Problema Interferenza Circuito Videocitofono + Xbee

[Sharktear]

Ciao a tutti,

sono nuovo del forum e vi illustro in breve il mio progettino fai da te ed il problemino che da esso ne è nato...

Prima una premessa... le mie conoscenze di elettronica/elettrotecnica sono abbastanza limitate... del triennio all'itis (informatica) mi rimane giusto una infarinatura, ma ciò non mi spaventa ed al momento sto utilizzando l'approccio dell'approfondire di volta in volta le tematiche in cui mi imbatto nei miei esperimenti pratici.

Da mesi ho a che fare con Netduino, una piattaforma hardware simile ad Arduino ma programmabile in linguaggio C#, ed essendo un programmatore ne ho apprezzato subito le sue potenzialità. Premesso ciò vi illustro il progetto:

inizialmente ho realizzato un piccolo moduletto con relè per azionare in maniera remota l'apertura del portone di casa sfruttando il videocitofono, all'atto pratico ciò si traduce nell'aprirmi il portone cliccando su un bottone del mio smartphone. Il tutto è realizzato tramite netduino che è collegato ad internet e mi espone la chiusura del relè collegato al pulsante del videocitofono.

Superata questa fase, in cui avevo il tutto montato a penzolone sul videocitofono (netduino + circuito relè + alimentazione + cavo di rete), ho deciso di fare un passo in più e inserire all'interno dell'involucro del videocitofono soltanto il mio circuito relè ed un modulo xbee radio per ricevere il comando di apertura in maniera "wireless" da netduino. Questa mia scelta però ha complicato la realizzazione, dovendo in prima battuta avere un circuito per alimentare il mio circuito (xbee + relè) e siccome nella scatola portafrutti a cui è collegato il videocitofono non ho accesso non ho potuto inserire ulteriori cavi per poter alimentare il mio circuito separatamente... da qui è nata la mia folle idea di alimentare il tutto sfruttando l'alimentazione del videocitofono... qui l'ulteriore complicazione... il videocitofono (modello Elvox Giotto) è alimentato dal sistema cosidetto "2 fili" cioè gli unici collegamenti necessari al suo funzionamento sono 2 semplici fili su cui viaggiano sia i dati (video/audio/comandi di apertura) che l'alimentazione. L'alimentazione è di 30 V DC, così il primo passo è stato quello di capire come riuscire ad ottenere i 5 Volt necessari al mio circuito (3,3 Volt per il modulo xbee). Dopo un po' di ricerche la mia scelta è ricaduta su un alimentatore step-down integrato della dimensione di una moneta da 20 centesimi, che eroga fino a 600mA ed è in grado di fornire una tensione regolata ed in maniera più efficiente dei regolatori di tensione lineari. Qui il link dell'alimentatore: http://www.pololu.com/catalog/product/2103

Così ho assemblato il tutto su basetta millefori con saldatura ad arte, quindi regolatore di tensione da 30 a 5V, circuito di pilotaggio del relè (transistor + qualche resistenza) ed adattatore per xbee che gli fornisce i suoi 3,3 volt necessari al funzionamento.

La brutta sorpresa al primo collegamento è stata che il mio circuito funzionava ma quando collegavo sia il videocitofono che il mio circuito, se provavo ad accendere il monitor video del videocitofono (tramite apposito pulsante), questo non si accendeva... inizialmente ho pensato fosse un problema di corrente insufficiente ad alimentare entrambe i circuiti così ho collegato l'amperometro in serie tra l'alimentazione del videocitofono e l'ingresso dell'alimentazione del mio circuito per verificare la corrente assorbita... ho constatato che la corrente assorbita è irrisoria ma cosa ancora più bella che con l'amperomentro collegato funzionava anche il videocitofono. A questo punto ho dedotto che al mio circuito mancasse soltanto un qualche elemento necessario a disaccoppiarlo dal videocitofono... elemento che molto probabilmente fa già parte del circuito dell'amperometro e questo spiega il perché con esso collegato funziona tutto quanto.

