"Intercom" über Mikrofonleitung

[pllcd]

Hallo,

ich hoffe, dass ich mit meinem etwas lang gewordenen Post in dieser Abteilung richtig bin.


Für die Koordination von mehreren Kameras möchte ich gerne eine Signalisierungseinrichtung bauen, die es ermöglicht, simple Informationen auszutauschen.
Eigentlich genügt es, wenn jeder "Teilnehmer" einen Zustand 0 oder 1 mit einem Taster (also nicht-gedrückt oder gedrückt) mitteilen kann. Dabei muss für alle ersichtlich sein, wieviele Teilnehmer gerade Zustand 1 mitteilen (nicht wer). Wie das dann jeweils ausgewertet wird, ist eigentlich erstmal nebensächlich, grundsätzlich sollte das aber "gefühlt" in Echtzeit möglich sein. Die maximale Teilnehmeranzahl setze ich erstmal bei 5 an.
Ich hoffe, das ist soweit verständlich.


Zur Realisierung habe ich mir folgenden Gedanken gemacht:

Wegen der guten Verfügbarkeit soll die Verbindung der einzelnen Teilnehmer über normale Mikrofonleitungen (also XLR-Stecker mit hot, cold und Schirm) erfolgen. Für die Teilnehmer gibt es dann einzelne Schaltungen, die darüber verbunden werden, ggf. ist eine "Basis" zur Spannungsversorgung notwendig. Es sollen Leitungslängen von gut 100 m (bestehend aus mehreren einzelnen Leitungen) möglich sein.
Jetzt ist nur die Frage, was man genau übertragt, also wie man die Information, wieviele Teilnehmer gerade Zustand 1 mitteilen, darstellt, sodass alle anderen Teilnehmer sie auswerten (und selbst auch verändern) können.

Grundsätzlich strebe ich dabei lieber eine Schaltung mit diskreten Bauteilen, Logik-ICs, o.ä. an, da ich keine Erfahrung mit "normalen" Mikrocontrollern habe und ich mich erstmal langsam rantasten möchte. Ich würde mich dafür allerdings schon (zur Not) mit dem Arduino oder - noch lieber, weil noch simpler und nebenbei auch günstiger - dem PICAXE auseinandersetzen, deren Leistung ich hierfür auch als ausreichend erachte.


Für mich ergab sich erstmal die Aufteilung:
hot: Spannungsversorgung / + (ich möchte erstmal Batteriebetrieb vermeiden)
cold: "Datenleitung"
Schirm: Masse / GND


Ich bin schon so einige Schaltungen in Gedanken durchgegangen und habe dabei folgende Lösungsansätze gefunden, wie jeder Teilnehmer über die Datenleitung die insgesamt 5 erforderlichen Zustände (ergeben sich aus der Notwendigkeit, die Anzahl der Teilnehmer mit gedrücktem Taster erfassen zu müssen) auslesen und (je nach eigenem Zustand) gleichzeitig verändern kann:

1. In der Basis ist ein Spannungsteiler, die Datenleitung führt (zusammen mit der Masse) die Spannung über einem der beiden Widerstände zu allen Teilnehmern, die durch Tastendruck weitere Widerstände gegen Masse parallelschalten --> die Spannung sinkt. Mit geschickt gewählten Werten kann man möglichst große Spannungsunterschiede erreichen, damit eine Auswertung einfacher ist (z.B. durch µC). Damit Störungen und der Widerstand der Leitungen sich nicht so bemerkbar machen, könnte man diese Spannung z.B. bei 24V ansetzen; ein Spannungsteiler in den einzelnen Einheiten setzt das ganze dann wieder in einen Wertebereich, der vom µC erfasst werden kann.
Vorteil hierbei: Man kann die Leitungen verzweigen (weil die Spannung überall annähernd gleich ist) und kann sich besser an räumliche Gegebenheiten anpassen.

