Je travaille actuellement sur un projet où j'ai besoin de très longs fils (environ 20 mètres, soit 40 mètres dans les deux sens), qui seront connectés à un bouton qui servira à déclencher une broche sur le contrôleur (ATmega8).

En raison des problèmes de chute de tension attendus, j'ai choisi de tirer la broche d'E / S vers le haut et de faire passer la masse à travers le bouton (le bouton tire la broche d'E / S vers le bas et la déclenche).

D'où ma question: y aura-t-il des problèmes à utiliser des fils aussi longs lorsque je les ferai passer à la terre, au lieu du niveau de tension Vcc (5V)?

La terre souffre-t-elle de «problèmes de chute de tension»?

Non, ce n'est pas le cas (mais ...)

La terre, par définition, est le point zéro d'un circuit et ne peut donc pas subir de "chute". Les fils de terre (par exemple les connexions à la terre) sont soumis à la loi d'Ohm comme tout autre fil.

C'est votre circuit du mieux que je comprends de votre description:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Du point de vue de l'Arduino, le sol est une grande feuille de cuivre enfouie à l'intérieur du circuit imprimé. Toutes les déterminations de tension (et donc des niveaux logiques: haut / bas, 0/1, vrai / faux, etc.) découlent de la comparaison de l'énergie potentielle du signal à l'énergie potentielle de cette feuille (qui est généralement connectée, en fin de compte, à une batterie / borne négative de la source d'alimentation).

Les fils longs conviennent à votre application car ...

Dans votre question, vous êtes préoccupé par les pertes de tension dans un fil de terre (le fil reliant la jambe de l'interrupteur à la terre). Ce fil peut (et va) développer une tension à mesure que le courant le traverse (loi d'Ohm) et ainsi "chuter" dans votre compréhension, mais cette chute n'est pas suffisamment importante pour causer des problèmes en raison de la conception du circuit de commutation:

R3 est généralement de trois ordres de grandeur supérieur à la résistance dans le chemin du fil à travers le commutateur. Lorsque le commutateur est ouvert, la résistance est presque infinie et la tension au niveau du nœud Arduino GPIO est égale à V1. Lorsque SW1 est fermé, la résistance entre le nœud Arduino GPIO et la masse est maintenant la résistance des deux fils au commutateur et au commutateur lui-même.

Fil 24AWG (le type utilisé dans les câbles réseau et autres petits systèmes de fil est d'environ 0,085 Ohms / mètre). Vous pourriez parcourir plus d'un kilomètre avant d'atteindre 100 Ohms! Même à ces grandes valeurs résistives, la résistance totale dans le chemin du fil serait inférieure à 250 Ohms et ne représenterait donc que 2,5% de la tension totale (par exemple toujours presque 0 et certainement suffisamment faible pour être lue par l'Arduino comme logique 0).

Tous les "motifs" ne sont pas identiques ...

Le concept de terrain est défini pour le système. Si vous avez plusieurs systèmes, il peut y avoir des différences entre leurs motifs respectifs.

@Techydude souligne plusieurs exemples intéressants de ce problème:

de longs fils dans l'exemple ci-dessus, le (s) plan (s) de masse du PCB, les broches de terre des puces, les fils de liaison entre les broches et la puce de silicium, et les voies de silicium elles-mêmes.

Cette relation relative à la terre se produit parce que la tension elle-même est relative . La tension est la différence d'énergie potentielle entre deux points. "Ground" est simplement le nom donné au deuxième point lorsque toutes les tensions d'une analyse partagent ce même second point. S'ils ne le font pas, vous subirez (et devrez tenir compte) une baisse de vos connexions à la terre.

Hé bien oui. La loi d'Ohm s'applique toujours.

Vos longs fils ont une résistance. Si vous faites passer du courant à travers ces fils, une tension sera perdue à travers les fils: V = I * R.

Cependant, si vous avez bien conçu votre circuit (et utilisé des fils décents), le courant est petit et R est petit, donc la différence de tension n'est pas trop grande.

Vous devrez déterminer vous-même le courant; sans schéma, nous ne pouvons pas dire si le courant sera négligeable.

