"Sensore" per segnale in ingresso a microcontrollore

[PSF]

Ciao a tutti, un titolo contorto per una richiesta altrettanto strana: data una scheda di controllo di un cancello automatico, sto per affiancarle una basetta ESP per monitorare ed eseguire automazioni aggiuntive non correlate al funzionamento, banalmente mi serve conoscere lo stato degli ingressi alla stessa (segnale di apertura e fotocellula). Inizialmente pensavo ad un fotoaccoppiatore come soluzione sicura, ma sfortunatamente la resistenza di pull-up degli ingressi cancello è troppo debole, la tensione sulla stessa di circa 24V scende drasticamente e basta circa 1 mA per la commutazione. Così, dato che chiudono verso massa (comune anche all'ESP32) ho tentato un volgare partitore con 2 resistenze ma anche questo non mi convince del tutto. Mettere 2 diodi zener contrapposti potrebbe così isolarmi le 2 pull-up a tensioni drasticamente diverse (dovrò provare); in alternativa ci sono dei metodi sicuri e immuni da disturbi già fatti? Ricordo che la chiusura a massa delle fotocellule ha un cavo di almeno 5 metri, credo sia improponibile amplificare il segnale con un transistor o sbaglio?

[Claudio F]

[Livio Orsini]

8 ore fa, PSF ha scritto:

credo sia improponibile amplificare il segnale con un transistor o sbaglio?

 

Io, invece, te lo raccomando vivamente. È necessario separare i due comuni, quello della esp32 da quello della centralina; questo per avere un minimo di garanzia di immunità ai disturbi ed evitare che morie in serie della esp32.

 

Ti suggerirei un transistor, alimentato dal 24V della centralina che comanda un foto accoppiatore che piloterà l'ingresso del micro. Più tardi, se avrò un attimo di tempo, posso metterti lo schema.

[Livio Orsini]

Questo è lo schema, semplicissimo. Devi solo invertire il segnale via software.

 

[Gennar0]

12 ore fa, PSF ha scritto:

ma sfortunatamente la resistenza di pull-up degli ingressi cancello è troppo debole,

Mi pare strano, di solito le fotocellule comandano un relè, e comunque danno fuori un segnale forte. Visto che le fotocellule non è detto si trovino vicino alla centralina.

[PSF]

Scusatemi per la risposta tardiva, le notifiche era andate nella cartella spam, vi ringrazio tutti e vi spiego meglio come è la situazione:

la centralina del cancello ha dei morsetti a cui collegare degli interruttori per l'apertura delle ante e per le fotocellule. Questi ingressi vanno posti a massa (per pilotare la funzione) e misurando col tester vedo una tensione a vuoto di circa 24V, immaginando io internamente una R pullup relativamente alta perchè se vado a misurare con amperometro verso massa vedo appena 1 mA circa. Inizialmente quindi avevo pensato a un banale partitore da 100K più altri 20K che mi limitava l'assorbimento a 0.15 mA mantenendo la tensione entro i 20V residui sulla scheda e circa 4V sul resistore da 20K.

@Livio Orsini giustamente obbietta sulla massa in comune ma non dovrebbere essere un problema, anzi, la ESP la alimento proprio dal 24 della stessa scheda quello per alimentare le fotocellule e il convertitore è a massa comune.

@Gennar0, confermo anche io la stranezza, il vecchio cancello era molto più generoso, avevo un circuito analogo, vado a memoria , forse persino sfruttando dei 78L05 come stadio di ingresso (per massima pigrizia)

credo che la soluzione del transistor a pilotare il fotoaccoppiatore possa essere un qualcosa di robusto, a me fa solo "paura" in pratica avere la base che gira per tutti i cablaggi verso la fotocellula che fortunatamente del 99,999% del tempo è a massa, quello di apertura invece è il contrario.

@Claudio Finvece mi propone quello che avevo immaginato, dici che si possa evitare il diodo in uscita dalla scheda visto che la sua tensione sarà sempre maggiore del pullup ESP di 3,3...? Quel diodo verso massa ha un ruolo di che tipo?

Grazie ancora a tutti.

[Livio Orsini]

7 ore fa, PSF ha scritto:

anzi, la ESP la alimento proprio dal 24 della stessa scheda quello per alimentare le fotocellule e il convertitore è a massa comune.

