Lange Leitung am uC

[Aaron (Gast)]

Hallo zusammen,

ich habe eine 12V Spannung die ich an einem uC mit dem Portpin auswerten 
möchte.
Wie im Anhang zu sehen könnte man das ganz einfach mit einem 
Spannungsteiler realisieren.
Die ZDiode ist zum Schutz des Portpins gedacht.

Der Stromverbrauch sollte möglichst gering sein. Die 12V Zuleitung ist 
ein Adernpaar einer 0815 Klingelleitung. Die Länge dieser Leitung 
variiert zwischen 10-30 Meter.
Damit das ganze störfest wird, sollte man etwas Strom fließen lassen. 
Den Spannungsteiler also so niederohmig machen wie möglich.
- Aber wieviel?
- Woher weiß ich was im "Feld" auf die Leitung eingeprägt werden kann.
- Wie kann ich eine solche Leitung im Spice simulieren?

VG
Aaron

[Oli (Gast)]

Ich würde da eher einen Optokoppler einsetzen.

[m.n. (Gast)]

R1 = 100 kOhm
R2 = 47 kOhm
D1 wird zu C1 mit 100 nF

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Aaron schrieb:
> Der Stromverbrauch sollte möglichst gering sein.

Aaron schrieb:
> sollte man etwas Strom fließen lassen

Das widerspricht sich. Wieviel Strom ist denn akzeptabel? Wenn du das 
weisst, kannst du entweder mit Vorwiderstand und Z-Diode oder per 
Spannungsteiler weitermachen. Bei genügend Strom ist der Optokoppler 
sicher eine gute Idee.
Allerdings empfehle ich, bei störungsträchtigen Leitungen noch einen C 
gegen Masse zu legen, um einen RC Tiefpass zu bilden. Wie gross C ist, 
hängt davon ab, wie hoch die Abtastgeschwindigkeit ist, bzw. wie schnell 
die Reaktionszeit sein muss.

[Aaron (Gast)]

Matthias S. schrieb:
> Das widerspricht sich. Wieviel Strom ist denn akzeptabel?

Genau das ist meine Frage. Man muss wohl einen guten Mittelweg finden. 
Mir fehlt leider die praktische Erfahrung um zu wissen was das 
angemessen ist.

m.n. schrieb:
> R1 = 100 kOhm
> R2 = 47 kOhm
> D1 wird zu C1 mit 100 nF

Das erscheint mir sehr hochohmig. Ich hätte jetzt einen Strom von 2-5mA 
angepeilt. Aber wie gesagt. Es fehlt an praktischer Erfahrung.

[Aaron (Gast)]

Oli schrieb:
> Ich würde da eher einen Optokoppler einsetzen.

Eine galvanische Trennung ist nicht nötig. Oder bringt der Optokoppler 
noch einen weiteren Vorteil?

[m.n. (Gast)]

Aaron schrieb:
> Es fehlt an praktischer Erfahrung.

mir nicht ;-)

[Aaron (Gast)]

m.n. schrieb:
> Aaron schrieb:
>> Es fehlt an praktischer Erfahrung.
>
> mir nicht ;-)

Die Klingelleitung ist quer durch das Haus verlegt. Wohl auch neben der 
ein oder anderen NYM Leitung.

Gehe ich richtig davon aus dass der Portpin aufgrund der hohen Impedanz 
am Eingang von 100kOhm ausreichend geschützt ist?

[Stefan F. (Gast)]

> Man muss wohl einen guten Mittelweg finden.

Ja, aber um den zu ermitteln müssen wir die Anforderungen kennen.

Zum Beispiel: Welche Spannung soll als High und welche als Low erkannt 
werden? Wie viel Strom darf fließen? Darf oder muss es potentialfrei 
sein? Ist eine Verschiebung des GND Potentials vorhanden? Welche 
Signalfrequenz wird übermittelt, wie viel Verzögerung ist OK? Sind 
gelegentlich falsche Signale tolerierbar? Wie stark sind die 
Störeinflüsse, wo verläuft die Leitung? WAS wird da eigentlich 
übertragen?

[Aaron (Gast)]

Stefanus F. schrieb:
> Welche Spannung soll als High und welche als Low erkannt
> werden?

≤0,8≥ 2,0

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Aaron schrieb:
> Oder bringt der Optokoppler
> noch einen weiteren Vorteil?

Ja. Jegliche Einstreuuung in den MC wird so vermieden und du hast 
zusätzlich keine Masseprobleme oder -schleifen.
2-5mA sind gut ausreichend für einen nicht ganz unempfindlichen 
Optokoppler. Ein PC817 z.B. hat bei 2mA ein typisches CTR von 100%, die 
du ja nicht mal ausnutzt.

