GPIO Eingang bei langer Leitung schuetzen

Feb 10, 2020 Last reply: 6 years ago 702 Replies

Am 15.02.20 um 11:12 schrieb Uwe Borchert:

Kann man, aber vor was soll die schützen?

Gegen Hochspannung hilft das schon mal nicht. Die lässt sich von einem normalen 10k-Widerstand nicht aufhalten. Alles in der Dimension <20V wird der Port auch so überleben. Und falls man sich davor schützen möchte, dass einer den Reed-Kontakt in die Steckdose steckt, reicht es auch wieder nicht. Da würde, falls die Diode überlebt, der Widerstand verkohlen, und das bedeutet nicht notwendigerweise hochohmig werden.

Wenn man das ordentlich machen will, muss man die Widerstände teilen und dazwischen hängt man zwei TAZ-Dioden gegen Masse. Die Widerstände Richtung Leitung sollten dann (kurzfristig) ein paar kV aushalten, dann wird die Sache robuster.

Nein, dann wüsste man nicht, ob das Signal zwischendurch stabil war. Das wäre nur eine Unterabtastung mit entsprechend zufälligen Ergebnissen.

Das mit dem IRQ ausschlten funktioniert nur, wenn die Ports Flankentriggerung können und diese Trigger-Ereignisse auch ohne IRQ zwischenspeichern. Dann könnte man nach Ablauf der Zeit nachsehen, ob sich wirklich nichts mehr getan hat. Allerdings muss man dann wieder dieselbe Zeit warten, selbst wenn unmittelbar nach dem letzten IRQ schon der letzte Huster kam und seitdem alles stabil ist. Das kann natürlich akzeptabel sein.

Keinesfalls! Jetzt hängt der Switch ja wieder niederohmig direkt am Port. Genau das habe ich vermieden.

Oder soll der Schalter jetzt ein Transistor von einem Optokoppler sein? Der würde aber auch vor nicht viel schützen, solange die Stromversorgung für die LED nicht potentialfrei ist.

Wozu? Da ist nichts dabei, was die Softwarelösung nicht kann.

Gegen Blitz bringt das nichts. Und gegen alles andere auch nicht, wenn die Spannungsversorgung nicht autark ist.

Marcel

Stefan Wiens schrieb:

Das verstehe ich noch immer nicht. Kannst du das näher erläutern? Welche unterschiedlichen Strompfade gilt es hier zu berücksichtigen, die dazu nötigen, den Strombegrenzungswiderstand auf der Seite des Schalters anzuordnen?

MfG Rupert

Spannungsstörungen spielen praktisch keine Rolle.

Am 15.02.2020 um 12:30 schrieb Rupert Haselbeck:

Es handelt sich nicht um unterschiedliche Strompfade, sondern um das richtige Ersatzschaltbild für das Kabel.

Alleine das Kabel hat eine Kapazität, die vom Pullup Widerstand aufgeladen wird. Wenn dieser Kondensator direkt am Schalter hängt, entlädt er sich beim Schließen schlagartig über den Schalter. Mit einem Widerstand am Schalter ergibt sich ein RC Glied mit definiertem maximalem Entladestrom.

Mit der Induktivität des Kabels können sich noch weitere Dreckeffekte ergeben.

DoDi

Hans-Peter Diettrich schrieb:

Hmm, ok. Groschen gefallen. Freilich kann man die Entladung der /Kabel/kapazität nicht mit einem Widerstand am anderen Ende beeinflussen. Danke!

MfG Rupert

Hallo,

Am 15.02.20 um 12:08 schrieb Marcel Mueller:

Vor Spannungsspitzen (bis in den unteren kV-Bereich?). Das sollte aber normalerweise nicht ankommen. Die echten kV sollte man bereits auf den Weg zum Rechner abblocken.

Ich halte das für illusorisch. Also das mit den Widerständen und den kV. Ich ging von einer an der Station relativ gut geerdeten Technik aus. Da hätte man bestenfalls so was wie Schrittspannung. Oder man hätte eingestreute Impulse auf der Leitung ... oder andere Probleme mit verrutschten Massen. Das sind aber selten mehr als 100V.

Das Signal war doch ein kurzer Impuls? Ich kann Deinen Einwand daher nicht nachvollziehen.

Ich dachte es geht hier um einen Impulszähler mit definierten Impulsen?

