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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik RS232 - GND-Anschluss bei Batteriebetrieb


Autor: Komischer Kauz (Gast)
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Hallo,

ich hoffe, dass ich nicht eine schon gestellte und beantwortete Frage 
stelle (habe mich zumindest LANGE! mit der Suche beschäftigt).

Meine Frage ist, wo ich GND von der RS232-Schnittstelle anschließen 
soll, wenn die Schaltung hinter dem RS232-IC (z.B. MAX232) mit Batterien 
betrieben wird. Auf der anderen Seite des IC soll ein PC sein. Ich 
arbeite mich ein wenig durch das AVR-Tutorial 
(http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial:_UART) und 'traue' 
mich wegen dieser Frage gerade nicht weiter

Da ich nichts zu dem Thema gefunden habe (egal wie ich gesucht habe), 
halte ich es für möglich, dass hier "nichts besonderes" vorliegt, also 
einfach Masse der Batterie mit Pin5 (=Masse PC) verbunden wird.

Wenn ich mit der Vermutung irgendwie richtig liege, dann ändere ich 
meine Frage ;-) : Warum kann man die Massen einfach verbinden? Kann man 
dann einfach alle Massen die man findet miteinander verbinden (was halt 
so rumliegt... Computer, mp3-Player, Wecker, ...)?


Viele Grüße

Autor: Martin Vogel (oldmax)
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Hi
Wie GND schon andeutet: "Ground" sowas wie Grund, Boden, Basis, Bezug, 
was auch immer.
Wenn deine Schaltung aus einer Batterie gespeist wird, hat sie eine + 
und ein - Seite. In der Regel ist - = GND, also, auf dem RS232 Stecker 
(Buchse) kommt auf Pin 5 der -(minus) der Batterie. Im Prinzip kannst du 
dir merken:

      --------          --------           ---------
+ 5---!      !   + 12---!      !    + 24---!       !
      !      !  Signal  !      ! Signal    !       !
      !      !----------!      !-----------!       !
- GND-!      !--GND-----!      !--GND------!       !
      --------          --------           ---------

Die 3 Teilschaltungen haben alle verschiedene Einspeisungen, aber durch 
den gemeinsamen GND können Signale andere Schaltungen beeinflussen. Im 
einfachsten Fall ist das ein Transistor, der mit einem 5V Signal eines 
µC ein 12 V Relais schaltet oder in deinem Fall den GND deiner Schaltung 
mit den GND des PC's verbindet und somit die Signale der RS232 
übertragen kann.
Gruß oldmax

Autor: Komischer Kauz (Gast)
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Dank dir Martin für deine schnelle Antwort!

Wie üblich mache ich mir wohl wieder zu viele Gedanken (zumindest sagen 
mir das meine Bekannten immer ;-)

Aber wie muss ich es mir nun genau vorstellen? Zwischen + und - liegt 
ein Potential an (Potentialdifferenz), welches von + nach - geht. Am 
Pluspol liegt ein Elektronenmangel vor, am Pluspol ein 
Elektronenüberschuss. Wenn ich nun die einzelnen Massen miteinander 
verbinde, dann - ja was dann genau? Müsste dann nicht auch zwischen den 
einzelnen Massen ein Potential entstehen? Eine Masse hat evtl. einen 
höheren Elektronenüberschuss als eine andere und hier würde dann doch 
somit eine Spannung anliegen, oder?

Eine andere Frage, die mir hierbei in den Kopf kommt: Wie sähe es 
eigentlich aus, wenn ich mehrere Batterien mit unterschiedlicher 
Spannung parallel schalte und dann kurz schließe? Wandern dann alle 
elektronen zu dem Pluspol, zu dem das höchste Potential besteht? Wenn 
ja, dann müssten die Batterien mit geringeren Potential hinterher sowohl 
am Pluspol 'elektronenleer' sein (war auch vorher so), aber auch der 
Minuspol ist dann 'elektronenleer', da die Elektronen zum Pluspol des 
höchsten Potentials gewandert sind, oder?

Oder haben sich meine Hirnwindungen gerade konspirativ gegen mich 
gewandt und lassen mich nur noch Mist tippen?

Autor: Martin Vogel (oldmax)
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Hi
Neue Frage, neuer thread.. aber, das kannst du dir sparen. Schön, das du 
soviel über "Elektronenwanderung" weßt, aber eben nur zur hälfte...
Das zu erklären dauert ... also, laß ich's hier. Du hast meine 
Blockschaltbilder gesehen.