Aaron schrieb:
> Gehe ich richtig davon aus dass der Portpin aufgrund der hohen Impedanz
> am Eingang von 100kOhm ausreichend geschützt ist?

Eher das Gegenteil ist der Fall. Niederohmige Eingänge sind gegen 
Störungen und statische Entladungen besser gefeit, weil sie eben 
niederohmig sind und erst bei hohem Strom aktiv werden.

[Aaron (Gast)]

Sorry, jetzt richtig

Stefanus F. schrieb:
> Welche Spannung soll als High und welche als Low erkannt
> werden?

≤ 0,8V    ≥ 2,0V

Stefanus F. schrieb:
> Wie viel Strom darf fließen?

Wie gesagt, soviel dass es zu keinen großen (dauerhaften) Störeinflüssen 
kommt.

Stefanus F. schrieb:
> Darf oder muss es potentialfrei
> sein?

Muss es nicht, um den Aufwand klein zu halten hatte ich das bisher außer 
Acht gelassen

Stefanus F. schrieb:
> Ist eine Verschiebung des GND Potentials vorhanden?

Nein

Stefanus F. schrieb:
> Welche
> Signalfrequenz wird übermittelt

Signal wird per Taster vom Mensch gedrückt, also sehr klein, ca 1Hz

Stefanus F. schrieb:
> wie viel Verzögerung ist OK?

max 100ms

Stefanus F. schrieb:
> Sind
> gelegentlich falsche Signale tolerierbar?

Wenn man sie per Software erkennen kann dann ja

Stefanus F. schrieb:
> Wie stark sind die
> Störeinflüsse, wo verläuft die Leitung?

Aaron schrieb:
> Die Klingelleitung ist quer durch das Haus verlegt. Wohl auch neben der
> ein oder anderen NYM Leitung.

Stefanus F. schrieb:
> WAS wird da eigentlich
> übertragen?

Da wird ein 12V Signal eines Netzteiles per Tatsendruck auf einer 
Klingelleitung quer durch das Haus übertragen

[m.n. (Gast)]

Aaron schrieb:
> Da wird ein 12V Signal eines Netzteiles per Tatsendruck auf einer
> Klingelleitung quer durch das Haus übertragen

Das ist ja eine ganz spezielle Anwendung, die zuvor sorgfältig simuliert 
werden muß!

Matthias S. schrieb:
> Eher das Gegenteil ist der Fall. Niederohmige Eingänge sind gegen
> Störungen und statische Entladungen besser gefeit, weil sie eben
> niederohmig sind und erst bei hohem Strom aktiv werden.

Also doch eher 1 A Schaltstrom?
:-(

[Stefan F. (Gast)]

Ich würde einen Optkoppler benutzen, einfach weil er die ganze Sache 
viel flexibler und robuster macht.

         1kΩ     LED vom OK
In + o----[===]---|>|---+
                        |
   - o------------------+

                   +------------o VCC
                   |
                 |/
    Transistor   |
    vom OK       |\>
                   |
                   +----+-------o µC Pin
                   |    |
                  |~|   |
                  | |  === 1µF
         4,7kΩ    |_|   |
                   |    |
                   +----+-------| GND

Ansonsten so:

         1kΩ        47kΩ*
In o----[===]---+---[===]-----o µC Pin
                |
                +----||----|       1µF
                |
                +---|<|----| GND   Zener Diode 3,6V

Der 47kΩ ist optional. Er beschützt den µC für den Fall dass die 
Zenerdiode wegen Überlastung durchbrennt.

[Aaron (Gast)]

m.n. schrieb:
> Das ist ja eine ganz spezielle Anwendung, die zuvor sorgfältig simuliert
> werden muß!

Das klingt sehr trivial, ich weiß, aber es sollte beim ersten Versuch 
funktionieren. Ich komme später nur sehr schwer an die Controller 
Einheit wieder ran

[Thomas E. (picalic)]

Eine galvanische Trennung durch einen Optokoppler ist bei langen 
Leitungen immer eine gute Idee. Bei solchen Anordnungen muss man auch 
mal mit einem Gewitter in der Nähe rechnen. Auch, wenn der Blitz nicht 
direkt, sondern ein paar hundert Meter weiter einschlägt, kann es eine 
ordentliche Spannungsspitze durch diese lange "Antenne" geben. Der 
Optokoppler hält das vom µC fern. Hier ist es ja auch besonders einfach, 
da der Geber die Energie für die LED im Optokoppler liefern kann.

