В настоящее время я работаю над проектом, где мне нужны очень длинные провода (около 20 метров, и это 40 метров в обе стороны), которые будут подключены к кнопке, которая будет использоваться для запуска контакта на контроллере (ATmega8).
Из-за ожидаемых проблем с падением напряжения, я выбрал, что я буду тянуть вывод ввода-вывода на высокое значение, и через землю нажимать кнопку (кнопка поднимает вывод ввода-вывода на низкий уровень и вызывает его срабатывание).
Отсюда мой вопрос: не возникнет ли проблем с использованием таких длинных проводов, когда я проложу через них землю, вместо уровня напряжения Vcc (5 В)?
Земля испытывает такие проблемы, как падение напряжения?
Ответы:
Нет, это не так (но ...)
Заземление, по определению, является нулевой точкой в цепи, поэтому оно не может испытывать «падение». Заземляющие провода (например, соединения с землей) подчиняются закону Ома, как и любой другой провод.
Это ваша схема, насколько я понимаю из вашего описания:
смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab
С точки зрения Arduino земля представляет собой большой лист медной фольги, скрытый внутри печатной платы. Все определения напряжения (и, следовательно, логические уровни: высокий / низкий, 0/1, истина / ложь и т. Д.) Основаны на сравнении потенциальной энергии сигнала с потенциальной энергией этого листа фольги (который обычно подключается, в конечном счете, к батарее). / отрицательный вывод источника питания).
Длинные провода подходят для вашего приложения, потому что ...
В вашем вопросе вас беспокоят потери напряжения в заземляющем проводе (провод, соединяющий ножку выключателя с землей). Этот провод может (и будет) создавать напряжение при прохождении через него тока (закон Ома) и, таким образом, «падать» в вашем понимании, но это падение не является достаточно значительным, чтобы вызвать проблемы из-за того, как устроена схема переключателя:
R3, как правило, на три порядка больше, чем сопротивление в кабельной трассе через коммутатор. Когда переключатель разомкнут, сопротивление почти бесконечно, а напряжение на узле Arduino GPIO равно V1. Когда SW1 замкнут, сопротивление между узлом Arduino GPIO и землей теперь равно сопротивлению двух проводов к коммутатору и самому коммутатору.
Провод 24AWG (тип, используемый в сетевых кабелях и других небольших проводных системах, составляет около 0,085 Ом / метр). Вы можете пройти больше километра, прежде чем достигнете 100 Ом! Даже при этих больших значениях сопротивления общее сопротивление в проводной линии будет меньше 250 Ом и, следовательно, будет составлять только 2,5% от общего напряжения (например, все еще почти 0 и, безусловно, достаточно низкое, чтобы Arduino считывал его как логический 0).
Не все "основания" одинаковы ...
Концепция земли определена для системы. Если у вас есть несколько систем, могут быть различия между их основаниями.
@Techydude указывает на несколько интересных примеров этой проблемы:
Это относительное отношение к земле происходит потому, что само напряжение является относительным . Напряжение - это разница в потенциальной энергии между двумя точками. «Заземление» - это просто имя, данное второй точке, когда все напряжения в анализе разделяют эту же вторую точку. Если они этого не сделают, вы будете испытывать (и должны учитывать) падение заземления.
источник
Ну да. Закон Ома все еще применяется.
Ваши длинные провода имеют сопротивление. Если вы пропускаете ток через эти провода, напряжение на них будет падать: V = I * R.
Однако, если вы хорошо спроектировали свою схему (и использовали приличные провода), ток будет маленьким, а R - маленьким, поэтому разница напряжений не слишком велика.
Тебе придется самому определять ток; без схемы мы не можем сказать, будет ли ток незначительным.
