen moechte macht man gerne 4-20mA mit 
HART.

Olaf

Ich habe nun nicht alles hier gelesen, aber...

Wenn du am Signalort genug Strom/Spannung hast um eine 
4-20mA-Schnittstelle zu realisieren, dann sollte es auch einfach sein, 
das Signal direkt vor Ort zu digitalisieren und dann z.B. über eine 
drahtlose RS232-Verbindung zu transportieren.

Willst du das nicht, dann ist die 4-20mA-Variante imho am 
geschicktesten.

Versuche immer auf irgendwelche Standards zu setzen, alles andere fällt 
dir später auf die Füße, oder noch später anderen.

Grüße und bleibt gesund!
Nase

H.Joachim S. schrieb:
> Ach ja - aber du...
> Die Stromschleife ist wie von Olaf schon beschrieben auch heute noch
> eine ganz wichtige und störfeste Schnittstelle. Nebenbei mit dem Charme
> der Fernspeisung.

Er nun wieder.
Da möchte ich gerne wissen wie bei 0 mA die Fernspeisung funktioniert.

Lothar M. schrieb:
> Tom schrieb:
>> Problem:  0-3V Spannungs-Signal sollte mit max. 3% Fehler
> Diese Angabe ist eigentlich unsinnig. Denn 0,00V+-3% geben auch 0,00V.

Oh, wohl noch nie etwas von einem Offset/Bias gehört? Nur weil ein 
Multimeter 0 V anzeigt, kann trotzdem eine Eingangsspannung vorliegen.
Fehlerangaben beziehen sich in der Regel immer auf den Endwert, ob nun 
rel.-prozentual oder absolut.

> Da möchte ich gerne wissen wie bei 0 mA die Fernspeisung funktioniert.

Hm..ich zitiere da mal jemanden:

   Oh, wohl noch nie etwas von einem Offset/Bias gehört?

 .-)

> Tom schrieb:
> > a) Umsetzten in Strom-Signal (0-20mA)

Ja, weil er es nicht besser weiss. Es hindert einem auch niemand daran 
anstatt 4-20mA einfach 0-20mA zu machen. Wenn man vor Ort eine 
Stromversorgung hat dann ist das kein Problem. Man kann auch 10-20mA 
machen. Ganz wie man bock hat. Schliesslich will man hier ja keine Norm 
erfuellen sondern seine Daten uebertragen. Und da bietet es sich 
irgendwie an etwas zu nehmen wo es bergeweise Standard-ICs fuer gibt. 
Aber natuerlich muesste man dann vielleicht auch mal ein Datenblatt 
lesen und einen Widerstand dimensionieren. Aber wer sich dadurch 
ueberfordert fuehlt darf sich gerne den Arsch aufreissen und alles 
digital uebertragen.

Wer was dazu lernen will, TI hat einen mehrteiligen Kurs fuer Einsteiger 
gemacht der das Thema komplett beleuchtet:

https://e2e.ti.com/blogs_/archives/b/precisionhub/archive/2014/11/04/two-wire-4-20-ma-transmitters-background-and-common-issues

Olaf

Variante B ist wohl das geläufigste, evtl auch mit 4-20 mA. RS-485, CAN 
oder I2C bieten sich da als Protokolle an. Ethernet (mit POE zum Adern 
sparen) ginge auch, ist aber noch aufwändiger und overkill.

Lothar M. schrieb:
> Tom schrieb:
>> Problem:  0-3V Spannungs-Signal sollte mit max. 3% Fehler
> Diese Angabe ist eigentlich unsinnig. Denn 0,00V+-3% geben auch 0,00V.
> Mit sinkender Spannung würden also die Anforderung an die
> Übertragungsstrecke steigen. Die Anforderungen können also nur lauten
> 0-3V mit max. 0,1V Fehler.

Diese absolute Angabe ist genauso unsinnig, da dabei auch die 
Anforderung steigt, aber mit steigender Spannung! Den Widerständen auf 
deiner Platine ist es übrigens egal ob 1 V oder 25 V anliegen, die haben 
z.B. immer 1 % Toleranz. Daher gibt man üblicherweise beides an.

Nase schrieb:
> Wenn du am Signalort genug Strom/Spannung hast um eine
> 4-20mA-Schnittstelle zu realisieren, dann sollte es auch einfach sein,
> das Signal direkt vor Ort zu digitalisieren und dann z.B. über eine
> drahtlose RS232-Verbindung zu transportieren.

schöne 4-20mA Devices werden als 2-Draht ohne zusätzliche Speisung 
realisiert. Also am Steuergerät 12V bereitstellen und den Strom messen.