[Optokoppler (Gast)]

> Ich komme später nur sehr schwer an die Controller
> Einheit wieder ran

1:0

für den Optokoppler.

Schaltstrom: 10 mA.
Davon 9 mA ableiten und 1 mA für den Optokoppler.

Das ganze dann noch mit einem RC-Glied am Eingang mit einer
Zeitkonstanten von 100 ms abblocken.

Das hält dann auch einen Blitz in 100 m Entfernung aus.

[Aaron (Gast)]

Thomas E. schrieb:
> Eine galvanische Trennung durch einen Optokoppler ist bei langen
> Leitungen immer eine gute Idee. Bei solchen Anordnungen muss man auch
> mal mit einem Gewitter in der Nähe rechnen. Auch, wenn der Blitz nicht
> direkt, sondern ein paar hundert Meter weiter einschlägt, kann es eine
> ordentliche Spannungsspitze durch diese lange "Antenne" geben. Der
> Optokoppler hält das vom µC fern. Hier ist es ja auch besonders einfach,
> da der Geber die Energie für die LED im Optokoppler liefern kann.

Klingt einleuchtend

Stefanus F. schrieb:
> Ansonsten so:
>          1kΩ        47kΩ*
> In o----[===]---+---[===]-----o µC Pin
>                 |
>                 +----||----|       1µF
>                 |
>                 +---|<|----| GND   Zener Diode 3,6V

Hier hätte ich das Problem dass der 1k ca. 0.4W verheizt.
Bei dem Taster kein Ding, habe noch ein paar Lichtschranken die mir 
dauerhaft ein 12V Signal liefern und nur bei Unterbrechung "aufmachen".
Sorry, hatte ich in den Anforderungen nicht erwähnt.

[Thomas E. (picalic)]

Stefanus F. schrieb:
> In + o----[===]---|>|---+
>                         |
>    - o------------------+

Da würde ich noch eine Diode (z.B.1N4148) antiparallel zur LED schalten, 
um negative Spannungen abzuleiten.

[m.n. (Gast)]

Aaron schrieb:
> Das klingt sehr trivial

Das ist es auch. Ich frage mich auch, warum es externe 12 V sein müssen 
und nicht die (vermutlich) 5 V des µCs verwendet werden können.

Viel wichtiger bei der Geschichte ist, wie der Taster ausgeführt ist. 
Kann er feucht werden oder können sich Ameisen oder Ohrenkneifer 
zwischen die Kontakte setzen?
Im Aussenbereich empfehle ich einen Reedkontakt, der mit einem Magneten 
aktiviert wird. Das erspart zudem die noch aufkommende Diskussion über 
Mindestströme von Schaltkontakten.
Die betreffenden Leute schlafen scheinbar noch ;-)

Optokoppler schrieb:
> Das hält dann auch einen Blitz in 100 m Entfernung aus.

Das muß Du jetzt nur noch dem Blitz sagen!

[Stefan F. (Gast)]

> Hier hätte ich das Problem dass der 1k ca. 0.4W verheizt.

Einen gewissen Strom brauchst du aber, damit die Schaltkontakte des 
Tasters bzw. der Relais in den Lichtschranken nicht frühzeitig ausfallen 
(Stichwort: Wetting Current).

Außerdem sind hochohmig abgeschlossene Leitungen sehr empfänglich für 
elektromagnetische Störungen.

> Diskussion über Mindestströme von Schaltkontakten.
> Die betreffenden Leute schlafen scheinbar noch ;-)

Nein, das hatte ich bei meinem Schaltungsvorschlag schon berücksichtigt.

[Wolfgang (Gast)]

Aaron schrieb:
> Eine galvanische Trennung ist nicht nötig. Oder bringt der Optokoppler
> noch einen weiteren Vorteil?

Es fließt Strom.
Das wolltest du doch wegen dem Signal/Stör-Abstand.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Thomas E. schrieb:
> Stefanus F. schrieb:
>> In + o----[===]---|>|---+
>>                         |
>>    - o------------------+
>
> Da würde ich noch eine Diode (z.B.1N4148) antiparallel zur LED schalten,
> um negative Spannungen abzuleiten.

Man könnte auch einen PC814 nehmen, der wertet beide Halbwellen aus und 
die externe Diode entfällt.

[Thomas E. (picalic)]

Matthias S. schrieb:
> Man könnte auch einen PC814 nehmen, der wertet beide Halbwellen aus und
> die externe Diode entfällt.

Stimmt - hätte außerdem noch den Vorteil, daß man bei der Verkabelung 
nicht auf die Polarität achten muss.