Per tentativi, ho dapprima aggiunto un condensatore elettrolitico da 47 uF 60V tra il pin di input e la massa del regolatore di tensione (questo veniva consigliato sul datasheet nel caso si alimentasse il regolatore con una tensione superiore ai 20 volt per proteggerlo da eventuali picchi generati dal circuito stesso) e poi ho aggiunto un semplice diodo (1n4007) verso il pin di ingresso per evitare eventuali "ritorni" di corrente verso l'alimentazione principale a 30 V. Con questi 2 componenti sono però soltanto riuscito ad ottenere che ora se alimento il mio circuito il videocitofono continua a funzionare, ma se attivo il video, questo è notevolmente disturbato, le immagini saltano ad intervalli regolari. Inizialmente pensavo fossero disturbi indotti dall'oscillatore dell'alimentatore step-down, ma poi ho verificato che il reale problema è il moduletto radio xbee che disturba il segnale video, infatti se lascio il mio circuito collegato rimuovendo soltanto il modulo xbee, il video risulta notevolemente migliore, cioè ho sempre un leggero disturbo indotto dal mio circuito ma non è così visibile come nel caso del modulo xbee attivo. A questo punto chiedo a voi più esperti come posso procedere... non posso usare un'alimentazione esterna per il mio circuito... devo necessariamente trovare il modo di disaccoppiare in maniera efficace i due circuiti. Da quel che ho intuito il mio circuito, ed in particolar modo il modulo radio xbee, genera un disturbo che si riperquote su tutta l'alimentazione. Quali componenti devo introdurre per ridurre al minimo tale disturbo? Suppongo io debba realizzare un filtro verso l'alimentazione ma non ho idea nè di come progettarlo nè da dove partire...

Grazie in anticipo!

[patatino59]

Ammesso che l'alimentazione della linea del citofono abbia abbastanza potenza, devi necessariamente disaccoppiare la parte dati dalla parte alimentazione della linea a 2 fili.

Questo si puo' fare conoscendo approssivamente la frequenza dei dati che circolano nel citofono e ponendo sui due fili, in serie all'alimentazione dei tuoi apparati, due bobine di filtro abbastanza grandi da avere impedenza alta al passaggio dei dati.

Se poi la potenza non fosse sufficiente puoi porre in parallelo al tuo circuito un condensatore elettrolitico da 1000 o 2000 uFche fornira' energia sufficiente a dare un comando apriporta al rele'.

In questo momento il tuo circuito e' visto dalla rete del citofono come un cortocircuito e sicuramente avrai causato problemi anche agli altri citofoni connessi sulla tua linea.

Modificato: 2 gennaio 2013 da patatino666

[Livio Orsini]

Se i disturbi sono di tipo condotto li puoi filtrare, se sono di tipo irradiato li devi schermare, se sono presenti entrambi devi mettere filtri e schermi.

Dalla descrizione sembrerebbero prevalenti quelli di tipo condotto, cioè quelli introdotti attraverso l'alimentazione.

Mettere un condesatore elettrolitico fa poco, anche perchè i disturbi sono senz'altro a frequenza elevata e gli elettrolitici hanno parecchiea induttanza parassita.

Dovresti mettere almeno un cella a "L" rovesciato con induttanza da circa 100 µHy ed una capacità ceramica verso lozero da 0.1 µF.

[Sharktear]

Non mi è chiaro il discorso del "circuito visto come cortocircuito", ma mi è chiaro il discorso del causare problemi anche agli altri videocitofoni dell'impianto, e per questo chiarisco che il mio circuito allo stato attuale l'ho collegato soltanto per pochi secondi giusto il tempo per verificarne il suo non-funzionamento. A tranquillizzarmi di non aver fatto danni il fatto che scollegando il mio circuito tutto funziona nella norma come prima. Il relè inoltre quando viene chiuso assorbe una potenza di soli 200mW cioè 40mA e credo non siano un problema per l'alimentazione che è progettata per alimentare fino a 4 videocitofoni.

Per quanto riguarda invece il filtro a L rovesciata & co. potresti darmi qualche informazione in più su come realizzarlo, di quali componenti ho bisogno, ecc. ? Ricordo che le mie conoscenze in elettronica sono molto limitate (anche se mi rendo conto che le tematiche coninvolte necessiterebbero di notevole approfondimento teorico)?

Grazie

[patatino59]

Danni non ne fai, la linea BUS dovrebbe essere protetta anche da sovraccarico,ma un ulteriore chiarimento puo' essere utile:

I sistemi BUS utilizzano la stessa coppia di fili per portare alimentazione e segnali (un po' come la parabola satellitare) se pongo sulla linea un condensatore elettrolitico, la tensione rimane ma i segnali vengono attenuati enormemente.

