Связь — 2 цепи с батарейным питанием, 1 проводник, без общего заземления

TL; DR Мне нужно успешно передать волну по одному проводнику между двумя цепями с батарейным питанием без общего заземления. Я уже знаю, как создать волну и обнаружить волну, когда есть общая земля, но я не знаю, как спроектировать схему, которая может обнаруживать волну без земли. Мой прицел, подключенный к приемнику, может обнаружить волну.

Мои друзья и я создаем коробку для фехтования с открытым исходным кодом, чтобы забивать матчи (вид фехтования на мечах). Соревновательное фехтование оценивается электронным способом с использованием меча с пуговицей и куртки из проводящего материала. Мы хотим улучшить существующие конструкции, доступные сегодня, которые требуют дорогих механических барабанов для поддержания натяжения кабелей.

Короче говоря, нам нужно иметь возможность общаться по одному «проводу» (мечу) между двумя Arduino. Наш план состоял в том, чтобы использовать генераторы PWM Arduino для генерации тонов, которые затем можно было бы обнаружить с помощью БПФ аналоговых входов на другой стороне. Мы используем всего 7 тонов между частотами 9 кГц и 18 кГц. У нас все отлично работает. Проблема в том, что происходит, когда мы идем на батареи и нет точки соприкосновения. Сигнал ШИМ изменяется от 5 В до пика до 1,2 В от пика до пика. Я не понимаю, почему это происходит. Любое просветление здесь будет оценено.

Может ли кто-нибудь порекомендовать схему для передачи волны по 1 проводнику между двумя системами без общей земли? (И усиление на другом конце, если требуется) Я думаю, что это должно быть похоже на радиотехнологию. В качестве альтернативы я могу попытаться взять то, что у меня есть, и подать его в какой-нибудь усилитель и посмотреть, смогу ли я работать с ним, но я ненавижу делать это, не понимая действующих сил, и до сих пор ни одна из схем, которые я пробовал. попробовал среагировать на сигнал.

Некоторая дополнительная информация:

У нас есть кнопка на мече. Мы всегда можем обнаружить нажатие этой кнопки и использовать его для выключения/включения передатчика, так что, если мы не можем определить разницу между прикосновением и отсутствием прикосновения посредством затухания волны, мы можем просто сделать так, чтобы оно не передавалось, когда нет прикосновения.

Короче говоря, передача сигнала между двумя устройствами по одному проводнику без каких-либо других соединений или совпадений вообще невозможна . Напряжение в основном связано с землей, без земли невозможно измерить напряжение. Тот факт, что ваша система вообще работает, связан с тем, что две системы связаны каким-то образом за пределами однопроводного соединения.
Вы имеете в виду, что когда мечи соприкасаются, вы хотите обнаружить факт? Если так, то это потенциально выполнимо. Или это swot=rd для тела или ... Пожалуйста, будьте очень очень конкретны в том, что вы хотите обнаружить. Связь ближнего действия, которую вы описываете, может быть радиоинфракрасной или, возможно, емкостной или индуктивной (также известной как электромагнитная). ОБЪЯСНИТЕ ПОДРОБНО, чего именно вы хотите достичь. НЕ ТАК, КАК вы думаете, что хотите этого добиться, но это второстепенно)
@Fake Name Итак, радио работает по волшебству?
@Philip, или радио, как известно, излучают. IE. Им нужно что-то, что связывает энергию либо в ближнем поле (что, кажется, имеет место), либо в дальнем поле.
@Philip: Радио не требует обратного пути, но у вас не будет радио на указанных частотах и ​​расстояниях. Все это будет в ближней зоне, а это означает, что сигнал не просто распространяется сам по себе в пространстве. Кроме того, радио не годится, поскольку ОП хочет чувствовать прикосновение. Насколько я понимаю, он не хотел бы, чтобы он срабатывал, например, на расстоянии 10 мм. Ему нужно, чтобы она не распространялась сама по себе.
@Philip: Кажется, ОП отказался от этого вопроса. Он не вернулся с того дня, как был задан вопрос.
На самом деле я работаю с ним над этим проектом. Я собирался задать аналогичный вопрос здесь, когда увидел, что он уже задавал. Я все еще перевариваю вики-страницу о «ближнем и дальнем поле». Приношу свои извинения за медленное усвоение, но мы оба инженеры-программисты, работающие не в своей области.
@ Рассел МакМахон, что мы специально хотим определить, так это то, имеет ли выходной провод одного Arduino соединение с входным контактом другого Arduino, когда они не имеют общего заземления. Путь будет выходить из ардуино, через провод, через меч, через ламе противника (жилет из проволочной сетки), через другой провод и в ардуино противника.
@Philip: Это не будет работать с цифрового выхода на другой цифровой вход. Вам понадобится схема обработки сигнала на приемном конце.
@Philip, пожалуйста, обновите свой вопрос!
@Philip: Если вам нужна помощь, вы должны быть частью диалога. Я задал вопрос в своем ответе 4 дня назад, который вы и Дэвид до сих пор игнорировали. Я задаю вопросы не просто так. Без ответа от вас процесс останавливается.
Извините за поздние ответы всем, я думал, что экспертная биржа отправит мне электронное письмо, когда люди ответят, но этого не произошло. Я никогда раньше не пользовался платформой. Я очень рад, что все вы заинтересованы в нашем проекте с открытым исходным кодом. Большое спасибо.
@David HInkle - О боже, это ни в коем случае не обмен экспертами. Тот сайт - мерзость. Кроме того, вы можете включить оповещения по электронной почте, но по умолчанию они отключены. Stack-exchange не верит в спам людей!
@David: Неверно предполагать, что только потому, что люди готовы помочь ответить на ваш вопрос, они «заинтересованы в вашем проекте с открытым исходным кодом». Вам нужно сделать шаг назад и осознать незначительное влияние вашего маленького проекта на вселенную и людей здесь. Быть готовым помочь и дать дерьмо — две совершенно разные вещи.
Просто пытался выразить признательность :) Спасибо за вашу помощь до сих пор. Не имел в виду, что вам это как-то небезразлично :)
Оооо Олин ты мне нравишься!