      --------          --------           ---------
+ 5---!-     !   + 12---!-     !    + 24---!-      !
      ! !    !  Signal  ! !    ! Signal    ! !     !
      ! !    !----------!-    -!-----------!-      !
      ! !  G !          ! !  G !           ! !     !
- GND-!------!--GND-----!------!--GND------!-      !
      --------          --------           ---------

+5 V zu GND 1. Stromkreis
Block 1 G(Stromquelle) über Signal zu Block 2 auf GND zurück 2. 
Stromkreis
12 V zu GND 3.Stromkreis
Block 2 G(Stromquelle) über Signal zu Block 3 auf GND zurück 4. 
Stromkreis
24 V zu GND 5.Stromkreis
Also fließen über GND die Ströme unterschiedlicher Spannungsquellen. Zu 
deiner Frage mit den Batterieen: haben sie alle die gleiche Nennspannung 
werden Akkus die höher geladen sind, entladen und Akkus, die niedrigeres 
Potential haben, geladen. Batterieen werden vermutlich nur die Schaltung 
belasten und im schlimmsten Fall dir um die Ohren fliegen. Dies passiert 
auch mit Akkus unterschiedlicher Nennspannung.
Gruß oldmax

Autor: Daniel G. (daniel83)
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Durch das Verbinden der GND (-) Anschlüsse, zwingst du alle auf das 
gleiche Potenzial.
Eine Baterie könnte bspw. 100V (-) und 103V (+) haben. Wäre damit eine 
3V Batterie, wenn du nun eine hast, die von -95V bis -98V geht, hast du 
wieder eine eine 3V Batterie, wenn nun ein signal aus einem Kreis der 
einen Batterie in den Kreis der anderen kommt hättest du grob 200V als 
signal, dadurch, dass du die beiden Minuspole verbindest gleicht sich 
das Potential an und in beiden Kreisen ist das Plus signal 3V höher als 
GND.
In deinem Beispiel ist dein PC geerdet, d.h. du ziehst den Minuspol 
deiner Batterie auf 0V bzw. Erdpotetiol, womit du die gleiche 
Potentialebene hast wie bei allen anderen geerteten Geräten.

Wir arbeiten z.B. mit unterschiedlichen Geräten, die über verschiedene 
Netzteile mit spannung versorgt werden, auch die Nennspannung kann hier 
leicht variieren, trotzdem ist es wichtig um Materialschäden zu um 
gehen, dass due GND verbunden werden.

Gruß Daniel

Autor: Martin Vogel (oldmax)
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Hi
@Daniel
Hmmm, meinst du, deine Erklärung ist für einen Laien hilfreich ? Selbst 
ich mußte das 3 mal lesen, bevor ich so einigermaßen verstanden habe, 
was du meinst. Und glaub mir, ich arbeite schon sehr lange in der 
Elektrotechnik. Eine 3 V Batterie hat 3 V, es sei denn, du verbindest 
den Minus mit einem Spannungspotential von 100 V gegenüber einem anderen 
Potential. Ich nenn das jetzt mal Potential "X". Dann hast du an der 
Plusklemme gegenüber dem Potential "X" 103 V. Aber das sind Schaltungen, 
die, glaube ich, hier kaum relevant sind. Zugegeben, verschachtelte 
Stromkreise einem Laien zu erklären ist nicht einfach.
Gruß oldmax

Autor: Daniel G. (daniel83)
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@ Martin:

Die Baterien waren nen blödes Beispiel, bei Netzteilen mit freiem 
Ausgang kann sowas aber vorkommen. Hatte da gerade so ein Problem. Aber 
es anhand von elektronischen Schaltnetzteilen zu erklähren habe ich dann 
doch für überzogen gehalten und einleuchtender wäre es dadurch auch 
nicht geworden, denke ich.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo du komischer Kauz,

>Da ich nichts zu dem Thema gefunden habe (egal wie ich gesucht habe),
>halte ich es für möglich, dass hier "nichts besonderes" vorliegt, also
>einfach Masse der Batterie mit Pin5 (=Masse PC) verbunden wird.

Ja, das kannst du nicht nur machen, das mußt du sogar machen.

>Aber wie muss ich es mir nun genau vorstellen? Zwischen + und - liegt
>ein Potential an (Potentialdifferenz), welches von + nach - geht. Am
>Pluspol liegt ein Elektronenmangel vor, am Pluspol ein
>Elektronenüberschuss.

Das ist aber kein echter Mangel, sondern nur eine submikroskopische 
Verschiebung der Ladungen.

In einer Batterie findet eine chemische Reaktion statt, die den 
Elektronen, die die diese chemische Reaktion durchlaufen eine bestimmte 
Energie verleiht, so wie ein Aufzug Gegenstände gegen die Schwerkraft 
nach oben befördert. Das hat zur Konsequenz, daß die Elektronen vom 
Pluspol weggezogen und zum Minuspol gedrückt werden. Da die 
Rückstellkräfte aber ganz enorm sind, schafft die Spannungsquelle nur in 
einer ganz ganz dünnen Schicht auf beiden Seiten ein 
Ladungsungleichgewicht aufzubauen. Überall sonst, ist die Batterie 
ungeladen, befinden sich also pro Raumsegment gleich viele positive wie 
negative Ladungen.