 

Non mi sembra una soluzione molto robusta, specialmente dal punto di vista EMC

[Claudio F]

18 hours ago, PSF said:

dici che si possa evitare il diodo in uscita dalla scheda visto che la sua tensione sarà sempre maggiore del pullup ESP di 3,3...? Quel diodo verso massa ha un ruolo di che tipo?

Il diodo in ingresso alla scheda serve per evitare che i 24V arrivino all' ESP. Quello verso massa, boh, forse è una precauzione inutile (servirebbe per eventuali disturbi negativi rispetto a massa in arrivo dal cavo).

[PSF]

1 ora fa, Claudio F ha scritto:

Il diodo in ingresso alla scheda serve per evitare che i 24V arrivino all' ESP. Quello verso massa, boh, forse è una precauzione inutile (servirebbe per eventuali disturbi negativi rispetto a massa in arrivo dal cavo).

Ok grazie.

12 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

 

Non mi sembra una soluzione molto robusta, specialmente dal punto di vista EMC

Dici che il wifi del ESP vada a disturbare la scheda? Posso casomai prendermi prima della scheda dopo il ponte raddrizzatore del trasformatore 230/24 con un condensatore aggiuntivo.

[GiRock]

Solitamente gli ingressi dei uC sono "clampati" (pinzati in tensione), a volte si preferisce aggiungere due diodi esterni per forzare il non superamento sia della VCC che delle eventuali tensioni negative prodotte dalle varie schede collegate che danneggerebbero irrimediabilmente il chip salvaguardando i suoi preziosi diodi interni.

 

Per questo motivo @Livio Orsini ha più volte ripetuto che è sempre meglio separare le masse con l'utilizzo di un fotoaccoppiatore come da schema per aumentare l'immunità ai disturbi ESD (Electro Static Discharge) o EMC (Electro Magnetic Compatibility).

 

Ti posto un esempio (un'immagine vale più di tante parole) dove ho forzato la tensione d'ingresso a 6V, 4V positivi e 2V negativi:

 

 

Come si evince dal grafico, la tensione positiva viene drasticamente "clampata" a +3.3V mentre quella negativa viene anche lei "clampata" a circa -160mV, questi valori non si "schiodano" anche aumentando notevolmente la tensione in ingresso sia positiva che negativa, ovvio che nella realtà ci sono picchi negativi di durata ed intensità a frequenza variabile per lo più dovuti a disturbi di varia natura e provenienza tipo schede relay o alimentazioni switching sporche e chi più ne ha più ne metta...

 

Il tuo ESP sopporta una Vin negativa di -300mV continui, quindi tenendo conto dei -160mV sporadici, direi che ci stiamo dentro benissimo, inoltre la VH in ingresso parte da +1.8V in su.

 

Per saperne di più, cerca Diodi Clamper in rete dove vengono forniti vari esempi anche con l'utilizzo di diodi Zener per rendere maggiormente sicuri questi componenti...

 

P.S. Ho modificato lo schema di @Claudio F, altrimenti le tensioni negative passavano intonse.

 

Ho già utilizzato ESP Wi-Fi come ripetitore di segnale alimentanadolo con un "carichino" da 5V un pò serio e di marca anteponendo una schedina in SMD per regolare la tensione a +3.3V  aggiungendoci solamente un paio di condensatori in uscita non riscontrando anomalie di alcun tipo almeno nel mio caso...

[PSF]

Molte grazie @GiRock, fortunamente l'ESP che userò è già montato su basetta dev che da un ingresso microusb 5V regola a 3,3 con il classico lineare. Le masse di conseguenza sono già connesse "automaticamente" altrimenti dovrei usare un DC/DC isolato o un secondo trasformatore ma mi pare un poco eccessivo, tieni conto che già ora sul vecchio cancello ho un ESP8266 su basetta D1 mini che funziona da anni ma che ha purtroppo troppi pochi ingressi/uscite liberi per l'uso.

[Livio Orsini]

11 ore fa, PSF ha scritto:

Posso casomai prendermi prima della scheda dopo il ponte raddrizzatore del trasformatore 230/24 con un condensatore aggiuntivo.

 

Le schede di sviluppo ESP, come arduino e raspberry, hanno immunità EMC praticasmente nulla. Non sono state progettate per lavorare "in campo". La funzione per cui sono state progettate è per lo sviluppo del software; poi, per la loro comodità, sono impiegate da moltissimi "dilettanti" per realizzare tantissime applicazioni, specialmente in campo domotico. Io stesso ne ho fatto, e ne faccio, larghissimo uso. Nonostante impieghi tantissime precauzioni sul filtraggio delle alimentazioni e sulla separazione delle masse tra sche scheda e campo, ogni tanto mi capita qualche inconvebniente.