Ответы (3)

Между любыми двумя разделенными телами будет неопределенная емкостная связь. Емкость этого соединения будет варьироваться в зависимости от множества факторов, включая площадь поверхности, расстояние, влажность, фазу Луны, цену чая в Китае и т. д. На самом деле невозможно даже с точностью до порядка предсказать, какая емкость будет в любой день.

С другой стороны, если два человека P и Q держат мечи X и Y, которые не соприкасаются, очень вероятно, что, поскольку тела людей имеют гораздо большую площадь поверхности, чем их мечи, конденсатор PQ будет большим по сравнению с PY и QX, который будет большим по сравнению с XY. Чтобы переменное напряжение на PX появилось на QY, ток должен пройти через небольшой конденсатор XY, который очень мал, и часть этого тока будет бесполезно возвращаться через конденсатор QX. С другой стороны, если мечи соприкоснутся, то ток должен будет проходить только через намного больший конденсатор PQ.

Хотя нужно было бы провести несколько экспериментов, чтобы определить оптимальную связь для генераторов сигналов и схем обнаружения сигналов (моя рекомендация, вероятно, заключалась бы в использовании одночастотного генератора синусоидальных волн в каждом костюме вместе с некоторыми контурами LC-резонанса, поэтому чтобы каждая входная цепь была слепа к своему генератору и максимально чувствительна к другому). Я ожидаю, что когда мечи соприкасаются, сила связанного сигнала будет намного выше, чем когда они не соприкасаются.

Кстати, обратите внимание, что более высокие частоты почти наверняка будут работать лучше, чем более низкие частоты, хотя, если вы выберете слишком высокие частоты (я думаю, более 100 кГц), вам придется беспокоиться о том, что вас будут считать «преднамеренным излучателем».

Спасибо за обсуждение теории этой ситуации. Есть ли у вас какие-либо рекомендации по обнаружению синусоидальной волны?
Вам придется поэкспериментировать. Я бы предложил вам разработать схему с довольно узким полосовым фильтром, управляющим усилителями с разными коэффициентами усиления, которые, в свою очередь, питают каналы АЦП (например, если у вас 12-разрядный АЦП, пусть один канал подает сигнал на АЦП с соотношением 5:1). усиление, второе с 500:1 и третье с 50 000:1). Заставьте ЦП мигать или издавать звуки, чтобы указать, какие каналы принимают сигналы, а какие насыщены. 12-разрядный АЦП на одном канале будет иметь динамический диапазон 4000:1, но с тремя каналами у вас будет диапазон 40 000 000:1.
Я действительно понятия не имею, насколько сильно сигналы будут улавливаться в различных обстоятельствах, и подключение любого лабораторного прибора к тестируемому устройству полностью исказит результаты. Таким образом, наличие большого выбираемого динамического диапазона максимизирует вероятность подачи ЦП чего-либо полезного.
@Philip: Я хотел бы услышать, что вы придумали. Перечитывая ваш первоначальный вопрос, я не совсем понимаю одну вещь: вы стремились обнаружить касания между двумя мечами, между мечом и противником или между мечом и «чем-либо», кроме другого меча? В последнем сценарии вам нужно было бы различать прикосновение «только» к другому мечу и прикосновение к чему-то в дополнение к другому мечу?
@supercat Как только у нас что-то заработает, мы где-нибудь опубликуем рецензию. Я обязательно свяжу это здесь. Что касается того, что нам нужно обнаружить; да, все это. Касания засчитываются, когда ваш наконечник попадает в металлический жилет противника. Также объявляются нецелевые показатели по чему-либо еще. Но если ваш наконечник попадает в их колокольчик (часть их меча), он должен быть подавлен без зуммера. Мы решили, что можем использовать разные частоты, чтобы определить, что и когда попадает в цель. Это отсутствие точек соприкосновения является препятствием, но мы соберем что-то вместе, даже если нам придется увеличить стоимость и перейти на zigbee или что-то в этом роде.
@Philip: Если вам нужно обнаружить контакты между мечом одного участника и вещами другого участника, не связанными с мечом, даже при прикосновении к мечу другого участника, то я думаю, что вам нужно либо использовать разные частоты для двух мечей для двух жилеты. Подключите выход каждого «передатчика меча» так, чтобы он выглядел как разомкнутая цепь на частоте другого передатчика. Обнаружьте попадание в жилет, посмотрев частоту этого жилета на мече. Обнаружьте удар «что-нибудь еще», наблюдая за изменением импеданса меча.

