Linhas de transmissão de dados , estas desconhecidas

Tenho assistido a vários colegas fazerem projetos com microcontroladores.

Muitos deles são realmente bons no software , nos sistemas , etc , mas quando chega a hora de comunicar com um equipamento que esta fora do alcance de uma RS-232  ou USB pronto , começa o drama.

Tem gente que resolve dar tiro de canhão , coloca logo uma interface ethernet com cado de rede,ou parte para o wireless , e por ai vai,aumentando desnecessariamente a complexidade de um projeto.

Muitas vezes o problema pode ser resolvido de forma muito mais elegante se tivermos conhecimento de como os sinais elétricos se comportam ao longo de cabos mais longos, as famosas LINHAS DE TRASNMISSÂO.

Mas afinal o que é uma "LINHA DE TRANSMISSÂO" ?

Como ela funciona ?

Porque um simples fio não resolve o problema ?

Quando devemos usar uma linha de transmissão ?

 

Espero responder a todas a estas perguntas ao longo desta discussão.

 

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Respostas a este tópico

Respondendo a primeira pergunta , 

uma linha de transmissão nada mais é do que um par de condutores , que podem ser um par paralelo um par trancado , serem coaxiais , etc.

O importante é que estes condutores tenham seu diametro , seu espaçamento e seu dieletrico (isolante) constantes ao longo de todo o comprimento da linha de transmissão , pois estes fatores é que vão determinar a "impedancia caracteristica" de uma linha.

Bem mas afinal o que é a impedancia caracteristica de uma linha ?

Para que serve , tem algo a ver com a resistencia ohmica dos fios usados?

Continua no proximo episodio!!! Legal coisas interesantes Enio

Vamos responder primeiro a IMPEDANCIA CARACTERISTICA.

Imagine que temos um par de condutores infinito , que começa aqui e vai embora , sem fim.

O que acontece quando por exemplo ligamos uma fonte de 5V na entrada destes condutores ?

Qual o valor da corrente que entrará nestes condutores ?

Lembre- se que não há nada ligado no final desta nossa linha de transmissão , porque ela não tem final , ela é infinita !!!

A resposta não é óbvia , mas na pratica é simples. Será determinada por este valor misterioso , a famosa Impedancia caracteristica da linha.

Então se tivermos uma linha de transmissão de comprimento infinito com impedancia caracteristica de 120 ohms , ao ligarmos os nossos 5V numa das extremidades , essa linha vai puxar 5/120=41,66 mA para sempre , pois a corrente entra na linha e se propaga proximo da velocidade da luz par o final da linha , sem nunca atingi-lo.

A impedancia caracteristica não tem nada a ver com resistencia ohmica do fio , mas com a distribuição de indutancia e capacitancia ao longo da linha.

Se os fios fossem de supercondutor com resistencia ohmica=0 , a impedancia caracteristica continuaria a mesma.

As explicações físicas de como e porque isso ocorre são razoavelmente complexas e difíceis de entender , mas para fins práticos são desnecessárias,. sabendo-se o valor da impedancia caracteristica , já dá para usar sem grandes problemas.

Vamos agora mudar nossa fonte para 10V , colocando também um resistor com o mesmo valor da impedancia característica da linha 120 ohms , em serie com a linha infinita.

Ao ligarmos a fonte teremos em serie o resistor e a linha , totalizando 240 ohms , então os nossos 10V vao produzir

10/240=41,66mA, a mesma corrente , e 5V na entrada da linha.

Imaginemos agora uma linha finita de 120 ohms , bem comprida (lembre-se a linha é ideal , de resistencia=0).

Ao ligarmos a fonte , a corrente inicial é a mesma , 41,66 mA .Depois de alguns instantes a corrente chega ao fim da linha e não encontra uma carga (o circuito esta aberto) neste ponto a corrente no final da linha é zero , mas no começo da linha continua a entrar corrente , pois o inicio da linha ainda não sabe que a linha esta interrompida.

A interrupção de corrente agora se propaga do fim para o começo da linha agora com o dobro da tensão inicial (5V) ficando com 10V.Lembre-se que a tensão agora se propaga do fim para o começo da linha.

No começo da linha continua entrando corrente , até que a interrupção de corrente se propague de volta pela linha e atinja o inicio da linha.

Agora , depois de ir e vir , A ONDA carregou a linha com 10V , que é igual  à tensão da fonte e a corrente em toda a linha ficou em 0A.