2. Man benutzt eine Reihenschaltung und einen konstanten Strom, der über Widerstände in den Teilnehmern fließt. Wird in einigen Teilnehmern dieser Widertsand überbrückt, steigt die Spannung über diesem Widerstand in den verbleibenden Teilnehmern immer weiter an (wird entspr. wieder irgendwie ausgewertet). Nachteil hier: Man kann keine Verzweigungen verwenden, die Basis muss an einem Ende sitzen und der jeweils letzte Teilnehmer müsste die Leitung mit Masse verbinden, damit ein Stromkreis entsteht.

3. Man überträgt tatsächlich Daten im üblichen Sinn und greift dabei entweder auf bestehende Protokolle und Schnittstellen zurück oder erfindet selbst irgendwas Primitives, was gerade ausreicht, um eine Zahl zu übermitteln, die von jedem Teilnehmer jederzeit um +1 oder -1 verändert werden kann. RS-485 etc. benötigen aber meist 2 einzelne Adern + Schirm, d.h. es wären vor Ort Batterien nötig.


Jetzt ist die Frage, wie sehr Leitungslängen und schlechte Steckverbindungen ins Gewicht fallen.
Wie gut lassen sich Sannungsteiler mit genauen Widerständen aufbauen?
Sind Messschaltungen (ADC des µC) mit festen Grenzwerten sinnvoll? (In einer Simulation habe ich bei Ansatz 1 als kleinsten Spannungsunterschied 0,2V erreicht (am ADC).)

Insgesamt scheint mir Ansatz 1 (für mich) besser umsetzbar zu sein, außerdem sollten Verzweigungen kein Problem sein, bei 2. geht das garnicht, bei 3. vielleicht, das weiß ich nicht. Wie ihr seht, habe ich eher die "analoge" Richtung beschritten, weil ich mir dachte, dass eine gute Umsetzung hier für mich einfacher ist und sicherer funktionieren könnte als was halbgares digitales.


Was meint ihr, wäre Ansatz 1 möglich oder zu störanfällig und (spannungsmäßig) zu unflexibel? Oder hättet ihr ganz andere vorschläge?


Vielen Dank schonmal für's Durchlesen und ggf. für eure Tipps!

[anders]

Wegen der guten Verfügbarkeit soll die Verbindung der einzelnen Teilnehmer über normale Mikrofonleitungen (also XLR-Stecker mit hot, cold und Schirm) erfolgen

Sollen damit nur die Statussignale oder etwa auch die paar µVolt von Mikrofonen übertragen werden?

Außerdem wäre es evtl. auch noch interessant zu wissen, ob die gesamte Struktur linear ist oder einen Ring oder einen Stern oder einen anderen Baum ergibt.

[pllcd]

Ne, damit will ich nur mein Steuersignal und je nach Ansatz auch die Versorgungspsannung übertragen. Soll komplett eigenständig sein.

Grundsätzlich sollte es eine lineare Struktur sein, Abzweigungen sollten aber möglich sein, weil man so deutlich flexibler wäre. Es sollte dementsprechend egal sein, ob die Basis mittendrin od an einem Ende sitzt. "Baum" wäre also eigentlich am passendsten.

[anders]

damit eine Auswertung einfacher ist (z.B. durch µC). Damit Störungen und der Widerstand der Leitungen sich nicht so bemerkbar machen, könnte man diese Spannung z.B. bei 24V ansetzen; ein Spannungsteiler in den einzelnen Einheiten setzt das ganze dann wieder in einen Wertebereich, der vom µC erfasst werden kann

Ich denke, du wolltest das ohne Mikrocontroller hinbekommen?

