Saat ini saya sedang mengerjakan proyek di mana saya membutuhkan beberapa kabel yang sangat panjang (sekitar 20 meter, dan itu adalah 40 meter dua arah), yang akan terhubung ke tombol yang akan digunakan untuk memicu pin pada pengontrol (ATmega8).

Karena masalah penurunan tegangan yang diharapkan, saya telah memilih bahwa saya akan menarik pin I / O tinggi, dan menjalankan ground melalui tombol (tombol menarik pin I / O rendah dan memicu).

Oleh karena itu pertanyaan saya: Apakah akan ada masalah menggunakan kabel panjang seperti itu ketika saya menjalankan ground melalui mereka, bukannya level tegangan Vcc (5V)?

Apakah ground mengalami "drop tegangan" seperti masalah?

Tidak, tidak (tapi ...)

Ground, menurut definisi, adalah titik nol dalam suatu rangkaian sehingga tidak dapat mengalami "drop". Kabel ground (mis. Koneksi ke ground) tunduk pada Hukum Ohm seperti kabel lainnya.

Ini adalah sirkuit Anda yang paling baik saya mengerti dari deskripsi Anda:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Dari perspektif Arduino, tanah adalah selembar kertas tembaga yang terkubur di dalam papan sirkuit. Semua penentuan voltase (dan karenanya level logika: tinggi / rendah, 0/1, benar / salah, dll) berasal dari membandingkan energi potensial sinyal dengan energi potensial lembaran kertas ini (yang biasanya terhubung, pada akhirnya, ke baterai / terminal negatif sumber listrik).

Kabel panjang tidak masalah dalam aplikasi Anda karena ...

Dalam pertanyaan Anda, Anda khawatir dengan kehilangan tegangan pada kabel arde (kabel yang menghubungkan kaki sakelar ke arde). Kawat ini dapat (dan akan) mengembangkan tegangan ketika arus mengalir melaluinya (hukum Ohm) dan dengan demikian "menjatuhkan" pemahaman Anda, tetapi penurunan ini tidak cukup signifikan untuk menyebabkan masalah karena cara rangkaian sakelar dirancang:

R3 biasanya tiga urutan besarnya lebih besar dari hambatan di jalur kawat melalui sakelar. Ketika saklar terbuka resistansi hampir tak terbatas dan tegangan pada simpul Arduino GPIO sama dengan V1. Ketika SW1 ditutup, resistansi antara simpul Arduino GPIO dan arde sekarang menjadi resistansi kedua kabel terhadap sakelar dan sakelar itu sendiri.

Kawat 24AWG (jenis yang digunakan dalam kabel jaringan dan sistem kawat kecil lainnya sekitar 0,085 Ohm / meter). Anda bisa menempuh lebih dari satu kilometer sebelum mencapai 100 Ohm! Bahkan pada nilai resistif yang hebat ini, resistansi total di jalur kawat akan kurang dari 250 Ohm dan karenanya hanya mewakili 2,5% dari total tegangan (mis. Masih hampir 0 dan tentu saja cukup rendah untuk dibaca oleh Arduino sebagai logika 0).

Tidak semua "alasan" adalah sama ...

Konsep tanah didefinisikan untuk sistem. Jika Anda memiliki banyak sistem, mungkin ada perbedaan di antara alasan masing-masing.

@ Techechude menunjukkan beberapa contoh menarik dari masalah ini:

kabel panjang pada contoh di atas, bidang dasar dari PCB, pin dasar dari chip, kabel ikatan antara pin & silikon mati, dan jalur silikon itu sendiri.

Hubungan relatif ini dengan tanah terjadi karena tegangan itu sendiri relatif . Tegangan adalah perbedaan energi potensial antara dua titik. "Ground" hanyalah nama yang diberikan ke titik kedua ketika semua tegangan dalam analisis berbagi titik kedua yang sama ini . Jika tidak, Anda akan mengalami (dan harus memperhitungkan) penurunan koneksi ground Anda.

Baiklah. Hukum Ohm masih berlaku.

Kabel panjang Anda memiliki hambatan. Jika Anda melewatkan arus melalui kabel-kabel itu, tegangan akan jatuh di seluruh kabel: V = I * R.

Namun, jika Anda telah merancang rangkaian dengan baik (dan menggunakan kabel yang layak), arusnya kecil, dan R kecil, sehingga perbedaan voltase tidak terlalu besar.

Anda harus menentukan sendiri saat ini; tanpa skema kita tidak bisa memastikan apakah arus akan diabaikan.