Naja...gib ihm wenigstens drei Drähte, dann kann er z.B. noch eine 
Status-LED oder sowas unterbringen.

Ich würde allerdings auch eine Stromübertragung wählen. 0-20mA sind gut 
zu machen, 4-20mA sind nur dann notwendig/sinnvoll wenn du auch eine 
Drahtbruchüberwachung haben willst. Aber auch dann gibt es keinen Grund, 
das nicht z.B. auch mit 2-20mA zu erreichen. Warum einige auf den 
4-20mA-Standard bestehen verstehe ich nicht.

Wenn es doch digital sein soll, würde ich CAN-Bus wählen, hab damit aber 
noch nie gearbeitet.

Die technischen Gründe sind mir durchaus bekannt. Bei den ICs, die ich 
kenne, müßte man die 4V-Untergrenze allerdings selber implementieren. 
Wozu der Mehraufwand, wenn er nicht nötig ist? Allzumal man dann auch 
wieder mit OPVs in der Auswertung rumeiern muß anstatt einfach einen 
Widerstand zu nehmen.


Harald W. schrieb:
> Ganz einfach deshalb, weil es ein Standard ist. 2...20 wäre dagegen
> eher proprietär.

Ja, das ist natürlich maximal sinnvoll...oh man...

> schöne 4-20mA Devices werden als 2-Draht ohne zusätzliche Speisung
> realisiert.

Das hat nix mit Schoenheit zu tun. :-)
2-Draht ist einfach fuer den Kunden billiger und macht auch die Geraete 
einfacher, hat aber den Nachteil das man mit sehr wenig Energie 
auskommen
muss. Daher kann man nicht alles so realisieren.

> Also am Steuergerät 12V bereitstellen und den Strom messen.

Ueblicherweise stellt man bei 4-20mA 24V bereit. Die Geraete selber 
benoetigen aber weniger. In der Regel bemueht sich ein Hersteller so zu 
entwickeln das er mit 12V auskommt. Das bedeutet das weitere 12V in 
einem langen Kabel abfallen koennen ohne das es dadurch zu Problemen 
kommt. Es gibt auch Display die man einfach in Serie ins Kabel klemmen 
kann. Die klauen sich dann 3-4V und koennen damit den Strom anzeigen.
Aber es hindert einem auch niemand daran so gut zu entwickeln das man 
mit 5V auskommt. Das duerfte so ungefaehr die untere Grenze sein mit der 
ein XTRxxx funktionieren kann.

Es geht hier aber nicht darum den Standard einzuhalten, man sollte nur 
innerhalb seiner Grenzen bleiben damit man gut verfuegbare und 
preiswerte ICs  verwenden kann. Wer auf Digital steht kann auch gerne 
ein HART-Modem nehmen, das heisst nicht das er dann auch HART 
implementieren muss, aber man kann halt den Modemchip kaufen.

Olaf

Wühlhase schrieb:
> Aber auch dann gibt es keinen Grund,
> das nicht z.B. auch mit 2-20mA zu erreichen. Warum einige auf den
> 4-20mA-Standard bestehen verstehe ich nicht.

Ich bin mir nicht sicher, ob Dir bewusst ist, dass mit den 4mA die 
komplette Auswerteleketronik laufen muss mit Reserve zur eigentlichen 
Messung.

Natürlich kann man heute mit 2mA die meisten µC betreiben, zur Zeiten 
des Standards war das aber schon eine Herausforderung.

Wenn Du dagegen noch eine Spannungsversorgung zur Verfügung hast (also 
in Summe 3 oder mehr Drähte), dann wäre 1mA sicher mehr als ausreichend. 
Oder wenn Du nur AN/Aus (+Kabelbruch Kurzschluss) brauchst, wie bei 
NAMUR.

Ich hab mal mit einem XTRirgendwas so eine Sensorauswertung gebaut, 
allerdings mit drei Drähten und 12V.

Sensorseitig ein Transistor zur Strombegrenzung, auf der 
Auswertungsseite habe ich mit mit einem Widerstand und einem 
Spannungsfolger begnügt, der ging direkt an einen ADC.
Ich hab damals eine 2-20mA-Schnittstelle gebaut weil ich einerseits 
Kabelbruch detektieren wollte, 4mA waren mir aber zuviel 
Meßbereichsverschwendung. Aber das mußte ich mit einem Offset am 
XTR-Eingang selber bewerkstelligen, das hat der XTR nicht von alleine 
gemacht.