Im Prinzip eignet sich die Methode mit den Belastung durch Widerstände, evtl. auch Konstantstromsenken, und für die Auswertung sollten Komparatoren wie der LM339 ausreichen.
Ein Problem dabei ist der Spannungsabfall, der durch den Widerstand der langen Leitungen und unkontrollierbare Übergangswiderstände sowie den Strombedarf der Anzeigeelektronik auftritt.
Dieser Schwierigkeit könnte man durch Speisung mit Wechselspannung begegnen: Während der positiven Halbwelle werden die Geräte versorgt und dort Pufferkondensatoren aufgeladen, und während der negativen Halbwelle erfolgt die Messung.


P.S.:
An Stelle einer richtigen Wechselspannung, könnte man natürlich auch eine gestufte Gleichspannung verwenden.
Nicht zu schnell schalten, 500m Leitung werden eine Kapazität um 50nF haben!

[BernhardS]

Hallo,

Vorneweg zum Strom. Es ist relativ einfach einen definierten Strom auf eine unbekannte Zahlt an Teilnehmern zu verteilen. Dazu gibt man den Strom auf eine Reihe von Zenerdioden. Wenn die Treiberspannung hoch genug ist fließt der Strom.
Die einzelnen Abzweige schalten einen Widerstand parallel zur Z-Diode. Diese muss so bemessen sein, daß beim maximal zu erwartenden Strom der Spannungsabfall über den Widerstand noch unter der Z-Spannung bleibt. Der einzelne Abnehmer kann die Spannung messen und erfährt so welcher Strom gerade fließt.
Das mal ganz allgemein, auch wenn es nicht 100%-ig zu Deiner Frage passt - wir sind ja zum Vergnügen hier.

Du willst den Teilnehmer Strom oder Spannung beeinflussen lassen, gleichzeitig soll darin aber auch die Zahl der Beeinflussungen reincodiert werden. Hmmmm....

Es gibt in der Industrieelektronik so was, das nennt sich Namur-Sensor. Der Sensor kennt zwei Zustände, den einen repräsentiert er mit einem Widerstand von 50kOhm, den anderen mit 10kOhm. Gleichzeitig wird er über den zur Messung notwendigen Stromfluss für sich selbst versorgt. Soweit, so gut - stromgesteuert ist praxiserprobt und bei Fehlern selbstmeldend; also: ist der Sensor da, ist er EIN oder AUS.
Aber wie teilt man ihm eine Information mit?
Man kann den Meßstrom variieren. Der Sensor "weiß" ja ob er auf 10 oder 50 steht und kann sich aus dem Spannungsabfall den Meßstrom ausrechnen oder den Strom direkt messen und erfährt so die Information. Nur in festverdrahterer Schaltung wird das aufwendig.
In der Zentrale geht das noch. Ein Spannungsabfall über eine Reihe von Widerständen wird umgesetzt in den Meßstrom. Jeder gesetzte Teilnehmer überbrückt einen dieser Widerstände wodurch der Stromfluss sich um diese eine Stufe ändern. Aber beim Kameramann.... Der Strom muss ja auch noch die Anzeige versorgen - da wird es ohne Mikrokontroller unnötig anstrengend.

Mit Spannung geht es zum Teil einfacher, vor allem die Anzeige. Du schaltest vor mehrere LED´s jeweils eine Z-Diode, dann leuchtet sie erst wenn die nötige Spannung erreicht ist. Der Strom muss begrenzt werden, aber dafür reicht bei den heutigen LED´s ein BF245 mit G-S gebrückt, die sind dann noch hell genug.
Bei welcher Spannung Du den Tastendruck auswertest ist auch nicht so kritisch. Man merkt auf jeden Fall, daß gedrückt wurde.
Ich würde es spannungsgesteuert aufbauen. Selbe Treppe: Nur ergibt sich dadurch eben die Ausgangsspannung. Bei Operationsverstärkern bist Du einigermaßen fit?

Nochmal was, was Du eigentlich nicht gefragt hast: Ich habe mal sowas gebaut. Das konnte über eine Zweidrahtverbindung zwei Taster abfragen und zwei Schalthandlungen ausführen. Das gab abwechselnd 5V und 12V aus, weiter abwechselnd plus und minus. Die Taster wurden einfach bei 5V abgefragt und die Schalthandlung durch eine Z-Diode erst bei 12V ausgeführt. War aber von einem Mikrokontroller gesteuert. Das ist jetzt keine Eigenwerbung - zur Zeit keine Zeit.

