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Las capacidades de E/S integradas en la mayoría de los microcontroladores facilitan la medición del mundo analógico. Supongamos que desea construir un registrador de datos de temperatura. Todo lo que necesita hacer es conseguir algún tipo de sensor que tenga una salida de voltaje lineal que represente el rango de temperatura que necesita monitorear: de cero a cinco voltios, que representan de 0° a 100°C, tal vez. Conecte el sensor a una entrada analógica, genere un pequeño código y listo. Cosas fáciles.

Ahora dale un giro: necesitas montar el sensor lejos del microcontrolador. Cuanto más largos sean los cables, mayor será la caída de voltaje, hasta que eventualmente la oscilación de cinco voltios que representa un rango de 100° se parezca más a una oscilación de un voltio. Además, los cables largos de su sensor actuarán como una buena antena para captar todo tipo de ruido, lo que hará que sea más difícil extraer una señal de voltaje utilizable de la línea.

Afortunadamente, los ingenieros de procesos industriales descubrieron cómo abordar estos problemas hace mucho tiempo utilizando bucles de corriente para detección y control. El estándar más común es el bucle de corriente de 4 mA a 20 mA, y aquí veremos cómo surgió, cómo funciona y cómo puede aprovechar esta técnica básica de control de procesos para su microcontrolador. proyectos.

El bucle de corriente estándar de 4-20 mA para control de procesos desciende directamente de una de las primeras innovaciones en automatización industrial: el control neumático de procesos. Antes de que se generalizaran los controles eléctricos, kilómetros de líneas neumáticas serpenteaban a través de las fábricas, proporcionando no sólo la energía para mover los actuadores sino también la capacidad de detectar condiciones. Los ingenieros de procesos utilizaron un sistema de señalización neumático basado en la presión: 3 PSI en un extremo del rango de detección y 15 PSI en el otro. Un sensor de este tipo variaría la presión en la línea según la variable del proceso y podría usarse como entrada para un registrador gráfico, para controlar directamente una válvula o incluso actuar en conjunto con otros sensores y actuadores neumáticos a través de sofisticados controladores lógicos neumáticos.

Si bien los sistemas neumáticos todavía se utilizan hoy en día, especialmente en industrias donde las cosas tienden a prosperar en torno a la electricidad, los sistemas de bucle de corriente de 4-20 mA se convirtieron en un estándar de facto en las décadas de 1940 y 1950. En los sistemas de bucle actuales, un transductor que monitorea alguna variable del proceso (temperatura, presión, flujo, etc.) está conectado a un transmisor. El transmisor está conectado en serie con una fuente de alimentación de CC, normalmente de 24 voltios en entornos industriales. El transmisor se encarga de convertir la salida del transductor en una corriente entre 4 mA y 20 mA.

La ley de la corriente de Kirchhoff nos dice que la corriente será la misma en todos los puntos del circuito sin importar cuál sea el voltaje. Entonces, si el voltaje cae sustancialmente porque los cables al transmisor tienen media milla de largo, o si el voltaje del circuito varía porque un motor enorme arrancó en algún otro lugar de la fábrica, no importa: el transmisor mantiene la corriente constante. para una determinada variable de proceso.

Por supuesto, los bucles de corriente no se limitan a los sensores. Se puede controlar una amplia gama de actuadores, desde válvulas hasta motores, mediante un bucle de 4-20 mA. También es posible la adquisición y visualización de datos, con registradores gráficos, medidores e indicadores disponibles para el circuito.

Pero, ¿por qué 4 mA (o 3 PSI, en realidad) es el límite inferior del bucle, en lugar de cero? Fácil: porque proporciona detección de errores inherente. Si el valor inferior de la corriente del circuito se hubiera establecido en cero, sería imposible distinguir entre una lectura legítima del límite inferior en un sensor y un cable del circuito roto.

Entonces, ¿cómo incorporas un dispositivo de 4-20 mA a tu último proyecto Arduino? Cambiar la corriente nuevamente a voltaje colocando una resistencia en el circuito y midiendo la caída de voltaje a través de él es realmente todo lo que se necesita. [AvE] hace los cálculos para mostrarnos que una resistencia de 250 ohmios nos da una oscilación de uno a cinco voltios, lo cual es perfecto para la entrada analógica de Arduino en el video a continuación (advertencia: lenguaje ligeramente NSFW por delante).

Es posible que no tenga acceso tan fácil a sensores y actuadores de bucle de corriente como alguien que trabaja en automatización industrial, y es posible que su proyecto no aproveche todo lo que el estándar de 4-20 mA tiene para ofrecer. Pero es bueno saber que está ahí cuando y si lo necesita.