¿Cómo simular comportamiento de extensión de cable?

[Daniel Meza]

Saludos.

Verán, en la empresa de un amigo tienen un equipo como este:http://www.hannainst.es/catalogo/descargar.php?Codigo=1082&Ficha=M

Básicamente consiste en un medidor conectado a una serie de sensores a través de un cable de unos 20m.

Dada la finalidad en que lo utilizan, me pidieron hace tiempo que estudiara la posibilidad de alargar el cable pues la aplicación lo demandaba. Por fortuna, para ese entonces, contaba con un carrete de unos 60m al cual le puse los respectivos conectores para que encajaran en el equipo y la sonda. Hice las pruebas y el funcionamiento no tuvo mayor afectación.

Ahora, nuevamente me piden que alargue el cable hasta los 250m aprox. pero ahora si me surge la duda si tal longitud no degradará la comunicación entre la sonda y el equipo.

Según datos del mismo fabricante, las señales que viajan en el cable son todas digitales y en algún manual del equipo recuerdo haber visto que manejaban el término I2C, pero no hallo la referencia.

El punto es que, antes de hacer la inversión en el rollo de cable, prefiero hacer una especie de "simulación" (si es posible) de los parámetros distribuidos del cable para diagnosticar si habrá problemas en la integridad de la señal transmitida.

El cable que se eligió fue este: http://www.farnell.com/datasheets/1068696.pdf

Pregunto pues, ¿es posible hacer una simulación del cable antes de comprarlo?, por ejemplo, colocar resistores en serie a todos los pines del conector, una disposición de capacitores entre los pines.

Ando algo desorientado en estos temas de líneas de transmisión . Agradezco sus opiniones.

 

[DOSMETROS]

Y no se le puede agregar "algún modulo" y hacerlo inalámbrico ?

Saludos !

 

[chclau]

Sin saber que senyal manejas es un poco dificil ayudarte, incluso decir I2C solo no ayuda porque hay I2C a 10kHz, a 100kHz, a 400kHz y a 3.5MHz. Y habra otras frecuencias que me olvido.

Por otra parte, si es I2C y tuvieras problemas, se puede agrerar un repetidor.
Yo diria que lo que mas molesta a comunicacion digital es la capacidad distribuida del cable, no se si tendras como simularla o calcularla.

 

[Gudino Roberto duberlin]

Hola, me llama la atención que utilicen el protocolo I2C, para comunicaciones a distancia. Éste sistema sólo lo veo en comunicaciones periféricas en un mismo módulo.
Para tu aplicación, es normal encontrar una comunicación RS232,485, etc.

 

[Daniel Meza]

Y no se le puede agregar "algún modulo" y hacerlo inalámbrico ?

Saludos !

Eso sería genial, pero para ello se tendría que saber perfectamente el protocolo de comunicación pues supongo ha de tratarse de una comunicación bidireccional.

Sin saber que senyal manejas es un poco dificil ayudarte, incluso decir I2C solo no ayuda porque hay I2C a 10kHz, a 100kHz, a 400kHz y a 3.5MHz. Y habra otras frecuencias que me olvido.

Por otra parte, si es I2C y tuvieras problemas, se puede agrerar un repetidor.
Yo diria que lo que mas molesta a comunicacion digital es la capacidad distribuida del cable, no se si tendras como simularla o calcularla.

Hola, me llama la atención que utilicen el protocolo I2C, para comunicaciones a distancia. Éste sistema sólo lo veo en comunicaciones periféricas en un mismo módulo.
Para tu aplicación, es normal encontrar una comunicación RS232,485, etc.

También se me hizo raro, lo malo es que sigo sin encontrar el documento donde lo leí pues ya hace tiempo.

El punto es que el equipo es relativamente reciente y por razones de garantía y calibración procuraré no desarmarlo (que más quisiera ). Lo que haré por el momento es tratar de obtener las señales que entran y salen del equipo con un osciloscopio.

A partir de allí hacer una especie de simulador de cable por medio de resistores y capacitores (que a mi criterio son los parámetros que más afectarán para la extensión).
Los valores de estos componentes serían tal que asemejaran los especificados en la hoja de datos.

