Нужно подключить к Arduino датчики на определенном расстоянии, какой кабель использовать и какова максимальная длина?

Question

[Ajex]

Собираю систему умного дома. В качестве контроолеров - ESP8266/Arduino. Есть необходимость некоторые датчики разнести от контроллера.
Например:
Реле (шина обычная, управление пином 3,3В/5В требуемая длина выноса -2-10м)
Модуль диммирования света (шина обычная, управление пином 3,3В/5В требуемая длина выноса
- 2-10м )
Датчик температуры (шина I2C требуемая длина выноса - 2-5 м).
Какие максимальные длины используемых кабелей и какой конкретно кабель лучше использовать.
Пробовал i2c термодатчик BME280 посадить на обычный телефонный 4-х жильный кабель - в тестах полет нормальный на 10 метрах. Но как оно себя поведет в боевых условиях ...
С остальными реле/pwm буду стараться силовые кабеля вести максимально близко к контроллеру, но все же придется немного их выносить .

Comments

[Ajex]

На данный момент частично уже сделана проводка по некоторым комнатам. Использовать все же решил SFTP Cat.5E, на всякий случай протянутый в металлорукаве.
Тестовый образец собрал банально. Обжал коннекторы, взял RJ45 розетки, к выводам припаял XH 2.54 коннекторы, на которые уже цеплял датчички. На пары пока вообще не обращал внимания. Тупо распаял как было удобно, т.е. , допустим тот же i2c bme280 датчик тупо распаян прямо в RJ45
розетке. По одной витухе идет питание, по другой данные. Работает на сегменте в 18 метров (самый длинный), чем меня сильно удивил. Был уже готов что-то мудрить, но пока все работает штатно. Такой же кабель завожу к выключателям, буду закорачивать их релюхами, чтобы можно было удаленно включать свет.
В концепте пока все работает в боевых условиях. Буду дальше также делать по всему дому.

Answer 1

[Stalker_RED]

i2c разрабатывался как шина для использования внутри устройства.
Ограничения по длине в спецификации не прописаны, но есть ограничение по паразитной емкости. При 170pF падает скорость, при 400pF - все.
На практике, некоторые модули могут работать и с большей емкостью, но это лотерея и эксперименты.

Учитывайте также, что неэкранированная лапша, а тем более не витая, может очень круто ловить помехи, рождая "необъяснимые" глюки.

1-Wire поддерживает гораздо больше длину, 500 метров - не предел.
https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index...

Или старый добрый RS485

Comments

[Papayaved]

Все производители микросхем предлагают драйверы для I2C. 1Wire микросхем датчиков очень не много и стоят дорого, микрокотроллеры тоже аппаратно его не поддерживают

[Stalker_RED]

Михаил, да, i2с распространеная штука, но он предназначен для подключения на коротких дистанциях. Чем больше дистанция - тем больше будет проблем.

1wire оригинальный стоит дорого, но на али куча клонов. Для некритичных измерений - норм.

[Papayaved]

Есть драйвера для подключения устройств по I2C на 50 метров
www.ti.com/lit/ds/symlink/p82b715.pdf

есть и дифферинциальные драйвера I2C

Можно и самому на транзисторах сделать и пустить большой ток, увеличить напряжение, можно сделать оптическую развязку (это тоже дифферинциальный сигнал получиться, но без земли)

[Papayaved]

Вот application note
https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN103...

где I2C пускают через разные интерфейсы, в том числе RS-485

Answer 2

[lisenok425]

У меня куча датчиков разведено сигнальным проводом расстояние от 5м до 15, 4 месяца полет нормальный, был глюк только с DTH терялся периодически но мне кажется это из-за того что их было два сейчас один стоит все работает..

Answer 3

[Papayaved]

Для шины I2C есть микросхемы шинных драйверов и гальванической развязки
Например
www.ti.com/lit/ds/symlink/p82b715.pdf - на расстояние больше 50 м

или быстрый дифферинциальный драйвер
https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCA9615.pdf - частота и данные идут отдельными витыми парами

Вот обзор всех методов организации сети I2C на большие расстояния
https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN103...

Надежнее всего оптическая развязка, развязанные земли и сигнал дифферинциальный (светодиод загорается от тока)

Comments

[Ajex]

Спасибо! Но пока у меня самый длинный сегмент I2C меньше 20 метров. Работает по витой паре SFTP Cat.5E без лишних заморочек. Будем надеяться , что так везде будет.

Answer 4

[Александр]

Если делать все "по-взрослому", то надо к каждому устройству (или группе, если они рядом) приставлять свой мелкий контроллер и собирать все это на шину типа RS-485 или CAN.
А так витая пара в помощь, по ней можно и питание и сигналы передавать. Про I2C есть большие сомнения, а вот управление реле и прочие медленные сигналы вполне пройдут.

Comments

[Papayaved]

Микросхемы датчиков не имеют CAN или сеть на UART

[Александр]

Надо делать модули: датчик + копеечный мк + CAN-трансивер. Будет дороже голых датчиков, но сильно надежнее и проще в работе.

Answer 5

[Ajex]

Пока рабочее решение тянуть везде экранированную витую 8 жил пару cat 5e.
ДляI2C датчиков буду стараться не допускать длины больше пары метров . Будут выделываться, заменю их на 1-Wire или сразу добавлю на каждый хвост по одному такому термодатчику . Точнее показания будут. Еще 4 контакта останется на какой-то пожарный датчик дыма/пламени, детектор движения.
На каждую розетку от узлового контроллера буду тянуть ту же витуху. В коробках выключателей будут реле для включения/отключения света и датчик движения. Питание к датчикам (реле/PIR) по тому же кабелю. Не хватит хвостов, заменю реле на 1wir-овские. Просто пока у себя в продаже адекватных не нашел.
Топологию сделал такую, что у меня будет 3 центра управления (ESPшки по Wifi) в узловых комнатах, но с протянутой к каждому модулю той же резервной витухой . Т.е. в случае, если я захочу избавиться от Wifi, просто подключу каждый узел через Ethernet. Это имхо, лучше , чем долбаться с полудуплексным RS485 , который еще готовить грамотно нужно уметь. Как вариант, вместо Ethernet-а пущу одну пару от узла в центр по дуплексному RS-232, и еще останется 3 пары для разных забав.
Т.е. у меня получится иерархическая структура. С несколькими центрами, от которых уже будет разводка на реле и датчики.
Плюс в разрыв каждой линии света вставляю модуль диммирования и той же витухой завожу управление на отдельный контроллер, который будет стоять в щитке.
Таким образом получится управление отоплением (на нормально открытых электроклапанах и датчиках температуры в каждой комнате) , управление светом (автовключение в зависимости от освещенности на улице, автовыключение, и , возможно, включение голосом) . Ну и управление диммированием потолочных светильников. Как бонус пожарные датчики и детекторы движения.

Comments

[Василий Ф]

Чтобы не долбаться с полудуплексным RS-485 возьмите лучше RS-422, и это также будет лучше чем менять Ethernet на RS-232 потому что RS-232 на расстояниях больше 2-3 метров (и на скоростях более 9600 ) это тоже та еще вероятность бубнопляски ))