На этой частоте и расстоянии вы не получите самораспространяющуюся волну, которая не требует приема. Нравится вам это или нет, вы будете обнаруживать только дифференциальный сигнал, а уровень сигнала и импеданс этого сигнала будут зависеть от импеданса всего контура, включая «земляное» обратное соединение.

Однако это не означает, что у вас должно быть специальное проводное обратное соединение. Каждый сигнал может использовать тело в качестве ссылки. Два тела будут иметь некоторую связь через пол или другие части окружающей среды. Другой полюс каждого сигнала будет на мече на стороне отправки и на куртке на стороне приема. Вы получите некоторую связь, хотя это будет довольно высокий импеданс. Это означает, что приемник улавливает шум. Вы должны разработать протокол достаточно тщательно, чтобы у шума была очень малая вероятность того, что он будет ошибочно принят за реальный сигнал.

Я на самом деле удивлен, что вы получаете целых 1,2 Vpp на приемнике без преднамеренного обратного соединения. Это зависит от материала пола. Чем больше проводимость, тем выше уровень сигнала. В любом случае, 1,2 В пик-пик должно быть намного выше шума, так в чем же проблема? Такой сильный сигнал должно быть легко обнаружить, хотя я бы заставил приемник реагировать гораздо слабее, потому что это, скорее всего, произойдет в разных ситуациях.

Спасибо за ваши Коментарии. Мы знаем, как обнаружить волну, когда площадки равны. Когда заземление не подключено, мой осциллограф (заземленный на приемник) может обнаружить волну, но моя схема не может. Мои познания в электротехнике не очень сильны. (Я программист). Мое предположение состоит в том, что, хотя у меня есть колебания напряжения, у меня очень небольшая способность проводить ток, поэтому всякий раз, когда я накладываю какую-либо нагрузку, напряжение просто исчезает. Я не знаю, как построить схему, которая может обнаруживать и усиливать форму входящей волны.
1.2Vpp — это то, что мы устанавливаем рядом друг с другом на столе. Мы проверим его на всей установке и проверим сегодня вечером, чтобы увидеть, не выйдет ли он из строя. Мы также не женаты на этих частотах, если вы чувствуете, что другие частоты лучше, мы можем перейти на них.
Ничего страшного, если мы сможем обнаружить волну, когда устройства на самом деле не соприкасаются. Поскольку на мечах есть кнопка, мы можем настроить меч на передачу только при нажатии кнопки, если невозможно определить касание или отсутствие касания на основе затухания. Мы по-прежнему хотим, чтобы система работала как можно ближе, мы не хотим, чтобы ее можно было обнаружить с расстояния нескольких футов на другом ящике.

Вы думаете об этом неправильно. Вы думаете об этом как о форме общения посредством контакта. Но поскольку у вас нет замкнутого цикла, это не то, что вам нужно. Есть по крайней мере два хороших способа сделать это — те же два способа, которыми работают сенсорные огни.

Один из способов - использовать то, что по сути является измерителем емкости. Когда вы устанавливаете контакт, емкость увеличивается. Как правило, вы делаете это, создавая генератор и включая пробник как часть емкостной части генератора. Когда зонд соприкасается с чем-либо, емкость увеличивается, замедляя генератор. Вы обнаруживаете это внезапное падение частоты. Вы можете обнаружить конкретную вещь, придав ей большую емкость.

Другой способ — использовать другого человека как антенну. В цивилизованном мире мы все купаемся в гуле нашей электропроводки частотой 60 или 50 Гц. Человеческое тело представляет собой приличную антенну на этих низких частотах. Когда ваш датчик соприкасается с чем-то, что ведет к человеческому телу, уровень шума 50 Гц или 60 Гц, обнаруженный в датчике, будет увеличиваться. Вы обнаруживаете это внезапное усиление гула. (Обратите внимание, что это не сработает в лесу или в местах без электричества. И оно не может отличить один объект размером с человека от другого.)

На самом деле вы можете специально вызвать у человека «жужжание» и обнаружить это гудение. По сути, вы будете использовать человека как антенну сверхкороткого действия. Оставайтесь ниже 9 кГц и 1 мВт.

Связь — 2 цепи с батарейным питанием, 1 проводник, без общего заземления
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v