La terre, que ce soit sur un fil ou sur une carte de circuits imprimés, subit une chute de tension comme toute autre connexion. Cependant, si vous concevez le circuit correctement, vous avez besoin de si peu de courant pour détecter une fermeture de commutateur que la chute de tension est le moindre de vos problèmes. Vous devez vous assurer que le bruit et les transitoires induits sur vos 40 mètres de fil n'entrent pas et n'endommagent pas le processeur. Pour cela, vous aurez besoin d'un simple filtre passe-bas RC sur l'entrée du processeur

Voici votre circuit:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Ainsi, en utilisant une règle de diviseur de tension simple, vous pouvez découvrir que la tension sur la broche sera

Oui, la chute de tension sera présente, mais pas à cause de ce que vous pensez. Selon la résistance du fil, le point médian, votre entrée, verra un diviseur de tension. La moitié supérieure sera votre pull-up (disons 10kΩ), tandis que la moitié inférieure sera votre câble. Peu importe si le fil est la moitié inférieure ou supérieure du diviseur de tension, tout ce qui change, c'est de quel côté voit l'effet le plus important.

Un diagramme à démontrer.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

En supposant que le câble Ethernet Cat5, avec une résistance nominale de 0,0849Ω par mètre, à 20 mètres soit 1,669Ω. Avec une résistance de rappel de 10kΩ et une source 5V, cela signifie que nous avons une résistance de série de 10kΩ + 1,669Ω + 1,669Ω = 10,003Ω. Utilisez la loi d'Ohm, I = V / R, 5V / 10003Ω est égal à 0,000499 Ampères ou 0,499 MICROAMPS . Étant donné que le courant est le même dans un circuit série, nous pouvons trouver la chute de tension par la résistance du fil. V = I * R, ou 0,000499A * 1,669Ω = 0,000832 Volts, ou 832 MICROVOLTS .

Parce que votre courant à travers ces fils est si faible, la tension qu'ils ont chuté est également faible.

Au milieu de toutes ces discussions sur la loi d'Ohm, ne négligez pas la réponse de @ SteveG. Vous ne dites pas quelle valeur de résistance de pull-up vous prévoyez d'utiliser, mais si vous songez à utiliser uniquement les pull-ups internes de l'ATmega8, sachez qu'ils peuvent atteindre 50k Ohms. C'est une impédance assez élevée pour accrocher un câble de 20 mètres, et il semble que cela ne demande que des problèmes de bruit. Vous ne dites pas non plus dans quel type de câble vous utilisez (paire torsadée, blindée, etc.) ni dans quel type d'environnement vous vous attendez à ce qu'il fonctionne.

Je pousserais sa suggestion encore plus loin, et je ne mettrais pas seulement un filtre RC dessus, mais si je tenais à faire exploser mon microprocesseur (ce qui m'intéresse généralement), je mettrais un tampon externe dessus. Les broches GPIO ATmega8 ont quelques centaines de millivolts d'hystérésis, mais avec un câble aussi long, vous pouvez toujours avoir des problèmes de bruit même sans endommager quoi que ce soit. Un récepteur externe vous permettrait également d'adapter les seuils de tension pour obtenir la meilleure immunité au bruit sans dépendre des caractéristiques d'entrée de l'uP.

Bien que vous ayez quelques idées fausses, je vais d'abord aborder les circuits.
En utilisant le circuit DrFriedParts, la résistance équivalente de chaque fil de 20 m est d'environ 2 ohms. Cela signifie que vous pouvez utiliser en toute sécurité une résistance de rappel de 1 k ohm.
Je suis d'accord avec les autres sur le fait que le bruit RF pourrait être votre pire problème. Vous devez utiliser au moins un fil à paire torsadée blindé , le blindage étant relié à la masse du PCB .

En ce qui concerne les «effets de chute de tension subis par le sol», vous devez faire la différence entre la référence de terre et le fil de terre.
La "référence de masse" est généralement le point le plus négatif d'un circuit.
Le "fil de terre" est un fil lié à la référence de terre.

Comme on peut le voir sur le circuit DrFriedParts, le fil allant du commutateur à la "référence de masse" est considéré comme le fil de terre , le fil allant du commutateur au GPIO est considéré comme le fil haut. Il n'y a aucune différence entre les fils. Ils mesurent tous les deux 20 m de long et une résistance d'environ 2 ohms chacun. Donc, si un courant de 50 mA circule, il y aura une chute de 0,1 volt sur chacun des fils. Cela montre que les fils de terre "subissent des chutes de tension", comme tout autre fil.

Lorsque le commutateur est ouvert, le GPIO sera «haut» (supérieur à 3v) et lorsque le commutateur est fermé, le GPIO sera «bas» (inférieur à 0,2 V).