Bernhard

[pllcd]

Vielen Dank für Eure Antworten.

Ich wollte zumindest um "echte" Mikrocontroller einen Bogen machen. Für die hier beschriebenen Schaltungen oder Messungen müsste ein PICAXE jedoch ausreichen, den würd ich mir zutrauen.

@anders:
Dass der Stromverbrauch der einzelnen Geräte den Spannungsfall auch für die Signalleitung beeinflusst, hab ich nicht bedacht. Nsch ein bisschen Simulation macht das meinen bisherigen 1. Ansatz in der Form hinfällig.
Würde eine Wechsel- oder Rechteckspannung vielleicht schon zum Einstreuen in andere Leitungen (z.B. "echte", als solche genutzte Mikrofonleitungen) neigen oder ist dafür die Stromstärke zu niedrig?

Der Ansatz, abwechselnd Messung / Stromversorgung durchzuführen geht ja schon fast in die "serielle" Richtung.
Wäre es da nicht fast schon einfacher, nach einem kurzen Synchronimpuls die Teilnehmer nach einer individuellen (jedem Teilnehmer fest einprogrammierten) Verzögerung antworten zu lassen (Spannung oder keine Spannung). Die Summe der Antworten wird dann von jedem Teilnehmer ausgewertet. (--> Ansatz 3)
Fragt sich nur, was so eine Aneinanderreihung von Rechtecken an Störungen erzeugen könnte (bei Frequenzen < 100 Hz).


@ BernhardS:

Ich habe ehrlich gesagt einige deiner Ansätze nicht ganz trennen können.
Im Prinzip wären ja alle Geräte gemeinsam aus Sicht der Basis sowas wie ein Namur-Sensor, oder?

Die zu messende Spannung muss eigentlich nicht die Anzeigen versorgen, denn wir hätten ja Stromversorgung und Signalleitung (von der ja gemessen wird) getrennt vorhanden.

Mit Operationsverstärkern hab ich noch nichts gemacht, außer ein paar grundlegende theoretische Rechnungen. (Besonders den Absatz hab ich nicht so verstanden)


Ich hoffe, dass ich Eure Vorschläge nicht zu sehr zerpflücke. Wie Ihr vielleicht merkt, muss ich auf den verschiedenen Vorschlägen ziemlich drauf herumüberlegen, wie man das jeweils konkret umsetzen könnte.

Zur Veranschaulichung habe ich einen Aufbau, wie er möglich sein soll, mal grob skizziert, wobei ja je nach Ansazt im Teilnehmer die Signalleitung einfach durchverbunden wird oder ggf. irgendwas dazwischen geschaltet wird (gestrichelte Linie).

[anders]

Würde eine Wechsel- oder Rechteckspannung vielleicht schon zum Einstreuen in andere Leitungen (z.B. "echte", als solche genutzte Mikrofonleitungen) neigen oder ist dafür die Stromstärke zu niedrig?

Nicht wenn die Speisung symmetrisch erfolgt. Dann ist die Abschirmung sogar nahezu überflüssig.

Ich hoffe, dass ich Eure Vorschläge nicht zu sehr zerpflücke.

Viele Wege führen nach Rom.
Wenn du deutlich mehr als diese 5 Stellen brauchst, käme anstelle der Widerstände auch eine rein digitale Lösung mit dem 1-Draht-Protokoll in Frage .

[BernhardS]

Die zu messende Spannung muss eigentlich nicht die Anzeigen versorgen, denn wir hätten ja Stromversorgung und Signalleitung (von der ja gemessen wird) getrennt vorhanden.