 

Racconto un piccolo aneddoto capitatomi lo scorso inverno.

In casa ho un sistema di controllo della temperatura basato arduino e modem LoRa. Il referimento di temperatura, per mia comodità, è effettuato tramite un potenziometro multigiro. La manopola del potenziometro è (era) bloccata da una vitina che è quasi a filo della plastica. Qualche mese fa mi sfilai la felpa di pile e andai a ritoccare la temperatura; lo sfilamento della felpa mi aveva caricato di energia elettrostatica e quando, nel maneggiare la manopola, toccai la vitina scaricai la mia carica sul potenziometro, quindi nel canale analogico di arduino. Risultato: arduino defunto e interfaccia I2C del display fulminata.

 

Un dc-dc converter isolato non costa molto, in compenso ti salverebbe da moltissimi inconvenienti.

 

Per curiosità usi il WiFi con rete ESD di esp, o usi il WiFi domestico?

[PSF]

12 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

Un dc-dc converter isolato non costa molto, in compenso ti salverebbe da moltissimi inconvenienti.

 

Per curiosità usi il WiFi con rete ESD di esp, o usi il WiFi domestico?

Grazie Livio, mi conforta che eventualmente le anomalie si restringono a possibili falsi segnali della scheda, posso accettare un falso segnale di cancello aperto etc, tendo poi a filtrare via sw gli spike e la schedina da 4 euro non mi preoccupa se salta col temporale.

Riguardo il wifi io li programmo con ESPHOME e poi li connetto ad HA quindi banalmente in rete locale si aggancia all'access point di casa.

[Livio Orsini]

12 ore fa, PSF ha scritto:

e poi li connetto ad HA

 

HA come Home Assistant?

[PSF]

11 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

 

HA come Home Assistant?

Si certo

[Claudio F]

On 5/28/2025 at 9:53 PM, GiRock said:

altrimenti le tensioni negative passavano intonse.

 

Si molto meglio spostare i diodi a destra della resistenza 22k. Però, riguardo quanto quotato, ipotizzo che la sorgente di tensione alternata del simulatore sia ideale, ammetta corrente infinita, e anche i diodi sopportino corrente infinita. Perché in un circuito reale il catodo del diodo non può scendere rispetto all'anodo sotto il valore della tensione di soglia (almeno finché il diodo non brucia).

 

 

 

Modificato: 31 maggio da Claudio F

[PSF]

Saluti, ebbene dopo un po di tempo ho preparato uno stampato e montato il tutto, realizzando un circuito compromesso con alcuni consigli che mi avete dato. Metto uno stralcio dello schema per i 2 sensori più ostici ovvero la fotocellula e il segnale di apertura. Il 24V e la massa sono presi dall'alimentazione del cancello, non poteva essere altrimenti, e tramite le resistenze R1 e R2 alimento i pullup. Vi chiederete come mai ho messo una seconda resistenza in serie R9 e R10, ebbene, non lo so bene nemmeno io, mi piaceva come filtro aggiuntivo diciamo ma anche per suddividere la potenza dato che uso 1/4 W ero al limite per abbassare i 24/28V ai 1,2 del fotoaccoppiatore. Poi ho messo un diodo shottky per garantirmi una bassa caduta verso l'ingresso che va a massa. Anche nel cancello ho protetto con uno simile. Quindi riassumendo normalmente avremo l'ingresso AP a tensione di pullup, fotoaccoppiatore alimentato e segnale in ingresso al ESP (sfruttando la sua pullup interna via sw).

Nel caso dell'ingresso FOTOC è praticamente sempre a massa quindi si scarica la tensione e il fotoaccoppiatore  U2 rimane spento.

Tutto questo nella teoria, mi avevate giustamente messo in guardia su possibili disturbi che vado a spiegare: tutto ok sull'ingresso AP, su quello FOTC invece accade che quando il cancello muove e gestisce i rallentamenti (immagino spike, pwm etc) vedo dei segnali di segnale fotocellula impegnata quando no lo è. Tensione sull'ingresso FOTOC che rimane pressochè 0, proverò con oscilloscopio casomai, i 24V potrebbero introdurre dei disturbi quindi penso che il primo tentativo sarà mettere un condensatore ai capi del diodo fotoaccoppiatore, dovrei smorzare le oscillazioni, oppure magari i disturbi nascono a valle proprio sui pin dell'ESP 32 che ricordo essere alimentato da tutt'altra fonte.

