Schmitt Trigger Problem

[Jo B. (joejo)]

Hallo Leute,

ich komme einfach nicht weiter mit meinen rudimentären 
Elektronikkenntnissen; bin eigentlich IT-Mann mit bisschen Hobby 
Elektronik Erfahrung ;-)

Folgende Ausgangssituation:

Ich habe in unserem Haus ca. 20 sternförmig verlegte Reedkontakte in den 
Fensterrahmen. In diesen Fensterrahmen sitzt der Reedkontakt zusammen 
mit einem dazu in Reihe geschaltetem 12kOhm Widerstand. Fragt mich nicht 
warum das so gemacht wurde; keine Ahnung, das Haus ist 15 Jahre alt und 
das wurde damals beim Neubau zur Vorbereitung einer Alarmanlage 
eingebaut. Diese Alarmanlage kam aber nie und soll jetzt folgen. 
Realisiert mit einem Raspberry Pi mit dem ich die Schalterstellungen an 
den Fenstern auswerten will; die Menge an Inputs wird mit PortExpandern 
realisiert.


Schaltung:

Ich brauche an den Raspberry-Inputs je nach Reedkontaktstellung ein 
high/low Signal; dazu habe ich einen Spannungsteiler (Danke Dag ;-)) mit 
einem Schmitt Trigger IC (74LS14) exemplarisch für einen Reedkontakt 
realisiert und musste feststellen, dass ich egal ob der Schalter offen 
oder geschlossen ist, immer ein low Signal am SchmittTrigger Ausgang 
erhalte.

Schalter geschlossen: 2,5V am Eingang -> low am Ausgang
Schalter offen: 0V am Eingang -> sollte eigentlich ein high am Ausgang 
erzeugen; funktioniert aber aufgrund des R2 von 12kOhm nicht, da dieser 
nicht gegen den internen PullUp Widerstand des SchmittTriggers ankommt 
und somit der Eingang nicht gegen GND gezogen wird.

Das Problem:

Verkleinere ich den R2 auf ca. 1kOhm dann geht der SchmittTrigger bei 
geöffnetem Schalter zwar am Ausgang auf high, leider reicht jetzt die 
Spannung bei geschlossenem Schalter am Eingang nicht mehr aus, um den 
Ausgang auf low zu schalten...und an die festverbauten 12kOhm an R1 
komme ich nicht dran ohne das halbe Haus abzureißen...

Die Lösung:

Ja das ist jetzt die Frage an Euch...habt ihr noch eine Idee wie ich das 
Problem vom Acker bekäme??? Wahrscheinlich mit einem 74hct14 oder 74hc14 
(welcher von beiden?)...aber mir wurde gesagt, dass diese ICs wesentlich 
ESD anfälliger sind... und ich habe je nach Reedkontakt Leitungslängen 
von bis zu 20Meter...

Vielen Dank schon mal
und schöne Grüße
Jo

[Stefan F. (Gast)]

Man zeichnet Schaltpläne möglichst so, dass links die Signalquelle ist 
und rechts das Ziel. Also genau anders herum.

R1 und R2 sind für TTL Mikrochips beide viel zu groß.

R2 muss klein genug sein, um den Eingang des Mikrochips auf Low ziehen 
zu können. Schau im Datenblatt nach, Wieviel Volt das ist und wie hoch 
der Eingangsstrom des 74LS14 ist.

R1 muss klein genug sein, um den Eingang des Mikrochips auf High zu 
ziehen. Hierbei fließt ein Strom, der durch R1 und R2 bestimmt wird. 
Durch den Eingang des Mikrochips fließt in diesem Fall kein 
nennenswerter Strom.

Wenn Du dir mal die Grundschaltung von TTL anschaust, wirst du sehen, 
warum das so ist.

http://de.wikipedia.org/wiki/Transistor-Transistor-Logik

Blöd ist nur, dass du R1 nich ändern kannst.

Alternativ kannst du auf CMOS Technologie umsteigen, als den 74HCT14 
oder CD4585 (=CD40106). Aber auch da musst du einen der beiden 
Widerstände ändern. Wenn der Schalter geschlossen ist, empfängt das IC 
bei deiner Schaltung nämlich genau die Hälfte der Versorgungsspannung, 
und das ist zu wenig, um als High pegel erkannt zu werden.

> mir wurde gesagt, dass diese ICs wesentlich ESD anfälliger sind

Kommt auf die Schaltung an. Wenn du an einen CMOS Eingang einen halben 
Meter Draht hängst, wirkt der wie eine Antenne und empfängt alles 
Mögliche, was gerade in der Luft ist. Das liegt an dem hohen 
Eingangswiderstand. Wenn du jedoch (wie in deiner Schaltung) die Leitung 
durch einen zusätzlichen Widerstand und Kondensator belastest, 
reduzierst du diesen Effekt maßgeblich. Mit den richtigen Bauteilen 
eignet sich CMOS dann an dieser Stelle ebenso gut wie TTL.

Diese Schaltung hat sich bei meinen Alarmanlagen seit vielen Jahren 
bewährt: 
http://stefanfrings.de/bfAlarm/splan_eingaenge_und_ausgaenge.png

Leider passt sie auch nicht zu deinen Schaltern. Ich wollte sie dir 
trotzdem zeigen, damit du siehst, wie man CMOS IC's vor ESD und 
versehentlichen Verkabelungsfehlern beschützt.

[Opeldesign (Gast)]

Den Reedkontakt mit seinem 12 KOhm Widerstand würde ich direkt an den RP 
legen.

[Tastendrücker (Gast)]

Ist es nicht so, dass bei Alarmanlagen eher ein Strom gemessen wird 
(daher auch der Widerstand am Reedkontakt)? Ändert sich der Strom der 
Kontaktschleife (durch Fensteröffnung oder Manipulation) gibt es Alarm.

So können auch z. B. alle Fensterkontakte eines Raumes in Reihe 
geschaltet werden (=1 Alarmschleife). Das In-Reihe-Schalten kann 
natürlich auch an der Alarmzentrale passieren.

TD

[Stefan F. (Gast)]

> Ist es nicht so, dass bei Alarmanlagen eher ein Strom gemessen wird ?

Kommt ganz auf die Anlage an. Die sind nicht so genormt, wie 
Toiletten-Abflussrohre.

Spannugn und Strom stehen immer in Zusammenhang zueinander. Die meisten 
Alarmanlagen, die ich kenne, unterscheiden nur zwischen zwei Pegeln 
(High und Low, bzw Auf und Zu).

Es gibt auch welche, die einen Soll-Bereich festlegen, und sowohl bei 
Überschreitung als auch bei Unterschreitung alarm geben.