Und wie gesagt, deswegen wundere ich mich ein wenig darüber, daß manche 
auf der Untergrenze von 4mA bestehen. Vor allem, wenn kein Zwang dazu 
besteht.
Vor dreißig Jahren hatte die jedenfalls sicher mehr Berechtigung als 
heute, der XTR jedenfalls kam auch mit den niedrigen Strombereichen gut 
klar.

Wenn der TO eine Zweidrahtleitung bauen will, dann ist das mit den 4mA 
eine andere Nummer (wobei ich das dennoch für viel halte, heute 
jedenfalls).
Aber wie gesagt - zwingend notwendig ist das nicht unbedingt, wenn drei 
Drähte in Ordnung sind.

Tom schrieb:
> ich habe bisher über "weite Strecken" noch keinerlei Erfahrungen.
> Was ist aus eurer Sicht die beste Lösung?
> Problem:  0-3V Spannungs-Signal sollte mit max. 3% Fehler über ca. 50m
> übertragen werden; Updatefrequenz ca. 5Hz.
> Ideen:
> a)
> b)
> Tom

Dann nimm ein Telephon, damit schaffst Du locker die Entfernung Erde <-> 
Mond.

> Natürlich kann man heute mit 2mA die meisten µC betreiben, zur Zeiten
> des Standards war das aber schon eine Herausforderung.

Die Realitaet sieht heute noch anders aus. .-) Man verwendet 3.8mA noch 
gerne als Fehlerzustand.

https://www.divize.com/techinfo/namur-ne43.html

Du kannst dann also nur bis etwa 3.6mA fuer dich nutzen. Damit betreibst 
du dann mehrere Mikrocontroller, das LCD, die Bildschirmbeleuchtung und 
diverses weitere Zeugs.

> Will ein paar uralte Temperaturmodule als Zimmertemperatur-Anzeige
> nutzen und die haben eine "uralte" Schnittstelle...

Mal abgesehen davon das dies nicht gerade eine besonders korrekte 
Interfacebeschreibung ist, auch ein DS1820 ist ein Temperaturmodul und 
hat
keine uralte Schnittstelle. Wenn man nicht mehr will als nur die 
Temperatur dann scheint mir das die zweiteinfachste Loesung zu sein. (so 
nach NTC oder Diodenkennlinie)

> OK, ich will den TH nicht kapern, aber die bisherigen Lösungen haben
> wenig mit Basteln zu tun!

Das ist quatsch. Alles was du hier siehst ist basteln. Profi ist wenn du 
mit 4-20mA 16Bit Aufloesung bei -40 bis +85Grad uebertraegst und die 
diversen EMV, SIL, HART und Vibationstests machst. So ein STandard 
XTRxxx laut Datenblatt zu verwenden ist eher Kinderkram.

Wuerde ich fuer mich privat sowas erfinden/nutzen dann wuerde ich eine 
persoenliche 10-20mA Schnittstelle erfinden. Damit koennte man naemlich 
die ganzen Standard-ICs verwenden und haette deutlich mehr Energie.

Und dann kann man noch darueber sinnieren ob man bei 50m nicht 
vielleicht auch einfach zwei ESP8266 verwenden kann. Jedenfalls wenn 
einem Energie zu den Ohren rauskommt. :-)

Olaf

>4-20mA ist sehr niederimpedant.
Hat ne Stromquelle nicht nen hohen Innenwiderstand?

Öhm schrieb:
>>4-20mA ist sehr niederimpedant.
> Hat ne Stromquelle nicht nen hohen Innenwiderstand?

Hat sie, und genau deshalb nutzt man sie gerne in solchen Umgebungen.


Olaf schrieb:
>> OK, ich will den TH nicht kapern, aber die bisherigen Lösungen haben
>> wenig mit Basteln zu tun!
>
> Das ist quatsch. Alles was du hier siehst ist basteln. Profi ist wenn du
> mit 4-20mA 16Bit Aufloesung bei -40 bis +85Grad uebertraegst und die
> diversen EMV, SIL, HART und Vibationstests machst. So ein STandard
> XTRxxx laut Datenblatt zu verwenden ist eher Kinderkram.

Völlig korrekt. Wobei ich anfüngen will, daß auch der Profi nur mit 
Wasser kocht und andererseits nur nach Anforderungen arbeitet. Sprich: 
Auf -40 bis +85°C wird auch nur dann ausgelegt, wenn es sein muß.

Auch im gewerblichen Umfeld würde man mit Bastlerniveau erstaunlich oft 
erstaunlich weit kommen (tatsächlich arbeitet man öfter auf 
Bastlerniveau, wo man es nie vermuten würde und wo es gar nicht 
angebracht ist), also kein falscher Respekt wo er nicht angebracht ist.

