Signalübertragung über Stromdifferenz

[Markus W. (feuerrot)]

Hallo Forum,

[tl;dr: Übertragung von 1bit via 50mA vs. 250mA über 20-30m dünne Litze]

zwecks Auslesen eines Gaszählers liegt in den Keller eines 
Mehrfamilienhauses eine Doppelader aus einem Cat5-Kabel.
Idealerweise über diese Doppelader würde ich nun gerne den Gaszähler 
auslesen, wobei meine ursprüngliche Idee, dies per Reedrelai zu 
verwirklichen erstmal weniger Priorität hat, da der Gaszähler per Magnet 
nur alle 100L ein Signal ausgibt, via reflektierender Fläche im letzten 
Rad aber schon alle 10L.

Die ursprünglich mal verlegte DA war auf das Reedrelai ausgelegt, wenn 
ich nun aber per CNY70 o.ä. das Signal erkennen will, brauche ich 
Spannungsversorgung, Masse und Signalleitung. Als Masse könnte ich da 
vielleicht noch den Erdungsanschluss am Wasserrohr missbrauchen, 
allerdings wirkt das eher wie eine sehr fies gehackte Lösung.

Die Idee war also, die Änderung eines Stromes zu messen, indem der CNY70 
einfach einen Widerstand schaltet, der nur Strom verbraucht, wie im 
angehängten Bild sichtbar.

Fragen:
a) Gibt es eine einfachere Lösung?
b) Kann die Schaltung so funktionieren und was sollte ich noch beachten?
c) Den Gaszähler per Widerstand zu beheizen klingt für mich wie etwas, 
was man nicht machen will, oder stellt das kein Problem dar?
d) Die Änderung des Stromes erkenne ich sinnvoll wie im Bild angegeben 
über eine Spannungsänderung an einem Shunt? (Kann das dann direkt an 
einen AD-Wandler eines AVR und wie sicher ich den Eingang zusätzlich 
ab?) Bzw.: Wie bekomme ich da am einfachsten ein TTL-Signal raus?
e) 24V sind am anderen Ende grade da. Sollte ich was anderes nehmen oder 
eventuell auch noch einmal Cat5 zum Gaszähler ziehen (was recht 
aufwändig wäre)?

Gruß feuerrot

[Zausel (Gast)]

M-Bus-Zähler (z.B. Wasserzähler) arbeiten nach diesem Prinzip. Dabei 
wird ein Bit durch erhöhte Stromaufnahme signalisiert. Das Ganze 
funktioniert recht zuverlässig sogar über größere Entfernungen. Die 
Spezifikationenen von M-Bus (Es geht hierbei nur um den Strom, nicht ums 
Protokoll) findet man sicher im Web.
Ich würde noch schaltungstechnisch dafür sorgen, dass die 
"Gaszählerheizung" nur einen kurzen Impuls sendet.

Viele Grüße

[Zausel (Gast)]

Nachtrag:

siehe http://de.wikipedia.org/wiki/M-Bus_%28Feldbus%29

Impulse mit 11–20 mA sollten also vom Empfänger/Stromversorgung gut 
erkennbar sein.

[Helmut L. (helmi1)]

Markus Witt schrieb:
> a) Gibt es eine einfachere Lösung?

Was heist einfach? Oder soll es Funktionieren?

Im Anhang hast du eine Schaltung die:

mit 2 Draehten auskommt,
Dir ca. 11V / 4 mA Strom zu Versorgung deines Sensor zu verfuegung 
stellt.
Das Signal per Strommodulation aufpraegt.
Kurzschlussfest ist

Die 11V liegen konstant an egal ob 1 oder 0 uebertragen wird.

[Falk B. (falk)]

@ Markus Witt (feuerrot)

>Die Idee war also, die Änderung eines Stromes zu messen, indem der CNY70
>einfach einen Widerstand schaltet, der nur Strom verbraucht, wie im
>angehängten Bild sichtbar.