Ach so. Ein Mißverständnis. Ich dachte Du willst das auf dem Mikrofonkabel "mit unterbringen" und hab relativ kompliziert überlegt wie man das möglichst statisch abwickeln könnte um wenig Störungen zu erzeugen. Ja, dann ist natürlich vieles einfacher.

[Master-Jimmy]

Viele Wege führen nach Rom.
Wenn du deutlich mehr als diese 5 Stellen brauchst, käme anstelle der Widerstände auch eine rein digitale Lösung mit dem 1-Draht-Protokoll in Frage .

1-Wire sollte problemlos funktionieren für 100 m und es würde mich erstaunen wenn PICAXE und Arduino das entsprechende Interface nicht mitbringen würden.
Wieso also nur bei deutlich mehr als 5 Stellen?

Solange über das Kabel nicht gleichzeitig "der Sound" laufen soll und das ist ja mittlerweile geklärt, scheint 1-Wire die beste Lösung zu sein - einfach, sicher und ausbaufähig.

[pllcd]

Ne, da hab ich mich wohl undeutlich ausgedrückt, die von mir angestrebte Belegung war:

hot: Versorgungsspannung
cold: Signal
Schirm: gemeinsame Masse

Also alles über eine Leitung, aber nicht eine Ader.

Wenn digitale Übertragung über eine Ader deutliche Nachteile gegenüber symmetrischer Übertragung hat, wäre es dann vielleicht möglich, den beiden Adern (hot, cold) eine Versorgungspannung zu überlagern?

Zum 1-Wire-Bus:
Da habe ich noch keine Informationen gefunden, ob es da ICs gibt, die das Signal aus z.B. RS-232 oder I2C erzeugen (das wären die beiden Schnittstellen, die der PICAXE mitbringen würde). Sowas habe ich z.B. für RS-485 gefunden, nur gibt es da ja nur 2 Teilnehmer, wenn ich das richtig verstanden habe.

[BernhardS]

Hallo,

jetzt habe ich erst PICAXE gelesen. Da kann ich Dir schon behilflich sein.

Schau mal: http://www.transistornet.de/viewtopic.php?f=52&t=8779

Bernhard

[Master-Jimmy]

Sowas habe ich z.B. für RS-485 gefunden, nur gibt es da ja nur 2 Teilnehmer, wenn ich das richtig verstanden habe.

Du hast es aber nicht richtig verstanden...

Mit RS-485 sind, im Gegensatz zu RS-422, mehrere Sender möglich. Es kann einfach jeweils zur gleichen Zeit nur einen Sender geben (halb-duplex).

[anders]

1-Wire sollte problemlos funktionieren für 100 m und es würde mich erstaunen wenn PICAXE und Arduino das entsprechende Interface nicht mitbringen würden.
Wieso also nur bei deutlich mehr als 5 Stellen?

Weil man dann in jeder Station Mikroprozessoren verwenden muss.
Bei 5 oder so kann man auch noch die Analogschaltung verwenden.

Zum 1-Wire-Bus:
Da habe ich noch keine Informationen gefunden, ob es da ICs gibt, die das Signal aus z.B. RS-232 oder I2C erzeugen (das wären die beiden Schnittstellen, die der PICAXE mitbringen würde).

Dann hast du überhaupt an der falschen Stelle gesucht.
Derartige Leitungstreiber werden dabei überhaupt nicht verwendet, und es ist eine Eigenart des Protokolls, daß mit einigen Abfragen die Identität sämtlicher am Bus angeschlossener Geräte festgestellt werden kann.
Es gibt sogar Chips, die nichts anderes tun, als mittels ihrer einmaligen Serienummer ihr Vorhandensein zu quittieren: datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS2411.pdf

[BernhardS]

Weil man dann in jeder Station Mikroprozessoren verwenden muss.

Denk mal an die 5x100m Kabel. Da werden doch 20€ für Kontroller drin sein.