Lo stesso alimentatore del BUS, per esempio, ha in uscita due bobine in serie ai poli positivo e negativo, altrimenti non sarebbe possibile inviare segnali sulla linea BUS (audio, video, comandi).

Il fatto che ponendo lo strumento in serie al tuo circuito abbia funzionato ne e' un segno evidente.

Probabilmente bastano due resistenze da 100 Ohm in serie ai due fili, ma con due bobine sei sicuro di non avere cadute di tensione.

Modificato: 2 gennaio 2013 da patatino666

[Livio Orsini]

potresti darmi qualche informazione in più su come realizzarlo, di quali componenti ho bisogno, ecc. ?

Non c'è molto da dire, il valore dei condensatori li ho messi, come quello delle induttanze. per le indutanze l'unico valore mancante è quello della corrente, ma questo lo puoi sapere tu, visto che hai misurato la corrente assorbita.

Puoi cercare sul catalogo di RS o altri venditori simili. Cerchi per induttanze di filtro o impedenze di filtro. Puoi anche cercare nel catalogo Delavan che, a mio giudizio, il miglior produttore di simili dispositivi.

Le induttanze sono in serie all'alimentazione, dal a valle dell'alimentazione colleghi il condensatore verso massa. Questo è un filtoro passa basso a L rovesciata.

Se la corrente è veramente irrisoria puoi arrangiare il circuito con 2 resistenze come suggerisce Patatino, Se poi ci metti anche i condensatori hai realizzato il filtro a L rovesciato, con un po' meno prestazioni ed un po' di cdt in più sull'alimentazione.

[Sharktear]

Grazie per i chiarimenti, ma l'argomento rimane per me ancora molto fumoso :-)

Andiamo per gradi, io ho la morsettiera di alimentazione del videocitofono a cui ho collegato in parallelo due cavi che vanno ad alimentare il mio circuito. Il primo dubbio è: i filtri che applico se non ho capito male devo applicarli proprio qui in mezzo, cioè prima del mio stadio di riduzione da 30 a 5 V. Quindi se non erro, eventuali condensatori non andranno ad inficiare la qualità dei segnali del videocitofono perchè sono posti dopo il nodo di alimentazione verso il videocitofono.

Altro punto: la corrente relativa alle due induttanze deve essere scelta il più vicino possibile a quella che circolerà nel circuito oppure si può tranquillamente scegliere una corrente teorica (ad esempio io userei la corrente massima supportata dall'alimentatore step-down di riduzione da 30 a 5 V del mio circuito e cioè 600mA, ma sono certo che la corrente non arriverà nemmeno a 100mA in quanto circolano 40mA quando il relè è eccitato + la corrente del modulo radio xbee soltanto in ricezione che dovrebbe essere a spanne inferiore ai 50mA). Ad ogni modo ho cercato sul catalogo RS ed ho trovato i seguenti componenti (sper si possano inserire link esterni, in caso negativo me ne scuso):

http://it.rs-online.com/web/c/passivi/induttori/induttori-terminati/?sort-by=default&sort-order=default&applied-dimensions=4294245935&lastAttributeSelectedBlock=4294684896

sono sulla strada giusta? come prezzo per unità intorno a quale cifra devo stare?

Grazie ancora

[Livio Orsini]

Io metterei il filtro sull'alimentazione del modulo radio xbee, il più vicino possibile al modulo, in pratica proprio sul piedino di alimentazione.

50 ma non sono proprio trascurabili, su una resistenza da 100 ohm provocano una cdt di 5 V e la potenza dissipata è pari a 250 mW!

Meglio usare un'induttanza di filtro da 100 µHy.

[Sharktear]

Quindi 2 induttanze in serie sulla linea di alimentazione del modulo xbee, uno su Vcc e l'atro su Gnd, giusto? Il modo xbee però è alloggiato su una scheda di adattamento che oltre ad adattare il passo dei pin a quello della basetta millefori gli fornisce l'alimentazione regolata a 3,3 V partendo dai 5V del resto del circuito... le 2 induttanze le devo saldare sui pin in ingresso dell'adattatore oppure direttamente sul modulo xbee nei relativi pin Vcc e Gnd?