So machen es auch die Profis mit der 4-20mA Schnittstelle.

>a) Gibt es eine einfachere Lösung?

Nicht dass ich wüßte. Warum auch?

>b) Kann die Schaltung so funktionieren und was sollte ich noch beachten?

Du musst deine Optokoppler nicht kochen. R2 macht ~ 53! mA durch deinen 
Optokoppler! Das ist viel zuviel! 10-20mA reichen locker. Sagen wir 
10mA, also R1 = 2,4k.  Der Optokoppler hat max. 5% CTR, d.g. von 
deinen 10mA LED-Strom kommen ca. 0,5mA beim Phototransistor an. D.h. R1 
sollte um die 47k sein. Last but not least R3, denn würde ich mit 1,2k 
wählen. Dadurch schaltet dein Optokoppler zwischen 10 und 30mA hin und 
her, das klingt OK.

>d) Die Änderung des Stromes erkenne ich sinnvoll wie im Bild angegeben
>über eine Spannungsänderung an einem Shunt?

Ja. Aus der obigen Dimensionierung solte man R4 = 47 Ohm wählen, macht 
bei 10mA = 470mV. Bei 30mA hast du dann 1,5V. Zur Erkennung nutzt man 
einen Komparator, idealerweise gleichen im Mikrocontroller, der AVR hat 
einen. Die Schaltschwelle legt man auf 1V. Da kann mann ggf. die 1,1V im 
AVR nutzen, je nach Typ.

> (Kann das dann direkt an
>einen AD-Wandler eines AVR

Wozu? Du hast ein binäres Signal, da reicht 1/0 Unterscheidung.

>e) 24V sind am anderen Ende grade da. Sollte ich was anderes nehmen

Nein, warum? Es würden auch 5V reichen.

[Markus W. (feuerrot)]

Helmut Lenzen schrieb:
> Im Anhang hast du eine Schaltung […]
Wenn ich das richtig sehe, brauche ich am Signalinput eine 
Stromversorgung mit 11V? Das wäre dann ziemlich suboptimal.

Falk Brunner schrieb:
> So machen es auch die Profis mit der 4-20mA Schnittstelle.
Das war in etwa die Anregung

> Du musst deine Optokoppler nicht kochen. R2 macht ~ 53! mA durch deinen
> Optokoppler! Das ist viel zuviel! 10-20mA reichen locker. Sagen wir
> 10mA, also R1 = 2,4k.  Der Optokoppler hat max. 5% CTR, d.g. von
> deinen 10mA LED-Strom kommen ca. 0,5mA beim Phototransistor an. D.h. R1
> sollte um die 47k sein. Last but not least R3, denn würde ich mit 1,2k
> wählen. Dadurch schaltet dein Optokoppler zwischen 10 und 30mA hin und
> her, das klingt OK.
So kann ich mir also die Heizung am Gaszähler ersparen? Yay! \o/
(Genau diese Antwort habe ich wohl auch gesucht, da ich selber keinerlei 
Erfahrung habe, wie man selber auf konkrete Werte kommt)

> Nein, warum? Es würden auch 5V reichen.
Da war ich mir vom Spannungsabfall her nicht sicher. Wenn 5V reichen, 
kann ich ja direkt die 5V nutzen, die ich für den μC brauche

[Helmut L. (helmi1)]

Markus Witt schrieb:
> Wenn ich das richtig sehe, brauche ich am Signalinput eine
> Stromversorgung mit 11V? Das wäre dann ziemlich suboptimal.

In der Dimensionierung ja, aber man kann die Schaltung auch 
umdimensionieren auf andere Spannungen. Andere Angaben hast du ja nicht 
gemacht.

Markus Witt schrieb:
> Da war ich mir vom Spannungsabfall her nicht sicher. Wenn 5V reichen,
> kann ich ja direkt die 5V nutzen, die ich für den μC brauche

Bedenke du schriebst " 30m duenne Litze" und 250mA. Kommt da noch genug 
an am Ende?