Hier mal mein Programm für den Absender. Pin 0 wird für 100 ms auf high gezogen. Die Zentrale frägt die Eingänge schnell genug ab um das mitzubekommen. Danach wird einfach die Information die in den Speicherplätzen 51 - 58 zwischengelagert ist, auf Pin 0 seriell mit geringer Geschwindigkeit ausgegeben. Aber 8 Byte sind auch mit 1200 Baud schnell draußen.

label1:
high 0
pause 100
low 0
pause 50

pause 50
peek $58, b11
serout 0,N1200,(b11, b11)
peek $50, b11
peek $51, b10
serout 0,N1200,(b11, b10)
peek $52, b11
peek $53, b10
serout 0,N1200,(b11, b10)
peek $54, b11
peek $55, b10
serout 0,N1200,(b11, b10)
peek $56, b11
peek $57, b10
serout 0,N1200,(b11, b10)
peek $58, b6
return

Der Empfang ist noch kürzer:

Main:
pause 20
b15 = pins & %01100111
if b15 = 0 then goto main
pause 2
b10 = pins & %01100111
if b15 = 0 then goto main
pause 100

b15 = ncd b15
b15 = b15 - 1

serin b15, N1200, b6, b6
serin b15, N1200, b21, b20
serin b15, N1200, b23, b22
serin b15, N1200, b25, b24
serin b15, N1200, b27, b26

Es werden die Eingangspins abgefragt ob vielleicht einer davon auf High ist. Der Befehl "ncd" gibt das betreffende bit aus, was gleichbedeutend mit dem Eingangspin -1 ist. Daß die Pins nicht fortlaufend dafür benutzt werden, sondern dazwischen zwei frei sind tut der Sache keinen Abbruch. Diesen Befehl kennen erst die etwas größeren IC´s vom 20X an aufwärts. Aber ich hab sowieso einen 28X eingebaut, es waren noch ja noch 6 Pins fürs Display notwendig und ein wenig Reserve.
Über den ermittelten Pin wird seriell eingelesen und auf b20 bis b27 abgelegt - das kann man dann als W10 bis W13 direkt lesen.
Am Anfang werdne zwei Byte scheinbar sinnlos übertragen. Das erste Byte kommt oft nicht heil an, das zweite ist Reserve. Die doppelte Abfrage am Anfang ist für den Fall, daß ein kurzer Impuls fälschlich erkannt wird. Dann wird nachgeschaut ob der Pin 2ms später immer noch auf High ist.

Ich konnte es auch kaum glauben, es ist so einfach - wenn man die nicht funktionierenden Methoden alle hinter sich hat.
Keine Angst vor der Leitungslänge, der Picaxe nimmt vieles an Signal so hin. Man muss nur mit der Geschwindigkeit runter.

Bernhard

[pllcd]

Hallo,

ich werde mich dann nochmal zum Thema 1-Wire ein wenig einlesen, mal sehen, ob ich dann mehr verstehe.

@Master-Jimmy:
Ich finde gerade das entsprechende Datenblatt nicht wieder, aber dort war eine Beispielschaltung, die zwei Transceiver-ICs verwendete für RS-485. Heißt das, dass man einfach noch weitere ICs davon parallel dazu schalten könnte?


Ein Mikrocontroller in jedem Gerät macht nichts, vielleicht käme man ja sogar mit einem 8-beinigen PICAXE aus.

Die Leitungen wären allerdings nicht 5 x 100m, sondern es wären mehrere Leitungen zwischen den Teilnehmern, die insgesamt eine maximale Länge von etwa 100m erreichen könnten, wenn z.B. nicht die passenden Längen (sondern nur zu lange) vorhanden wären. Vorerst werde ich mir auch keine Leitungen kaufen müssen, denn es besteht eigentlich immer die Möglichkeit, welche zu leihen, sodass ich nicht selbst mit 100m Kabeln ansitze (deswegen bin ich ja auch so auf einen weit verbreiteten Leitungstyp aus).