Il condensatore ceramico da 1uF invece lo dovrei mettere prima del mio alimentatore switching o subito dopo? Inoltre, può essere utile mettere il condensatore elettrolitico da 1000uF come suggerito qualche post fa per migliorare la risposta del circuito quando arriva l'impulso di chiusura del relè?

P.S. una domanda che non c'entra nulla... ma è così difficile trovare un fusibile ceramico ultrarapido da 500mA 700V??? si è bruciato quello del multimetro e non riesco a trovarlo nè online nè in negozi di elettronica!!

[Livio Orsini]

L'induttanza va solo sul positivo,il condensatore va dall'induttanza allo zero.

Se non puoi metterla sulla scheda mettila inserie all'alimentazione della scheda madre.

Si quei fusibili non sono facili da reperire.

[Sharktear]

Può andar bene una di queste due? http://it.rs-online.com/web/c/passivi/induttori/induttori-terminati/?sort-by=default&sort-order=default&applied-dimensions=4294245935,%204294224950,%204294245838,4294336013&lastAttributeSelectedBlock=4294682765

Il parametro "Frequenza di risonanza massima" è rilevante?

[patatino59]

Per la tua applicazione la frequenza di risonanza massima non interessa.

In attesa che arrivi, non hai qualche induttanza di recupero da provarci ? (magari presa da una scheda di recupero)

[Sharktear]

Ne ho una di ridotte dimensioni (diam. 5mm x 8mm di altezza circa), ma non so il suo valore, non ha nessuna sigla... inoltre mi manca anche il condensatore ceramico da 0,1uF

[Sharktear]

Ma il filtro a "L rovesciata" di cui si parla, è in sostanza un filtro passivo passa-basso giusto? Cercando un po' su google trovo di tutto sui filtri ma solo sulle tipologie a "T" e "P greco"... Suppongo che quello a L rovesciata sia sostanzialmente quello a T ma senza la seconda induttanza. Ok, non voglio comprendere la teoria perchè è al di sopra delle mie possibilità :-) in matematica ero negato ed appena leggo la marea di formule mi viene mal di testa, volevo soltanto capire il perchè della scelta dell'induttanza a 100uH e del condensatore da 1uF, ma a questo punto vado sulla fiducia :-)

Al momento mi interessa risolvere il problema del disturbo sulla linea di alimentazione del videocitofono per poter tornare a concentrarmi sugli aspetti software del mio progetto iniziale. Una curiosità: con i parametri sopra citati quale sarebbe la frequenza di taglio del filtro? Nel caso i disturbi non fossero soltanto di tipo conduttivo ma anche induttivo dovuti alla vicinanza del modulo xbee, sarebbe altrettanto efficace come filtro?

[Livio Orsini]

100uH e del condensatore da 1uF,

I valori sono dettati dall'eperienza, a spanne.

Se vuoi pui provare a calcolarti l'attenuazione al variare della frequenza. E' un normale partitore dove, invece di 2 resistenze, ci sono due reattanze che cambiano di valore al variare della frequenza con legge inversa.

I filtri messi sull'alimentazione, o su altri segnali da e per il campo, sono efficaci solo per disturbi condotti, Per i disturbi irradiati servono a nulla; l'unico "filtro" è una buona schermatura.

[patatino59]

Attenzione: dal lato del citofono non deve esserci nessun condensatore, anzi, la bobina dovrebbe essere piu' vicina possibile alla linea condominiale (Bus)

La bobina fara' proprio da "isolante" tra la linea del citofono ed il circuito esterno da alimentare.

Il valore di induttanza non e' critico, in quanto in uscita ti serve solo di prelevare la componente continua per l'alimentazione del circuitino aggiunto, ma se fosse troppo basso il segnale videocitofonico ne soffrirebbe.

Modificato: 8 gennaio 2013 da patatino666

[Sharktear]

Ok... solo che qualche post più su Livio consigliava di collegare la bobina sul piedino di alimentazione del modulo xbee... eventualmente metterla sia a monte sull'alimentazione subito prima del circuito esterno che sull'alimentazione del modulo xbee? Il condensatore non capisco più dove devo metterlo :-)

[Livio Orsini]

La bobina fara' proprio da "isolante" tra la linea del citofono ed il circuito esterno da alimentare.

Se la tratta tra la bobina ed il circuito da laimentare è lunga (da qualche cm in su) il filo rischia di diventare un'ottima antenna per irradiare/captare disturbi.

