Tôi hiện đang làm việc trong một dự án mà tôi cần một số dây rất dài (khoảng 20 mét, và đó là 40 mét cả hai chiều), sẽ được kết nối với một nút sẽ được sử dụng để kích hoạt ghim trên bộ điều khiển (ATmega8).

Do sự cố sụt điện áp dự kiến, tôi đã chọn rằng tôi sẽ kéo chân I / O lên cao và chạy tiếp đất qua nút (nút kéo chân I / O xuống thấp và kích hoạt nó).

Do đó, câu hỏi của tôi: Sẽ có bất kỳ vấn đề nào khi sử dụng dây dài như vậy khi tôi chạy qua chúng, thay vì mức điện áp Vcc (5V)?

Có phải mặt đất bị "sụt áp" như vấn đề?

Không, nó không (nhưng ...)

Mặt đất, theo định nghĩa, là điểm 0 trong một mạch để nó không thể trải nghiệm "thả". Dây nối đất (ví dụ: kết nối với mặt đất) phải tuân theo Luật Ohm như mọi dây khác.

Đây là mạch của bạn như tôi hiểu từ mô tả của bạn:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Từ quan điểm của Arduino, mặt đất là một tấm lá đồng lớn được chôn bên trong bảng mạch. Tất cả các phép xác định điện áp (và do đó là các mức logic: cao / thấp, 0/1, đúng / sai, v.v.) xuất phát từ việc so sánh năng lượng tiềm năng tín hiệu với năng lượng tiềm năng của tờ giấy bạc này (thường được kết nối, cuối cùng, với pin / thiết bị đầu cuối âm của nguồn điện).

Dây dài là ok trong ứng dụng của bạn bởi vì ...

Trong câu hỏi của bạn, bạn quan tâm đến tổn thất điện áp trong dây nối đất (dây nối chân công tắc với mặt đất). Dây này có thể (và sẽ) phát triển một điện áp khi dòng điện chạy qua nó (định luật Ohm) và do đó "giảm" theo cách hiểu của bạn, nhưng sự sụt giảm này không đủ quan trọng để gây ra sự cố do cách thiết kế mạch chuyển đổi:

R3 thường có ba bậc cường độ lớn hơn điện trở trong đường dẫn dây qua công tắc. Khi công tắc mở, điện trở gần như vô hạn và điện áp tại nút Arduino GPIO bằng với V1. Khi SW1 được đóng lại, điện trở giữa nút Arduino GPIO và mặt đất bây giờ là điện trở của hai dây với công tắc và chính công tắc.

Dây 24AWG (loại được sử dụng trong cáp mạng và các hệ thống dây nhỏ khác là khoảng 0,085 Ohms / mét). Bạn có thể đi hơn một km trước khi bạn đạt 100 Ohms! Ngay cả ở các giá trị điện trở lớn này, tổng điện trở trong đường dây sẽ nhỏ hơn 250 Ohms và do đó chỉ chiếm 2,5% tổng điện áp (ví dụ vẫn gần như 0 và chắc chắn đủ thấp để Arduino đọc là logic 0).

Không phải tất cả "căn cứ" đều giống nhau ...

Khái niệm mặt đất được xác định cho hệ thống. Nếu bạn có nhiều hệ thống, có thể có sự khác biệt giữa các căn cứ tương ứng của chúng.

@Techydude chỉ ra một số ví dụ thú vị về vấn đề này:

các dây dài trong ví dụ trên, mặt phẳng đất của PCB, các chân nối đất của chip, dây liên kết giữa các chân & silicon chết và chính các đường dẫn silicon.

Mối quan hệ tương đối này với mặt đất xảy ra bởi vì chính điện áp là tương đối . Điện áp là sự khác biệt về năng lượng tiềm năng giữa hai điểm. "Mặt đất" chỉ là tên được đặt cho điểm thứ hai khi tất cả các điện áp trong phân tích đang chia sẻ cùng điểm thứ hai này. Nếu họ không, bạn sẽ trải nghiệm (và phải tính đến) thả trong các kết nối mặt đất của bạn.

Vâng, vâng. Luật Ohm vẫn được áp dụng.

Dây dài của bạn có một điện trở. Nếu bạn truyền dòng điện qua các dây đó, một điện áp sẽ bị rơi trên các dây: V = I * R.

Tuy nhiên, nếu bạn đã thiết kế mạch tốt (và sử dụng dây tốt), dòng điện nhỏ và R nhỏ, do đó chênh lệch điện áp không quá lớn.

Bạn sẽ phải tự xác định hiện tại; không có sơ đồ chúng ta không thể biết liệu dòng điện sẽ không đáng kể.