 

[PSF]

Aggiornamento:

con l'oscilloscopio ho visto il ripple residuo sui 24V, praticamente oltre i 0,3V!!!. Testata poi la tensione all'anodo del fotoaccoppiatore ho visto del rumore residuo di circa 170 mV ma durante la movimentazione si vedevano dei picchi clamorosi, anche negativi. Per "praticoneria" ho messo un diodo in alimentazione e un condensatore elettrolitico da 1000 microF, ottenendo una alimentazione più stabile. Poi ai capi del anodo e catodo del fotoaccoppiatore un altro elettrolitico da 10 microF, risultato ottimo, ripple residuo poco visibile e sopratutto scomparsa degli spike e dei falsi segnali.

[Gennar0]

17 ore fa, PSF ha scritto:

Aggiornamento:

con l'oscilloscopio ho visto il ripple residuo sui 24V, praticamente oltre i 0,3V!!!. Testata poi la tensione all'anodo del fotoaccoppiatore ho visto del rumore residuo di circa 170 mV ma durante la movimentazione si vedevano dei picchi clamorosi, anche negativi. Per "praticoneria" ho messo un diodo in alimentazione e un condensatore elettrolitico da 1000 microF, ottenendo una alimentazione più stabile. Poi ai capi del anodo e catodo del fotoaccoppiatore un altro elettrolitico da 10 microF, risultato ottimo, ripple residuo poco visibile e sopratutto scomparsa degli spike e dei falsi segnali.

Le resistenze limitatrici , mettile sempre alla fine della linea, vicino all'ingresso. Anche da software, ci sono vari trucchi per limitare piccole indecisioni sul segnale.

[Ctec]

Il D5 e D6 fanno pensare che i dispositivi esterni siano a uscita PNP (mandano 24V o circuito aperto), mentre i due diodi D1 e D2 fanno pensare a dispositivi NPN (mandano a 0V o circuito aperto).

Gli ingressi della tua scheda quali sono, AP e FOTOC? Allora D5 e D6 che fanno?

Intanto prova a chiarire questo.

 

Se ha ingressi NPN (chiude a 0V), un circuito più affidabile è questo:

La resistenza è calcolata per circa 5mA di led, non ho guardato le caratteristiche di trasferimento del EL817

Poi magari anche un condensatore di bypass tra C ed E del EL817 filtrano un altro po' l'ingresso del ESP.

Occhio che l'elettrolitico che hai messo rischia di creare una costante di tempo eccessiva e ti filtra troppo gli eventi brevi (o ritarda eventi lenti).

 

Modificato: 30 giugno da Ctec

[PSF]

2 ore fa, Ctec ha scritto:

Il D5 e D6 fanno pensare che i dispositivi esterni siano a uscita PNP (mandano 24V o circuito aperto), mentre i due diodi D1 e D2 fanno pensare a dispositivi NPN (mandano a 0V o circuito aperto).

Gli ingressi della tua scheda quali sono, AP e FOTOC? Allora D5 e D6 che fanno?

Intanto prova a chiarire questo.

 

Se ha ingressi NPN (chiude a 0V), un circuito più affidabile è questo:

La resistenza è calcolata per circa 5mA di led, non ho guardato le caratteristiche di trasferimento del EL817

Poi magari anche un condensatore di bypass tra C ed E del EL817 filtrano un altro po' l'ingresso del ESP.

Occhio che l'elettrolitico che hai messo rischia di creare una costante di tempo eccessiva e ti filtra troppo gli eventi brevi (o ritarda eventi lenti).

 

Certamente, ho verificato infatti che il ritardo fosse accettabile e lo è. Volevo mantenere una certa semplicità del circuito e ho raggiunto l'obbiettivo al momento, il tempo mi dirà se sarà sufficiente. Gli ingressi AP e FOTC vanno a monitorare gli ingressi della scheda cancello automatico, su di essa agiscono dei banali relè sulle fotocellule e anche sull'apertura ho adottato quel sistema. I diodi contrapposti e la fonte aggiuntiva di pull-up sono scaturiti dal fatto che la scheda non aveva un pullup decente, con quello non riuscivo a pilotare direttamente l'ingresso del fotoaccoppiatore.