Con esto, ¿será valido desde el punto de vista "fiable" que, basándome en los resultados obtenidos, pueda justificar una correcta elección del cable?

Gracias por sus respuestas.

 

[DOSMETROS]

El cable elegido sería de 8 conductores arrollados todos juntos ?

Estoy pensando que la tecnología UTP , previamente los enrolla de a dos con distinto número de vueltas (espiras/centímetro o twists/foot) y luego enrolla los 4 pares juntos . . . todo para minimizar interferencias.

 

[Daniel Lopes]

El cable elegido sería de 8 conductores arrollados todos juntos ?

Estoy pensando que la tecnología UTP , previamente los enrolla de a dos con distinto número de vueltas (espiras/centímetro o twists/foot) y luego enrolla los 4 pares juntos . . . todo para minimizar interferencias.

Hola a todos , los cables "UTP" son lineas bifilares (balanceadas) y su inpedancia caracteristica puede sener calculada por : Zo= √L/C , donde Zo es la inpedancia caracteristica de la linea en Ohmios , L es la inductancia de la linea (esa inductancia debe sener medida con lo final de la linea en corto) y lo C es la capacitancia de la linea (esa capacitancia es medida con lo final de la linea abierta)
Lo maximo rendimento possible es cuando anbos equipos que si comunicam tienem como inpedancia de funcionamento lo mismo de la linea (maxima transferencia de sinal)
Att,
Daniel Lopes.

 

[Daniel Meza]

El cable elegido sería de 8 conductores arrollados todos juntos ?

Estoy pensando que la tecnología UTP , previamente los enrolla de a dos con distinto número de vueltas (espiras/centímetro o twists/foot) y luego enrolla los 4 pares juntos . . . todo para minimizar interferencias.

Si, serán 8 cables trenzados todos ellos según la hoja de datos:

2) Cable Assembly 8 Components Cabled
a) Twists: 6.9 Twists/foot (min)

Pero los UTP no los veo viable por el esfuerzo mecánico al que será sometido el cable; olvidé mencionar que el cable constantemente será arrollado y desenrollado.

El cable con el que construí la primera extensión era es de 10 líneas sin vueltas ni pares.

 

[DOSMETROS]

Pero hay UTP "multifilamento"

 

[Daniel Meza]

El día de ayer pude revisar las señales que intervienen en la comunicación entre la sonda y el equipo. Olvidé mencionar antes que desde ese mismo conector que tiene el equipo se puede hacer un enlace con la computadora por medio de USB.

Especulaciones mías, pero parece que usan la misma trama diferencial para comunicarse con la sonda:

​

En la foto anterior se observan las dos señales referidas al polo (-) de la batería, un pin más tiene una tensión de alimentación ≈4.8V (4 pilas en serie de 1.2V @1200mAh).

Aquí en esta siguiente foto se observa la toma de muestras, aproximadamente cada 1/2 segundo

​

La frecuencia de transmisión de bits ronda al parecer los 10KHz.
Otro dato, coloqué un resistor shunt en la línea de alimentación para saber que consumo demanda la sonda; a partir de la señal que obtuve en el osciloscopio pude determinar que el consumo anda por los 35mA.


Ahora, el hecho de la señal sea diferencial me hace pensar que los problemas de la longitud del cable no serán tan extremos, pero aún así, ¿hay algún otro parámetro que esté pasando por alto para la elección del cable?.

Pero hay UTP "multifilamento"

Durante la búsqueda del cable, encontré algunos que estaba orientado a cumuncaciónes RS232, ¿se trata de este UTP multifilamento?, lo descarté en un principio por el diámetro del cable interno pues es algo delgado y temo se rompa.

 

[Gudino Roberto duberlin]

Hola, según comentas, que el cable sufrirá, acciones mecánicas permanentes. Quizás debas plantearte la posibilidad de implementar wireless

 

[Daniel Meza]

Si, pero básicamente son por el continuo arrollar. El uso de la sonda es en pozos acuíferos de varias decenas de profundidad. Anteriormente bajaban la sonda y el peso de esta recaía por completo en el cable de datos. Pero ahora, dado el daño que esto causa, han optado por bajarla usando a la par un rollo de cable de acero.