Potentialfreie Versorgung hatte ich im Hinterkopf. Solar? Und da könnte man vielleicht sogar einen Sonnenlichtdetektor reinhauen? Dritte Leitung, auf die werden Impulse bei Sonnenlicht gelegt. Auf der anderen Seite wäre so was wie ein Missing-Pulse-Detektor. Und da wäre dann in der entfernten Station so was am Eingang des Impulsformers vor dem Optokopler. Und der wäre dann im Haus vor dem Rechner. Ok, da sollte die ZD dann wirklich sinnlos sein.

Programmieren macht wesentlich weniger Spaß als Löten.

Der Blitz sollte doch an der Station durch Erdung bis auf wenige kV unschädlich gemacht werden? Ich denke, wir denken gerade vollkommen aneinander vorbei.

MfG

Uwe Borchert

Am 15.02.20 um 12:04 schrieb Hans-Peter Diettrich:

Kommt auf den Kontakt an.

Wenn er die Ladungsmenge des Kabels abkann, braucht man nichts weiter.

Und wenn er den Wellenwiderstand des Kabels kann (bei Telefon gut 100 Ohm), dann muss man auch nichts weiter machen, denn Die Kapazität ist ja nicht in voller Pracht am Ende des Kabels wirksam. Da ist ja auch noch der Induktivitätsbelag dazwischen, der den Strom begrenzt.

Zumindest letzteres würde ich hier als wahrscheinlich betrachten.

Marcel

Am 17.02.20 um 17:34 schrieb Marcel Mueller:

Bitte mal drei Schritte zurücktreten und das Ganze betrachten!

Seht euch mal analog die guten alten Telefonleitungen an. Da liegen oft km zwischen Wählamt und Telefon. Heute hängen zudem auch Modem/Router dran.

Wie oft passiert es, dass Telefon oder Modems durch Blitzschlag defekt werden? Bisher hat es bei exponierten Stellen genügt 90V Gas-Überspannungsableiter (1) bei den Telefonsteckdosen zu montieren.

Ich kenne aus der Anfangszeit der Computer dies: Da waren Terminals, Drucker und der Host per RS232 oder RS422 über mehrere 100m miteinander verbunden, der einzige Schutz eben diese Gasableiter in den ADo4 oder ADo8 Steckdosen eingebaut. Bei der Host Seite ähnliches. Sicherlich waren auf den Eingangsplatinen Clampdioden (2) montiert.

Ich hatte auch mit Telefon Nebenstellen Anlagen (damals noch analoge Telefone - kein ISDN, kein proprietärer Anschluss - und schon gar kein VoIP) zu tun, hier gilt ähnliches.

Ich kann mich nicht erinnern, dass da nach Gewittern jemals was kaputt war.

(1)

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(2) Am Eingang der elektronischen Schaltung helfen Clampdioden:

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Am 17.02.20 um 17:58 schrieb Fritz:

Mir wurde allerdings schon häufiger von wg. Überspannungsschaden kaputte Fritz (no pun intended) Boxen berichtet. - Überspannungsschäden sind auch nicht gleich verteilt - wer mit seiner Leitungsführung Pech hat, hat öfter mal welche, und andere haben nie Probleme.

Hanno

Am Montag, 17. Februar 2020 18:55:00 UTC+1 schrieb Hanno Foest:

Unser Hanno, unser Foest, durch Umnachtung erlöst?

[...]

Es kommt eher auf die zu erwartenden Schaltzyklen an. Je nach Datenblatt ist z.B. bei 5V/10mA Schluss, soll er 10^9 Schaltvorgänge aushalten. Ladung ist da erst gar nicht spezifiziert. Bei manchen Reed-Relais findet man Angaben zur kapazitiven Last, die ist aber meist äußerst gering.

Die Leitung ist am anderen Ende (also GPIO-seitig) aber nicht mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen, sondern mehr oder weniger offen.

Bis zu einigen MHz wird sich die Leitung eher kapazitiv verhalten.

Rupert Haselbeck schrieb:

Nein, natürlich nicht, wie kommst du auf diese bizarre Idee?

Bei 5 V ist das vernachlässigbar, aber aus einem Grund, der dir offenbar unbekannt ist.

Der 100 nF Kondensator stellt kurzfristig eine niederohmige Spannungsquelle dar.

