Attualmente sto lavorando a un progetto in cui ho bisogno di cavi molto lunghi (circa 20 metri, ovvero 40 metri in entrambe le direzioni), che saranno collegati a un pulsante che verrà utilizzato per attivare un pin sul controller (ATmega8).

A causa dei problemi di caduta di tensione previsti, ho scelto di tirare in alto il pin I / O e di eseguire la messa a terra attraverso il pulsante (il pulsante abbassa il pin I / O e lo attiva).

Da qui la mia domanda: ci saranno problemi nell'utilizzare cavi così lunghi quando li percorro a terra, invece del livello di tensione Vcc (5 V)?

La terra soffre di "caduta di tensione" come problemi?

No, non (ma ...)

La terra, per definizione, è il punto zero in un circuito, quindi non può sperimentare "caduta". I fili di terra (ad es. Collegamenti a terra) sono soggetti alla Legge di Ohm come qualsiasi altro filo.

Questo è il tuo circuito come meglio capisco dalla tua descrizione:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Dal punto di vista dell'Arduino il terreno è un grande foglio di lamina di rame sepolto all'interno del circuito. Tutte le determinazioni della tensione (e quindi dei livelli logici: alto / basso, 0/1, vero / falso, ecc.) Derivano dal confronto tra l'energia potenziale del segnale e l'energia potenziale di questo foglio di alluminio (che di solito è collegato, in definitiva, a una batteria / terminale negativo della fonte di alimentazione).

I fili lunghi sono ok nella tua applicazione perché ...

Nella tua domanda ti preoccupi delle perdite di tensione in un filo di terra (il filo che collega la gamba dell'interruttore a terra). Questo filo può (e svilupperà) una tensione mentre la corrente lo attraversa (legge di Ohm) e quindi "cadere" nella tua comprensione, ma questa caduta non è abbastanza significativa da causare problemi a causa del modo in cui è progettato il circuito di commutazione:

R3 è in genere tre ordini di grandezza maggiore della resistenza nel percorso del filo attraverso l'interruttore. Quando l'interruttore è aperto la resistenza è quasi infinita e la tensione sul nodo GPIO Arduino è uguale a V1. Quando SW1 è chiuso, la resistenza tra il nodo GPIO di Arduino e la terra è ora la resistenza dei due fili allo switch e allo stesso switch.

Cavo 24AWG (il tipo utilizzato nei cavi di rete e in altri sistemi a filo piccolo è di circa 0,085 Ohm / metro). Potresti percorrere più di un chilometro prima di raggiungere i 100 Ohm! Anche a questi grandi valori resistivi, la resistenza totale nel percorso del filo sarebbe inferiore a 250 Ohm e quindi rappresenterebbe solo il 2,5% della tensione totale (ad es. Ancora quasi 0 e sicuramente abbastanza bassa per essere letta da Arduino come logica 0).

Non tutti i "motivi" sono uguali ...

Il concetto di terra è definito per il sistema. Se hai più sistemi, ci possono essere differenze tra i rispettivi motivi.

@Techydude sottolinea alcuni esempi interessanti di questo problema:

fili lunghi nell'esempio sopra, i piani di massa del PCB, i perni di terra dei chip, i fili di collegamento tra i perni e il silicio muoiono e i percorsi del silicio stessi.

Questa relazione relativa a terra si verifica perché la tensione stessa è relativa . La tensione è la differenza di energia potenziale tra due punti. "Terra" è solo il nome assegnato al secondo punto quando tutte le tensioni in un'analisi condividono lo stesso secondo punto. In caso contrario, si verificherà (e sarà necessario tenere conto) della caduta delle connessioni di terra.

Beh si. La legge di Ohm si applica ancora.

I tuoi fili lunghi hanno una resistenza. Se si passa corrente attraverso quei fili, una tensione verrà caduta attraverso i fili: V = I * R.

Tuttavia, se hai progettato bene il tuo circuito (e hai usato cavi decenti), la corrente è piccola e R è piccola, quindi la differenza di tensione non è troppo grande.

Dovrai determinare tu stesso la corrente; senza uno schema non possiamo dire se la corrente sarà trascurabile.