L'ideale sarebbe capire chi genera i disturbi e bloccarli alla fonte.

Se non si devono mettere condensatori dal lato del citofono, è ovvio che il condensatore va collegato tra l'altro lato della bobina e massa o 0V.

[patatino59]

L'equivoco nasce dal fatto che Livio si e' concentrato sull'aspetto "Filtraggio dei disturbi" mentre io sul "Prelievo di alimentazione da un BUS".

Concettualmente sono la stessa cosa, nel senso che applicando le formule ad un filtro LC noteremo il passaggio diretto di componente continua e l'abbattimento di componente alternata (disturbi o anche segnali utili)

Riassumendo e tralasciando il polo negativo del BUS, che approssimeremo alla massa, dal polo positivo del BUS (dove circolano alimentazione e segnali videocitofonici) collegherai un capo della bobina di filtro. L'altro capo e' gia' in grado di alimentare un carico (per esempio resistivo) con la stessa tensione presente sul BUS.

Se in parallelo al carico (alimentatore per la scheda Xbee) poni un condensatore elettrolitico puoi essere certo che la corrente necessaria al carico (comando del rele') sara' fornita dal condensatore e non direttamente dal BUS del citofono, che dovremo tenere al riparo da malfunzionamenti ai danni degli altri inquilini.

Ricapitolando:

BUS: Tensioni e segnali audio/video modulati e sovrapposti alla alimentazione

Uscita della bobina: Tensione del BUS leggermente variabile in ampiezza al variare dei comandi presenti sul BUS

Condensatore elettrolitico: Ai suoi capi avrai tensione accumulata anche nel caso che dal BUS non arrivi corrente sufficiente.

Per migliorare il rendimento del sistema e' consigliabile mettere in serie alla bobina una resistenza (tra 10 e 100 Ohm) in modo da caricare il condensatore elettrolitico gradualmente e non cortocircuitare il BUS al momento del collegamento (con il condensatore completamente scarico).

Modificato: 8 gennaio 2013 da patatino666

[Sharktear]

Ho appurato che la fonte del disturbo è in maggiorparte dovuta al modulo xbee. E' anche vero che l'alimentazione per il mio circuito la prelevo dalla morsettiera sulla scheda madre a muro del citofono ed ho uno spezzone di cavo lungo una venitna di cm prima di arrivare al circuito, quindi la possibilità che si trasformi in antenna è più che remota.

Procederò per tentativi.

[Livio Orsini]

Per migliorare il rendimento del sistema e' consigliabile mettere in serie alla bobina una resistenza (tra 10 e 100 Ohm) in modo da caricare il condensatore elettrolitico gradualmente e non cortocircuitare il BUS al momento del collegamento (con il condensatore completamente scarico).

L'idea è corretta, però c'è la contro indicazione della cdt sulla resistenza. Inoltre se si usa un condensatore dell'ordine dei 0.1µF e un'induttanza da 100µHy, la costante di tempo di carica è sufficiente ad evitare guai sul bus.

[patatino59]

Corretto, ma 0,1 uF non bastano per alimentare la scheda Xbee ed il Rele' (ci vogliono almeno 470 uF), poi la caduta di tensione sarebbe compensata dal circuito di regolazione indicato nel primo post.

[Livio Orsini]

ma 0,1 uF non bastano....

No! Il condensatore da 0.1µF non è il condensatore di filtro per 50Hz, quello deve esserci già nell'alimentatore. Il condensatore e l'induttanza non srvono per spianare il ripple, ma per bloccare le emissioni in alta frequenza.

[patatino59]

OK, ma a questo punto e' corretto usate un filtro a T, con bobina in serie, condensatori verso massa (entrambi, sia il ceramico che l'elettrolitico) e seconda bobina in serie,in modo da bloccare i disturbi provenienti dal circuito aggiunto. (essendo un convertitore switching e' lecito aspettarci disturbi vari)

Inoltre converrebbe installare tutto il circuito Xbee, completo di regolatore, in un contenitore metallico collegato al polo negativo, con la sola antennina Xbee esterna.

[Livio Orsini]

Va tutto bene quello che dici, ma io mi chiedo: ora come è alimentata la scheda XBEE? Ci sarà un qualche cosa che l'alimenta dando un a tensione continua.