5 V geteilt durch 1.9 Ohm (0.1 hat der Reed-Kontakt) geben 2.6 A. Der Reedkontakt ist normalerweise für 1 A thermischen Dauerstrom und 0.5 A Schaltstrom spezifiziert. Er wird erwartungsgemäss rasch kaputt gehen.

Hans-Peter Diettrich schrieb:

Und warum nimmst du dann nicht das richtige Ersatzschaltbild für das Kabel?

Wie das? HIMMEL, jetzt haben wir hier WOCHENLANG Leitungstheorie diskutiert.

Du kannst ein ganz ganz ganz ganz ganz ganz ganz ganz ganz ganz ganz ganz langes twistet pair Telefonkabel haben. Auf 5 V aufgeladen wird der Kontakt nie mehr als 50 mA sehen, auch nicht kurzfristig. Plus den Strom durch den Pullup natürlich.

Der ist dennoch zu empfehlen. Die Reedschalter sind in allerlei Geräten drin, auch solche für ATEX usw. In deren Betriebsanleitung steht detailliert drin, was der Kontakt "sehen" darf, an Leitungen, Kapazitäten usw.

standexmeder.com

"Kapazitive und induktive Lasten: Schaltet man Strom und Spannung über einen Reedschalter, so ist Streukapazität in gewissem Umfang in jeder elektrischen Schaltung vorhanden. Dabei spielen die ersten 50 Nanosekunden des Schaltvorgangs je nach Höhe von Strom und Spannung eine entscheidende Rolle (siehe Abbildung # 6). In dieser Zeit entsteht die nicht zu unterschätzende Funkenbildung; denn je nach Art und Umfang der Streukapazität, kann dies eine zerstörende oder vorschädigende Wirkung auf den Schalter haben. Es ist immer ratsam diesen Strom der ersten 50 Nanosekunden zu kennen. Lasten von 50 Volt bei 50 Pikofarad Streukapazität kann die Lebensdauer nachhaltig beeinflussen."

Joerg schrieb:

Nunja, "beyond economic repair" wird übl(ich)erweise mit FUBAR abgekürzt.

Stefan Wiens schrieb:

Und was ist so der Frequenzbereich bei einem spontanen mechanischen Kontakt zwischen den Leitern? Tip: Mit (Hg-)Reedkontakten werden

0.5 ns Schalter gebaut.

Rolf Bombach schrieb:

Je nun. Mein E-Technik Studium liegt nun doch schon ein paar Jahrzehnte zurück. Und ich hab das auch nicht beruflich umgesetzt sondern danach höheres studiert... Evtl. hab ich ja das ein oder andere damals Gelernte vergessen oder verwechselt Da du aber nach deinen regelmäßig recht großspurigen Worten so überaus gut Bescheid weisst, wäre ich dankbar für erhellende Ausführungen, welche über das implizite "ach, was bist du blöd!" hinausgingen.

Wir reden ja auch nicht von 5 Volt. Und wir harren deiner erhellenden Ausführungen dazu

Ja, das hab ich ja nun bereits vorgerechnet - mit den Parametern des OP...

Ich werde also gut daran tun, für die Reed-Schalter in Anemometer und Regenmesser für Ersatz zu sorgen. Die Dinger laufen ja bereits an die 10 Jahre. Kaputt ging bisher bereits zweimal der RasPi, welcher wohl jeweils ein Gewitter nicht überlebt hat (vorher, vor Verfügbarkeit des RasPi, wars eine recht krude und anfällige Hardwarebastelei). Das Ding ist allerdings auch ziemlich exponiert am Dach montiert...

MfG Rupert

Am 17.02.2020 um 17:58 schrieb Fritz:

An defekte Post-Hardware kann ich mich auch nicht erinnern. Schon weil es damals strafbar war da selber dran rumzulöten.

Ich kann mich allerdings an Reparaturen historischer Anrufbeantworter mit durchlegierten TVS Dioden am Amtsanschluss o.Ä. erinnern.

O.J.

Rolf Bombach schrieb:

Das "e" in fubar steht also für economic? ;)

"beyond economic repair" heißt Reparatur lohnt sich nicht, fubar bedeutet: da ist nix mehr zum Reparieren vorhanden.

Guido

Am 17.02.2020 um 23:50 schrieb Rupert Haselbeck:

Das gilt hier nur unter den Vereinfachungen:

- Gleichstrom

- stationärer (eingeschwungener) Zustand

Ansonsten *kann* das der Fall sein, ist es aber im Allgemeinen nicht.

Bernd

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