Observe que na entrada da linha a tensão inicial era de 5V , e ficou assim até o retorno da onda , que se propagou do inicio da linha até o final e voltou , só ai então a tensão subiu para os 10V e cessou a corrente.

Quem tiver ai um carretel de cabo telefonico , um gerador de onda quadrada e um osciloscopio pode fazer a experiencia e verificar a forma de onda na entrada da linha, bate direitinho , eu mesmo já fiz o teste !

Este comportamento inusitado das linhas criam problemas quando a taxa de mudança na entrada da linha é da mesma ordem de grandeza dos vai e vem da onda pela linha.Fica uma zona , com sinais principais e refletidos se misturando e gerando uma confusão.

Para eliminar a reflexão no final da linha , colocamos então um simples resistor do mesmo valor da impedancia caracteristica da linha. no caso 120 ohms.

Agora quando a corrente chegar ao fim da linha encontrará um resistor , com o mesmo valor de sua impedancia , a tensão de saida da linha será 5V/120=41,66 mA , a corrente continua fluindo para fora da linha e a linha não percebe que acabou , pois a corrente e tensão continuam fluindo com o mesmo valor, não há mais reflexão e na entrada a tensão se mantém em 5V para sempre.

Diz-se que esta linha esta "terminada" ou "casada" pois absorve apropriadamente a onda que se propaga até o final sem reflexão.

Agora mesmo que a entrada alterne para 5V e 0V varias vezes antes mesmo da primeira variação atingir o final , não tem problema ,pois sem as reflexões a entrada vai ficar sempre com os valores a ela imputados e a saida será uma copia fiel dos dados da entrada.

Isso explica porque se o comprimento da linha não casada como uma RS232 aumenta , diminui a velocidade maxima dos dados que se pode transmitir, já uma linha casada como uma RS485 ou RS422 podemos usar cabos de até 1km até 100kbps sem nenhum probleminha , lisinho lisinho.

Por hoje é só. Postem suas duvidas.

Abração a todos.

Enio.

boa noite enio vc poderia falar umpouco mais sobre o protocolo rs 485?

abraços

Caro Enio,

Eu já copiei e colei na minha pasta de assuntos especiais, essa pequena "Obra Prima", eu sou formado em telecom mais ia morrer e nunca ia saber disso...

Esse é o legal de  forums de discurssão esse apredizado constante com cada um contribuindo...sem empresas vendendo tecnologias totalmente fechadas que nem elas entendem de tão fechada que é..rsrsrs

LEGAGAL HOJE TEMOS HARDWARE QUE SATISFAZEM PERFEITAMETE OS CABOS CONVENCIONAIS  E AS TRANSMISSOES VIA RADIO QUE SAO OS ADAPTADORES DE REDE ELETRICOS , QUE USAM A PROPRIA REDE ELÉTICA DE SUA CASA PRA COMUNICAÇÃO E REPETIÇAÇAO DE DADOS COMO ARQUIVOS E INTERNET BASTA SOMENTE SER DIFUNIDA

Enio, boa tarde.

Primeiro quero elogiar seu post, muito útil.

Estou enfrentando um problemão e gostaria de obter alguma dica sobre comunicação via cabo.

Bem, to num projeto que tenho que controlar, seis motores, câmera, sensor de profundidade, bússula, leds de iluminação, sonda(side scan), e mais uns dois sensores e lógico, alimentação 24v.  Tudo isso num cabo de preferência coaxial.

Até ai tudo bem, mas tudo isso tem que ser transmitido ao controlador através de cabo, +- 500 mtrs.

Pensei em rs485, ethernet (power line), um mux, não consegui chegar a um ponto...

Você poderia me dar algumas dicas ?

Att;

O ambiente é industrial ou sujeito à intempéries e à interferências?

Use uma fibra ótica - ethernet (solução profissional) .

Ola José, o ambiente subaquático sempre é hostil, mas eu estava querendo usar mesmo cabo metálico.  Você tem algum material sobre fo. ?

Agradeço

Uma coisa que sei é que o RS485 transmite para mais de 1000 metros ( mas precisamente 1200 metros) agora não sei se esses valores ficariam com o cabo em baixo d´agua podendo ter até 32 dispositivos. Mais o detalhe e verificar se há perdas na agua influenciando o barramento, acredito que se o cabo for isolado de tal maneira que a agua não toque no condutor o processo ficaria valido. Veja na mercados concerteza deve ter cabos a prova dágua com isolamento total do condutor

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