Como dije la idea de lo inalámbrico es excelente pero por razones de tiempo prefiero por el momento cerrarme a la opción del cable.

 

[Dr. Zoidberg]

Mandar 10 khz (mas terrible cantidad de armonicos por que son ondas rectangulares) a 10mts es una cosa y mandarlas a 250mts es otra muy diferente. Vas a tener que simular tambien la inductancia de la linea (que debe ser un lio por el posible acople de los 8 cables) por que eso va a comenzar a deformar la señal a menos que termines correctamente las lineas. Hay que ver si los receptores se bancan la onda deformada y si los transmisores pueden excitar ese largo de lineas sin inestabilizarse.
Un lindo problemita...

 

[Daniel Meza]

Mandar 10 khz (mas terrible cantidad de armonicos por que son ondas rectangulares) a 10mts es una cosa y mandarlas a 250mts es otra muy diferente. Vas a tener que simular tambien la inductancia de la linea (que debe ser un lio por el posible acople de los 8 cables) por que eso va a comenzar a deformar la señal a menos que termines correctamente las lineas. Hay que ver si los receptores se bancan la onda deformada y si los transmisores pueden excitar ese largo de lineas sin inestabilizarse.
Un lindo problemita...

Vaya que si es un gran problema, pero más es no saber por donde empezar a enfrentarlo . No cuento con un software para simulación de parámetros en líneas de transm.

Lo que se me ocurre como inicio es hacer la simulación de los parámetros que da el fabricante del cable.

Se que no es la forma idónea pero me atreveré a hacer la simulación de cable con componentes discretos que espero conseguirlos en la semana (en especial las bobinas). Lo haré con este circuito:

​

Los valores son cercanos a los que, según el fabricante, tendría el cable de 250m de longitud:

Capacitancia ≈ 47nF
Inductancia ≈ 155.7µH
DCR ≈ 21.25Ω​

No distribuí los componentes por igual en todas las líneas ya que creo que las afectaciones de estos no serán idénticas en todas las líneas.

Para las líneas de alimentación, la resistencia e inductancia son las variables a cuidar; mientras que para las líneas de comunicación si intervienen la R, L y C.

Ahora que lo veo la resistencia equivalente para los cables de V+ y GND darán problemas pues para los 35mA se "comerán" 1.6V, aunado a que las baterías alcanzan por mucho 4.9V, la sonda tendrá solamente 3.3V!

No me esta gustando nada este panorama..

Creo que no habrá de otra más que darle la vuelta hacia la parte inalámbrica como me sugirieron antes. Para eso, una relativa ventaja es que los pozos siempre son verticales, obscuros y de un diámetro reducido, por lo que utilizar algún láser o led de alto brillo para transmitir los datos quizá sea suficiente. Lo difícil será acoplar el protocolo que supongo es USB al inalámbrico.

Caray en que líos me meto.

 

[Daniel Meza]

Siguiendo con el tema, el día de ayer me dieron la autorización para poder desarmar el equipo y observar la circuitería de la etapa de enlace.

https://drive.google.com/file/d/0B_XHRvgkWGnqWmVBbGk3cUJBMk0/view?usp=sharing

Parece que no todo está perdido, lo que en un principio confundí con una comunicación USB resultó ser un protocolo RS485/422. Seguí las pistas desde el conector hasta un integrado
ISL83483.

Ahora, según sus especificaciones aún así parece que no podrá con la longitud del cable pero, para resolverlo, se me ha ocurrido hacer una especie de adaptador para poder utilizar algún chip RS485 pero de mayor alcance.

Otro detalle es que, para la comunicación, sólo se hace uso de 4 líneas: Vcc, A, B y GND por lo que utilizar el cable de 8 líneas antes propuesto no es tan viable en lo económico.

Haré la búsqueda de un cable de menos líneas y el espacio que salvo en eso lo podré compensar con un diámetro mayor de las líneas con la consecuente disminución de la resistencia total del tendido