A. S. schrieb:
> Ich bin mir nicht sicher, ob Dir bewusst ist, dass mit den 4mA die
> komplette Auswerteleketronik laufen muss mit Reserve zur eigentlichen
> Messung.

Ist das so? Wenn ich 24 V einspeise und (mit Reserve) 3 mA ziehen kann, 
sind das 72 mW Leistung (Verluste mal ignoriert). Nach einem 
Schaltregler auf 3.3 V sind das ~21 mA, was doch schon einiges ist für 
kleine Mikrocontroller, Sensoren etc.

P. S. schrieb:
> Für Spaßmaximierung auch bei CAN am besten nicht auf einen Standard
> bestehen.

Für Spaßmaximierung reicht es schon, überhaupt CAN zu verwenden. CAN 
setzt auch schon einiges an etwas spezieller Hardware vorraus. Daher 
würde ich wirklich lieber einen One-Wire-Bus wie bei den DS1820 Sensoren 
oder I2C mit einem einfachen Isolator mit Iso-Power, also z.B. aus der 
ADUM oder ISOW-Reihe verwenden.

> Bastlerniveau, wo man es nie vermuten würde und wo es gar nicht
> angebracht ist), also kein falscher Respekt wo er nicht angebracht ist.

Das geben wir aber niemals zu. :-)

> Ist das so? Wenn ich 24 V einspeise und (mit Reserve) 3 mA ziehen kann,
> sind das 72 mW Leistung (Verluste mal ignoriert).

Das hast du aber nicht. Bedenke das in der Industrie ueblicherweise 24V 
in der Messwarte eingespeisst werden und dann Tausend Meter Leitung 
kommen koennen. Ausserdem dann vielleicht noch ein Display oder ein 
Widerstand fuer HART. In der Praxis dann vielleicht noch eine rostige 
Luesterklemme.
Ueblicherweise wird fuer 12V entwickelt. Lieber weniger, ungern mehr.

Olaf

Christian S. schrieb:
> Vielleicht doch besser digitalisieren, zu einem Satelliten funken und
> von dort aus per ausrichtbarer Parabolantenne wieder empfangen ;-)

Nachdem, was hier alles zu lesen ist und was vom TO immer jubelnd 
begrüßt wurde, scheint mir dies die einzig praktikable Lösung zu sein.
Um Anschattungen durch Flugzeuge vorzubeugen, sollte aber auf ein 
Satellitensystem zurückgegriffen werden.
Die letzten 50 Meter von der Antenne zum ATmega könnten als 
Spannungsschnittstelle ausgeführt werden.

Chris schrieb:
> Ist das so? Wenn ich 24 V einspeise und (mit Reserve) 3 mA ziehen kann,
> sind das 72 mW Leistung (Verluste mal ignoriert). Nach einem
> Schaltregler auf 3.3 V sind das ~21 mA, was doch schon einiges ist für
> kleine Mikrocontroller, Sensoren etc.

Zum einen ist der Standard weit älter als flächendeckend µC im 
µA-Bereich oder gar Schaltregler,
zum anderen wäre 24V eine Grenze, aber keine Option (rechne eher mit 
10V, damit es sicher <12V bleibt, also < 10mA),
zum dritten geht es ja nicht darum, möglichst nahe an 0 heran zu kommen. 
4 hat gegenüber 3 oder 2 Vorteile, wenn es darum geht, x mA auch mal im 
Kopf umzurechnen. (1/16 vs. 1/17 oder 1/18).

Öhm schrieb:
>>4-20mA ist sehr niederimpedant.
> Hat ne Stromquelle nicht nen hohen Innenwiderstand?

Kann sein, die andere Seite aber nicht. Eine Störung strahlt in der 
Regel als Spannung ein und die wird vom Bürdenwiderstand  (in der Regel 
so 200 - 600 Ohm) plattgemacht.

Bevor eine Störung eine wirksame Stromänderung bewirkt muss Sie schon 
sehr kräftig sein.

Chris schrieb:
> Ist das so? Wenn ich 24 V einspeise und (mit Reserve) 3 mA ziehen kann,
> sind das 72 mW Leistung (Verluste mal ignoriert). Nach einem
> Schaltregler auf 3.3 V sind das ~21 mA, was doch schon einiges ist für
> kleine Mikrocontroller, Sensoren etc.

Ein Schaltregler muss aber für analoge Messanwendungen gut entstört 
werden.

In diesem Fall, wo der TO sich eh nicht mehr meldet und die üblichen 
Trollbrocken reingeworfen hat, kann auch eine 100-299mA Schnittstelle 
genutzt werden.