Ungewöhnliche Interferenzen beim Raspberry Pi GPIO

[Leon S. (thel30n)]

Edit: Die Datei habe ich aus Versehen doppelt angehangen!

Hi,

dies ist mein erster Beitrag in diesem Forum, deshalb entschuldigt 
bitte, wenn ich jetzt in die falsche Kategorie schreibe oder sonstige 
Fehler mache.

Ich habe folgendes Problem:
Mit einem Freund hatte ich vor seinen Garagentorantrieb mithilfe eines 
Raspberry Pi's um eine Smartphone-Steuerung zu erweitern.

Das hat auch alles soweit funktioniert, bis zu dem Punkt, wo wir den 
Status des Tors über das Handy abfragen wollten. Wir haben also die im 
Tor schon verbauten Reed-Schalter, sowie der Manuelle Schalter direkt an 
den Pi angeschlossen, um das Garagentor per Software durch den Pi mit 
einen virtuellen Tasterdruck (Relais als Ersatz für ursprünglichen 
Taster) zu starten und stoppen.

Jetzt kommt es nur regelmäßig vor, dass wir (meist auf dem "reellen" 
manuellen Schalter) eine plötzliche Potentialänderung von High (Interner 
Pull-Up-Resistor) auf Low bemerken, welche teilweise sogar für >500ms 
bestehen bleibt. Dies ist insbesondere bei Spannungsspitzen der Fall, 
wie sie bei dem plötzlichen Aufdrehen der Lautstärke eines Verstärkers 
entstehen, kann jedoch auch "einfach so" auftreten. (Die Kabellänge zu 
den Reed-Schaltern beträgt ca. 2 & 3m, zum manuellen Schalter 
(Push-Button) ca. 5m). Anbei ist noch ein Schaltplan (Fritzing) auf dem 
meine Schaltung abgebildet ist. Es kann sein, dass der Relais-Teil (FET 
& Relay) falsch angeschlossen ist. Bei unserem Aufbau funktioniert die 
Ansteuerung des Relais jedoch problemlos (Habe die Schaltung nicht mehr 
im Kopf), da liegt das Problem also nicht :D.
Allgemein kann man also sagen, dass das Tor alle 1,5h ohne 
"Aufforderung" auf/zu geht.

Was für Maßnahmen können wir dagegen unternehmen? Evt. einen kleinen 
Kondensator zur Vermeidung von Spannungsschwankungen einbauen? Wenn 
dann, wo?

Wir ihr seht sind wir momentan ziemlich ratlos was dieses Problem 
betrifft, und hoffen bald eine Lösung zu finden.

Leon

[gvs (Gast)]

Zum einen habt ihr vermutlich ein Problem mit der Spannungsversorgung, 
die nicht sauber funktioniert (wenn ihr das schon messen könnt).

Zum anderen ist es Wahnsinn, Digitalsignale so zu führen. Das würde mit 
klassischem Cmos bei 12V gehen aber nicht mit 3.3V. Zudem tritt bei 
einem Fehler (Kurzschluss usw.) vermutlich ein Totalverlust der PI ein. 
Daher wäre es Ratsam (auch wegen EMV-Problematik), alle externen 
Komponenten vom digitalen System galvanisch zu trennen, und mit höherer 
Spannung (eigene Versorgung) zu betreiben -> Relais im einfachsten Fall. 
Außerdem kann man für die Verkablung z.B. Isdn-Kabel verwenden, dann ist 
auch gleich eine Schirmung mit dabei.

[Leon S. (thel30n)]

Hi gvs,

ich hatte schon ein schlechtes Gefühl, das ganze System über die 3.3v 
direkt vom Pi laufen zu lassen. Dann haben wir uns von dem "funktioniert 
einmal - muss immer funktionieren" Gefühl täuschen lassen, bis dann 1h 
später das Tor aufhing.

Ein externer Stromkreislauf mit 12v wäre wirklich besser, der CMOS soll 
dann das Potential vom Closed-Reed invertieren, damit das Relais nicht 
immer geschaltet ist? Oder verstehe ich das falsch?