Mặt đất, cho dù trên dây hoặc trên bảng mạch, bị sụt điện áp như bất kỳ kết nối nào khác. Tuy nhiên, nếu bạn thiết kế mạch đúng, bạn cần rất ít dòng điện để cảm nhận việc đóng công tắc mà sụt áp là vấn đề nhỏ nhất của bạn. Bạn cần đảm bảo rằng tiếng ồn và quá độ gây ra trên 40m dây của bạn không xâm nhập và làm hỏng bộ xử lý. Đối với điều này, bạn sẽ cần một bộ lọc thông thấp RC đơn giản trên đầu vào cho bộ xử lý

Đây là mạch của bạn:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Vâng, sự sụt giảm điện áp sẽ có mặt, nhưng không phải vì những gì bạn nghĩ. Tùy thuộc vào điện trở của dây, điểm giữa, đầu vào của bạn, sẽ thấy một bộ chia điện áp. Nửa trên sẽ là kéo lên của bạn (Nói 10kΩ), trong khi nửa dưới sẽ là cáp của bạn. Sẽ không có vấn đề gì nếu Dây là nửa dưới hoặc nửa trên của Bộ chia điện áp, tất cả những thay đổi là phía nào nhìn thấy hiệu ứng lớn hơn.

Một sơ đồ để chứng minh.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Giả sử cáp Ethernet Cat5, với điện trở danh định là 0,0849Ω mỗi mét, ở 20 mét là 1,669Ω. Với điện trở kéo lên 10kΩ và nguồn 5V, điều đó có nghĩa là chúng ta có điện trở sê-ri 10kΩ + 1.669Ω + 1.669Ω = 10.003Ω. Sử dụng Định luật Ohm, I = V / R, 5V / 10003Ω bằng 0,000499 Amps hoặc 0,499 MICROAMPS . Vì dòng điện là như nhau trong một mạch nối tiếp, chúng ta có thể tìm thấy điện áp giảm bởi Điện trở dây. V = I * R, hoặc 0,000499A * 1.669Ω = 0,000832 Volts, hoặc 832 MICROVOLTS .

Bởi vì dòng điện của bạn thông qua các dây này rất thấp, điện áp rơi bởi chúng cũng thấp.

Giữa tất cả các cuộc thảo luận về Luật Ohm này, đừng bỏ qua câu trả lời của @ SteveG. Bạn không nói giá trị của điện trở kéo lên mà bạn dự định sử dụng, nhưng nếu bạn đang nghĩ đến việc chỉ sử dụng các pull-up bên trong trong ATmega8, hãy lưu ý rằng chúng có thể cao tới 50k Ohms. Đó là một trở kháng khá cao để treo cáp 20 mét và dường như nó chỉ yêu cầu các vấn đề về tiếng ồn. Bạn cũng không nói loại cáp nào bạn đang sử dụng (cáp xoắn, được che chắn, v.v.) hoặc loại môi trường mà bạn mong đợi nó hoạt động.

Tôi sẽ đưa ra gợi ý của anh ấy hơn nữa, và không chỉ đặt bộ lọc RC lên nó, mà nếu tôi quan tâm đến việc làm nổ bộ vi xử lý của tôi (mà tôi thường quan tâm), tôi sẽ đặt một bộ đệm ngoài vào nó. Các chân GPIO ATmega8 có độ trễ vài trăm mili giây, nhưng với một sợi cáp dài như vậy, bạn vẫn có thể gặp vấn đề về tiếng ồn thậm chí không làm hỏng bất cứ thứ gì. Một máy thu bên ngoài cũng sẽ cho phép bạn điều chỉnh các ngưỡng điện áp để có được khả năng chống nhiễu tốt nhất mà không bị phụ thuộc vào các đặc tính đầu vào của uP.

Mặc dù bạn có một số quan niệm sai lầm, trước tiên tôi sẽ giải quyết các mạch.
Sử dụng mạch DrFriedParts, điện trở tương đương của mỗi dây 20 m, khoảng 2 ohms. Điều này có nghĩa là bạn có thể sử dụng điện trở kéo lên 1k một cách an toàn.
Tôi đồng ý với những người khác rằng tiếng ồn RF có thể là vấn đề tồi tệ nhất của bạn. Bạn nên sử dụng, ít nhất, được bảo vệ dây xoắn đôi , với tấm chắn được buộc vào mặt đất PCB .

Liên quan đến "hiệu ứng giảm điện áp mặt đất", bạn cần phân biệt giữa tham chiếu mặt đất và dây nối đất.
"Tham chiếu mặt đất" thường là điểm tiêu cực nhất của mạch điện.
"Dây nối đất" là một dây được buộc vào tham chiếu mặt đất.

Như có thể thấy trên mạch DrFriedParts, dây đi từ công tắc đến "tham chiếu mặt đất" được coi là dây nối đất , dây đi từ công tắc sang GPIO được coi là dây cao. Không có sự khác biệt giữa các dây. Chúng đều dài 20 m và có lực cản khoảng 2 ohms, mỗi cái. Vì vậy, nếu dòng điện 50 mA đang chảy, sẽ có giảm 0,1 volt trên mỗi dây. Điều này cho thấy dây nối đất "bị sụt điện áp", giống như bất kỳ dây nào khác.

Khi công tắc mở, GPIO sẽ "cao" (cao hơn 3v) và khi đóng công tắc, GPIO sẽ "thấp" (nhỏ hơn .2v).