Ground, baik pada kabel atau pada papan sirkuit, mengalami penurunan tegangan seperti halnya koneksi lainnya. Namun, jika Anda mendesain rangkaian dengan benar, Anda hanya perlu sedikit arus untuk merasakan penutupan sakelar sehingga penurunan tegangan adalah yang paling sedikit dari masalah Anda. Anda perlu memastikan bahwa kebisingan dan transien yang diinduksi ke kabel 40m Anda tidak masuk dan merusak prosesor. Untuk ini, Anda akan memerlukan filter low pass RC sederhana pada input ke prosesor

Ini adalah sirkuit Anda:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Jadi, menggunakan aturan pembagi tegangan sederhana Anda dapat mengetahui bahwa tegangan pada pin akan

Ya, penurunan tegangan akan terjadi, tetapi bukan karena apa yang Anda pikirkan. Tergantung pada resistansi kawat, titik tengah, input Anda, akan melihat pembagi tegangan. Setengah bagian atas akan menjadi pull-up Anda (Say 10kΩ), sedangkan bagian bawah akan menjadi kabel Anda. Tidak masalah jika Kawat adalah bagian bawah atau atas dari Pembagi Tegangan, semua yang berubah adalah sisi mana yang melihat efek yang lebih besar.

Diagram untuk menunjukkan.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Dengan asumsi kabel Ethernet Cat5, dengan resistansi nominal 0,0849Ω per meter, pada 20 meter adalah 1,669Ω. Dengan resistor pull-up 10kΩ dan sumber 5V, itu artinya kita memiliki 10kΩ + 1.669Ω + 1.669Ω = 10.003Ω resistansi seri. Gunakan Hukum Ohm, I = V / R, 5V / 10003Ω sama dengan 0,000499 Amps atau 0,499 MICROAMPS . Karena saat ini sama di rangkaian seri, kita dapat menemukan tegangan turun oleh Resistansi Kawat. V = I * R, atau 0,000499A * 1.669Ω = 0,000832 Volts, atau 832 MICROVOLTS .

Karena arus Anda melalui kabel ini sangat rendah, tegangan yang dijatuhkan mereka juga rendah.

Di tengah-tengah semua diskusi Hukum Ohm ini, jangan mengabaikan jawaban @ SteveG. Anda tidak mengatakan berapa nilai pull-up resistor yang Anda rencanakan untuk digunakan, tetapi jika Anda berpikir untuk hanya menggunakan internal pull-up di ATmega8, perlu diketahui bahwa mereka dapat setinggi 50k Ohms. Itu impedansi yang cukup tinggi untuk menggantung kabel 20 meter, dan sepertinya itu hanya meminta masalah kebisingan. Anda juga tidak mengatakan jenis kabel apa yang Anda gunakan (twisted-pair, berpelindung, dll.) Atau apa jenis lingkungan yang Anda harapkan untuk beroperasi.

Saya akan mengambil sarannya lebih jauh, dan tidak hanya meletakkan filter RC di atasnya, tetapi jika saya peduli tentang meledakkan mikroprosesor saya (yang biasanya saya pedulikan), saya akan meletakkan buffer eksternal di atasnya. Pin ATmega8 GPIO memang memiliki beberapa ratus milivolt histeresis, tetapi dengan kabel yang begitu panjang Anda masih dapat memiliki masalah kebisingan bahkan jika tidak merusak apa pun. Penerima eksternal juga akan membiarkan Anda menyesuaikan ambang tegangan untuk mendapatkan kekebalan noise terbaik tanpa tergantung pada karakteristik input dari uP.

Meskipun Anda memiliki beberapa kesalahpahaman, pertama-tama saya akan membahas sirkuit.
Menggunakan sirkuit DrFriedParts, resistansi setara dari setiap kabel 20 m, adalah sekitar 2 ohm. Ini berarti Anda dapat menggunakan resistor tarik 1k ohm dengan aman.
Saya setuju dengan orang lain bahwa kebisingan RF dapat menjadi masalah terburuk Anda. Anda harus menggunakan, paling tidak, kabel twisted pair berpelindung , dengan perisai diikat ke tanah PCB .

Sehubungan dengan "efek penurunan tegangan tanah," Anda harus membedakan antara referensi tanah dan kabel ground.
"Referensi tanah" biasanya merupakan titik paling negatif dari suatu rangkaian.
"Ground wire" adalah kawat yang diikat ke referensi ground.

Seperti yang dapat dilihat pada rangkaian DrFriedParts, kawat yang beralih dari sakelar ke "referensi tanah" dianggap sebagai kabel ground , kawat yang beralih dari sakelar ke GPIO dianggap sebagai kawat tinggi. Tidak ada perbedaan antara kabel. Keduanya memiliki panjang 20 m dan masing-masing memiliki resistensi sekitar 2 ohm. Jadi, jika arus 50 mA mengalir, akan ada penurunan 0,1 volt pada masing - masing kabel. Ini menunjukkan bahwa kabel ground "mengalami penurunan tegangan", sama seperti kabel lainnya.

Ketika sakelar terbuka, GPIO akan "tinggi" (lebih tinggi dari 3v), dan ketika sakelar ditutup, GPIO akan "rendah" (kurang dari .2v).