La messa a terra, sia su un filo che su un circuito stampato, subisce una caduta di tensione come qualsiasi altra connessione. Tuttavia, se si progetta correttamente il circuito, è necessaria una quantità di corrente tale da rilevare una chiusura dell'interruttore che la caduta di tensione è il minore dei problemi. È necessario assicurarsi che il rumore e i transitori indotti sui 40 m di filo non penetrino e danneggino il processore. Per questo è necessario un semplice filtro passa-basso RC sull'ingresso al processore

Questo è il tuo circuito:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Quindi, usando una semplice regola del divisore di tensione, puoi scoprire che la tensione sul pin sarà

Sì, la caduta di tensione sarà presente, ma non a causa di ciò che pensi. A seconda della resistenza del filo, il punto medio, l'ingresso, vedrà un divisore di tensione. La metà superiore sarà il tuo pull-up (diciamo 10kΩ), mentre la metà inferiore sarà il tuo cavo. Non importa se il filo è la metà inferiore o superiore del divisore di tensione, tutto ciò che cambia è da che parte vede l'effetto più grande.

Un diagramma per dimostrare.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Supponendo che il cavo Ethernet Cat5, con una resistenza nominale di 0,0849Ω per metro, a 20 metri sia 1,6669Ω. Con un resistore pull-up da 10kΩ e una sorgente da 5V, ciò significa che abbiamo una resistenza in serie da 10kΩ + 1.669Ω + 1.669Ω = 10.003Ω. Usa la legge di Ohm, I = V / R, 5V / 10003Ω è uguale a 0,000499 Amp o 0,499 MICROAMP . Poiché la corrente è la stessa in un circuito in serie, possiamo trovare la tensione caduta dalla resistenza del filo. V = I * R, o 0.000499A * 1.669Ω = 0.000832 Volt o 832 MICROVOLTS .

Poiché la tua corrente attraverso questi fili è così bassa, anche la tensione caduta da essi è bassa.

Nel mezzo di tutta questa discussione sulla Legge di Ohm, non trascurare la risposta di @ SteveG. Non dici quale valore del resistore pull-up intendi utilizzare, ma se stai pensando di utilizzare solo i pull-up interni nell'ATmega8, tieni presente che possono arrivare a 50k Ohm. È un'impedenza piuttosto elevata per appendere un cavo di 20 metri e sembra che stia solo chiedendo problemi di rumore. Inoltre, non puoi dire in quale tipo di cavo stai utilizzando (doppino intrecciato, schermato, ecc.) O in quale tipo di ambiente ti aspetti che funzioni.

Prenderei il suo suggerimento ancora di più, e non ci metterei solo un filtro RC, ma se mi preoccupassi di far esplodere il mio microprocessore (che di solito mi interessa), metterei un buffer esterno su di esso. I pin GPIO ATmega8 hanno alcune centinaia di millivolt di isteresi, ma con un cavo così lungo potresti avere problemi di rumore anche a corto di danni. Un ricevitore esterno ti permetterebbe anche di adattare le soglie di tensione per ottenere la migliore immunità al rumore senza dipendere dalle caratteristiche di ingresso dell'UP.

Sebbene tu abbia alcune idee sbagliate, mi occuperò prima dei circuiti.
Utilizzando il circuito DrFriedParts, la resistenza equivalente di ogni filo da 20 m, è di circa 2 ohm. Ciò significa che è possibile utilizzare in sicurezza un resistore pull up da 1k ohm.
Concordo con gli altri sul fatto che il rumore RF potrebbe essere il tuo peggior problema. È necessario utilizzare almeno un filo a doppino intrecciato schermato , con lo schermo collegato alla terra del PCB .

Per quanto riguarda gli "effetti di caduta di tensione che soffrono di terra", è necessario distinguere tra riferimento di terra e filo di terra.
"Riferimento di terra" è generalmente il punto più negativo di un circuito.
"Cavo di terra" è un filo legato al riferimento di terra.

Come si può vedere sul circuito DrFriedParts, il filo che passa dall'interruttore al "riferimento di terra" è considerato il filo di terra , il filo che va dall'interruttore al GPIO è considerato il filo alto. Non c'è differenza tra i fili. Sono entrambi lunghi 20 me con una resistenza di circa 2 ohm, ciascuno. Quindi, se scorre una corrente di 50 mA, ci sarà una caduta di 0,1 volt su ciascuno dei fili. Ciò dimostra che i fili di terra "subiscono cadute di tensione", proprio come qualsiasi altro filo.

Quando l'interruttore è aperto, il GPIO sarà "alto" (superiore a 3v) e quando l'interruttore è chiuso, il GPIO sarà "basso" (inferiore a .2v).