Wenn man die beiden Pole mit einem elektrischen Leiter miteinander 
verbindet, fließen Elektronen aus dem Minuspol heraus und wandern in 
Richtung Pluspol. Auf dem Weg dorthin verrichten sie Arbeit, in dem sie 
genau die Energie, die sie durch die chemische Reaktion erhalten haben, 
wieder abgeben. Erzeugt eine Batterie ein Spannung von 1,5V, dann kann 
jedes Elektron also eine Arbeit von 1,5eV verrichten.

Mit der Elektronenwanderung sieht das so aus: Sobald ein Elektron den 
Minuspol verläßt, entsteht in der Batterie ein Ladungsungleichgewicht, 
das dazu führt, daß sofort wieder ein Elektron in den Pluspol gezogen 
wird, um das Ungleichgewicht wieder auszugleichen.

>Wenn ich nun die einzelnen Massen miteinander verbinde, dann - ja was
>dann genau? Müsste dann nicht auch zwischen den einzelnen Massen ein
>Potential entstehen? Eine Masse hat evtl. einen höheren
>Elektronenüberschuss als eine andere und hier würde dann doch somit eine 
>Spannung anliegen, oder?

Wenn du zwei solcher Massen miteinander verbindest, erzwingst du eine 
Potenialgleichheit aller Elektronen, die sich dort befinden. Alle 
Elektronen haben dort also die gleiche Energie, unabhängig davon, 
wieviele sich dort befinden. So, wie beim Aufzug: Die Elektronen 
gleichen Potentials verhalten sich wie die Gegenstände auf der gleichen 
Etage.

Potentialgleichheit der Elektronen heißt Energiegleichheit der 
Elektronen!

Warum muß man jetzt die Signalmassen von zwei Geräten miteinander 
verbinden?

Bei einer Batterie ist der Pulspol immer positiver als der Minuspol. Bei 
einer 1,5V Batterie ist der Unterschied gerade 1,5V. Das sagt aber noch 
nichts darüber aus, auf welchen Potential der Minuspol absolut gesehen, 
also beispielsweise relativ zum Erdpotential, liegt. Zwei getrennte 
Batterien, die weder mit sich noch mit irgend etwas anderem verbunden 
sind, können mit ihren Minuspolen auf völlig unterschiedlichen 
Potentialen liegen. Denke an die Hindenburg-Katatrophe. Wenn jemand in 
der Kanzel die Spannung seiner 1,5V Batterie gemessen hätte und das 
gleiche jemand auf der Erde getan hätte, hätten beide jeweils 1,5V 
gemessen. Aber beide Batterien wären auf völlig unterschiedlichen 
Potentialen relativ zu einander gewesen.

Ein Ausgangsignal von beispielsweise 2,4V TTL-Pegel, heißt ja nichts 
anderes als "2,4V über der Signalmasse". Damit ein anderes Gerät, das 
dieses Signal verarbeiten können soll, wieder TTL-Pegel erkennt, also 
"2,4V über der eigenen Signalmasse", müssen beide Signalmassen 
miteinander verbunden, auf diese Weise also Potentialgleichheit der 
beiden Signalmassen garantiert werden.

Kai Klaas

Autor: Komischer Kauz (Gast)
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Hallo ihe Lieben

vielen Dank für die guten und ausführlichen Antworten! Es hat mir auf 
jeden Fall weitergeholfen... deshalb antworte ich erst jetzt (sorry). 
Ich habe die Schaltung aus dem Tutorial aufgebaut, geätzt, und bin dann 
einer endlos langen Programmiersession erlegen ;-)

Kennt jemand von euch vielleicht eine gute Lektüre bzgl. 
Elektronik-Einführung? Also mit gut meine ich eine, die weder für E-Tech 
Studenten im 3. Semester noch für vollkommene Volldeppen ist, sondern 
irgendwo dazwischen. Ich habe bisher leider nichts gefunden. Am Besten 
wäre eine Online-Quelle (bitte nicht elektronik-kompendium.de, 
vielleicht eine andere alternative?).

Aber noch einmal vielen Dank für die Hilfe. Es macht richtig Spaß die 
Schaltungen, die ich im Laufe der Zeit gabaut habe, teilweise mit dem PC 
zu verbinden. Mit gnuplot, R (Statisik SW), C/C++ und Java ausgewertet 
sehen die ganzen Messergebnisse viel interessanter und aussagekräftiger 
aus, als wenn man über den µC nur wenige Daten auf einem 2x16 LCD oder 
ein paar LEDs anzeigen kann.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Kennt jemand von euch vielleicht eine gute Lektüre bzgl.
>Elektronik-Einführung? Also mit gut meine ich eine, die weder für E-Tech
>Studenten im 3. Semester noch für vollkommene Volldeppen ist, sondern
>irgendwo dazwischen.

Das hier ist super:

http://www.dhd24.com/azl/index.php?anz_id=70995772

Kai Klaas

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