источник
Заземление, будь то на проводе или на плате, испытывает падение напряжения, как и любое другое соединение. Однако, если вы спроектируете схему правильно, вам понадобится так мало тока, чтобы почувствовать замыкание переключателя, чтобы падение напряжения было наименьшей из ваших проблем. Вы должны убедиться, что шум и переходные процессы, возникающие на вашем 40-метровом проводе, не проникают и не повреждают процессор. Для этого вам понадобится простой RC фильтр нижних частот на входе в процессор
источник
Это ваша схема:
смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab
Итак, используя простое правило делителя напряжения, вы можете узнать, что напряжение на выводе будет
источник
Да, падение напряжения будет присутствовать, но не из-за того, что вы думаете. В зависимости от сопротивления провода, средняя точка, ваш вход, будет видеть делитель напряжения. Верхняя половина будет вашим подтягиванием (скажем, 10 кОм), а нижняя половина будет вашим кабелем. Не имеет значения, является ли провод нижней или верхней половиной делителя напряжения, все, что изменяется, это то, какая сторона видит больший эффект.
Диаграмма для демонстрации.
смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab
Предполагается, что кабель Ethernet Cat5 с номинальным сопротивлением 0,0849 Ом на метр на расстоянии 20 метров равен 1,669 Ом. С подтягивающим резистором 10 кОм и источником 5 В это означает, что мы имеем сопротивление 10 кОм + 1,669 Ом + 1,669 Ом = 10,003 Ом. Используйте закон Ома, I = V / R, 5 В / 10003 Ом, равно 0,000499 А или 0,499 МИКРОАМП . Поскольку ток в последовательной цепи одинаков, мы можем найти падение напряжения на сопротивлении провода. V = I * R или 0,000499A * 1,669Ω = 0,000832 Вольт или 832 МИКРОВОЛЬТА .
Поскольку ваш ток через эти провода очень низок, падение напряжения на них также низкое.
источник
Посреди всего этого обсуждения Закона Ома, не пропустите ответ @ SteveG. Вы не говорите, какое значение подтягивающего резистора вы планируете использовать, но если вы думаете только об использовании внутренних подтягивающих устройств в ATmega8, имейте в виду, что они могут достигать 50 кОм. Это довольно высокий импеданс для 20-метрового кабеля, и кажется, что он просто вызывает проблемы с шумом. Вы также не говорите, какой тип кабеля вы используете (витая пара, экранированный и т. Д.) Или в какой среде вы ожидаете, что он будет работать.
Я бы взял его предложение еще дальше, и не просто поместил на него RC-фильтр, но если бы я хотел взорвать свой микропроцессор (о чем я обычно забочусь), я бы поставил на него внешний буфер. Выводы ATmega8 GPIO имеют несколько сотен милливольт гистерезиса, но с таким длинным кабелем у вас все еще могут быть проблемы с шумом, даже если не повредить что-либо. Внешний приемник также позволяет настраивать пороговые значения напряжения, чтобы получить наилучшую помехоустойчивость, не завися от входных характеристик uP.
источник
Хотя у вас есть некоторые заблуждения, я сначала расскажу о схемотехнике.
При использовании схемы DrFriedParts эквивалентное сопротивление каждого 20-метрового провода составляет около 2 Ом. Это означает, что вы можете безопасно использовать нагрузочное сопротивление 1 кОм.
Я согласен с другими в том, что радиочастотный шум может быть вашей худшей проблемой. Вы должны использовать, по крайней мере, экранированную витую пару с экраном, привязанным к заземлению печатной платы .
Что касается «эффектов отпускания земли страдания напряжения,» необходимо различать опорное заземление и провод заземления.
«Заземление» обычно является самой отрицательной точкой цепи.
«Провод заземления» - это провод, привязанный к заземлению.
Как видно из схемы DrFriedParts, провод, идущий от коммутатора к «заземлению», считается проводом заземления , а провод, идущий от коммутатора к GPIO, считается проводом высокого напряжения. Там нет разницы между проводами. Оба имеют длину 20 м и сопротивление около 2 Ом каждая. Таким образом, если течет ток 50 мА, на каждом из проводов будет падение напряжения 0,1 В. Это показывает, что провода заземления "страдают от падения напряжения", как и любой другой провод.
Когда переключатель разомкнут, GPIO будет «высоким» (выше 3 В), а когда переключатель замкнут, GPIO будет «низким» (менее 0,2 В).
источник