D.h. ich brauche noch 2 Relais mit einer Schaltspannung von 12v und 
relativ niedriger Stromaufnahme, ein 12v Netzteil und einen 12v 
Inverter?

[Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)]

Entweder so oder du nimmst optokopller zur Entkopplung. Auf jeden Fall 
sollte man lange Leitungen an Eingängen immer entkoppeln und Pegel der 
Eingänge durch zusätzliche Pullups definieren.

[Leon S. (thel30n)]

Ich denke dass wir ersteinmal die internen PullUps durch externe 
Widerstände ersetzen werden. Längerfristig werden dauraus auf jeden Fall 
zwei Stromkreise gemacht.

Ich werde auf jeden Fall berichten, ob es nur durch die Wiederstände 
schon eine Besserung gab.

Danke ersteinmal gvs & Winfried für diese Tipps.

Spannungsschwankungen können wir leider nicht messen, höchstens wenn die 
Lampe flackert :D.

[Leon S. (thel30n)]

Ich bins nochmal,

und zwar wollte ich fragen, ob ihr mir evt. einen CMOS-Inverter 
empfehlen, könnt der für 12v geeignet ist? Ich hatte mir jetzt zum 
Beispiel den SN74LS04 von TI rausgesucht, ich bräuchte allerdings einen 
Inverter mit 12v Eingangs-/Ausgangsspannung. Der SN74LS04 spuckt doch 
nur 5v aus, richtig? (Ausgangsspannung = Versorgungsspannung?)

Datenblatt SN74LS04: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74ls04.pdf

Des weiteren sollte soviel Strom fließen können um am Ausgang ein 
handelsübliches Relais zu betreiben (Was doch bei 16mA schwierig werden 
dürfte, möchte nicht unbedingt noch Mosfet zwischenschalten).

Auch wäre es noch super, wenn mir jemand ein günstiges Relais mit 12v 
Schaltspannung und relativ geringer Stromaufnahme (passend zum Inverter) 
empfehlen könnte.

Danke schonmal,
Leon

[gvs (Gast)]

1. Zur Klarstellung:
Klassisches CMOS ist nur beispielhaft als Digitalsystem erwähnt, bei dem 
man mit solchen Leitungslängen arbeiten kann, da die Spannung nicht 
wesentlich durch den Leitungswiderstand beeinflusst wird, und das 
langsam genug ist um nicht selbst Störungen zu verursachen, und in sich 
relativ störsicher ist.
Dies wäre die KLASSISCHE 4000er CMOS Logik. Die 74-Logik ist TTL, also 
grundsätzlich 5V, erst mit HC und HCT ist sie ein TTL equivalenter 
Cmos-Baustein der nicht mehr fest an einen speziellen Pegel (5V) 
gebunden ist, wie die klassischen Cmos, allerdings nur bis ca. 6V.

2. Da du keine derartige Logik (CMOS) verwendest, ist deren Einsatz nur 
mit Mehraufwand verbunden, da ein Relaiskontakt direkt an jede 
vorhandene Logik gekoppelt werden kann, nur den Pull-Widerstand braucht 
man noch.

[gvs (Gast)]

Anbei noch zwei Schaltungen für nicht getrennte Systeme:
1: von TI (aus dem alten TTL-Kochbuch)
2: modifiziert von mir, um möglichst hohe Spannung am Schalter zu haben, 
da dort evtl. höhere Übergangswiderstände auftreten können (R3 ist 
allerdings etwas kritisch).

Eine Entprellung ist hier nicht vorgesehen, wenn nötig mit üblicher 
RC-Schaltung; C parallel zur Z-Diode, bei 1. noch ein R Richtung 
Schalter.

Schaltungen sind für Systeme die extern mehr als 5V verwenden, sonst 
würde ja ein Gatter zur Anpassung reichen.

Anmerkung: Das sind nur Vorschläge die nicht von mir erprobt sind, und 
müssen daher auf Tauglichkeit für dein System geprüft werden.