Forum: Haus & Smart Home Taster - Lange Leitung - Schieberegister


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Georg (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hallo,

ich möchte in meinem Haus Taster auswerten. Diese Taster sollen an 
mehrere Schieberegister (74HC165) angeschlossen werden. Leitungslänge 
zum Taster 10 m. Ich bin nun nach Recherchen bei der Lösung gelandet, 
den Ihr im Anhang findet. Ziel ist eine Störungssicherheit der CMOS 
Eingänge zu erreichen.

Nach meinem Verständnis arbeitet die Schaltung folgendermaßen:
- BAT54S: Sie sollen vor positiven und negativen Spannungsspitzen 
schützen.
- R1 (4k7): Durch den Taster soll bei ca. 24V ca 5 mA fließen.
   1.) Niederohmiger Pullup soll Störungen vermeiden
   2.) Um für den Taster eine Mindestlast darzustellen / diese zu 
reinigen
- C1(10nF) oder C2(10nF): Tiefpass
- R2(220k) und R3(47k): Spannungsteiler 24V -> 4,1 V

Manchmal wird noch empfohlen, direkt an den Taster 100nF anzuhängen, 
damit der Funke beim Schließen den Kontakt reinigt.

Gibt es an der Schaltung, abgesehen von der Komplexität, etwas 
auszusetzen? :-)

Über konstruktive Kritik würde ich mich sehr freuen.

Besten Dank.
Georg

Q. u.a.: "Störsichere Gate-Eingangsschaltung eines CMOS-IC"
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/pullr.htm

von BirgerT (Gast)


Lesenswert?

Hi Georg,

wie wär's wenn Du die Taster über Optokoppler auf das Schieberegister 
meldest. Für gewöhnlich liegt die Tasterleitung nicht allein, sondern 
mit einem Bündel anderer Leitungen, die auch mal einen höheren Strom 
leiten.

Über induktive Einkopplung könnte es zu Fehlschaltungen kommen . (Du 
Schatz, warum geht inner Küche das Licht an und aus, wenn ich im 
Schlafzimmer staubsauge..)

Zudem würde der Strom in den OK (10..20mA) nur dann benötigt, wenn der 
Taster gedrückt wird. Und mit 20mA Schaltstrom sollte auch die "minimale 
Schaltleistung" für den Taster erreicht werden.

von Georg (Gast)


Lesenswert?

Hallo BirgerT,

>wie wär's wenn Du die Taster über Optokoppler auf das Schieberegister
>meldest.
Optokoppler wären eine Möglichkeit, galvanisch trennen halte ich aber 
für übertrieben. Ohne die galvanisch trennung sehe ich nicht, warum ein 
Pullup, der ggf. 10 mA beim Schalten durchlassen würde, einen Nachteil 
gegenüber dem Optokoppler (mit 10 mA) darstellen würde.

>Für gewöhnlich liegt die Tasterleitung nicht allein, sondern
>mit einem Bündel anderer Leitungen, die auch mal einen höheren Strom
>leiten.
Ja, das ist bei mir nicht anders.

>Über induktive Einkopplung könnte es zu Fehlschaltungen kommen.
Ja, diese Folgen möchte ich vermeiden.

>Zudem würde der Strom in den OK (10..20mA) nur dann benötigt, wenn der
>Taster gedrückt wird
Ok, bei meiner Schaltung fließen tatsächlich 0,11 mA Ruhestrom.

Mit dem Spannungsteiler von 330k/82k gegenüber den ursprünglichen 
220k/47k ließen sich die 0,11 mA auf 0,08 mA verringern.

Könnte ich noch größere Wiederstände für den Spannungsteiler nehmen?

von BirgerT (Gast)


Lesenswert?

Hi Georg,

Bei den OK geht es nicht nur um die galvanische Trennung, sondern auch

- die minimale Schaltleistung des Lichttasters (wenn die LED im OK 20mA) 
braucht;

- den Ruhestrom, es fliesst nur relevanter Strom, wenn der Taster 
betätigt wird;

- den Störabstand zwischen "Leitungsantennen" und empfindlicher CMOS 
Schaltung;

Vielleicht findet sich ja auch ein Schaltplan von einer SPS 
Eingangsbeschaltung. Früher wurden die Eingänge noch mit 24Volt 
geschaltet; die "modernen" Plastebüchsen heutzutage verlangen einen 
Potentialfreien Kontakt, weil da irgendwas nach Masse geschaltet wird. 
Ein gutes Fabrikat hat im Einschaltaugenblick 12mA (Belag vom Kontakt 
wegbrennen). Der Strom verringert sich dann auf 1mA im geschalteten 
Zustand.

Nach einem Tastendruck sollte auch innerhalb ca. 200ms eine Aktion 
erfolgen, so dass keine Verzögerung wahrgenommen wird. Mit 
Flankenerkennung wird dann ein Abfragezyklus von 100ms benötigt - ist 
Dir bewusst oder?

Bleib gut, mach sauber /BirgerT

von Georg (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

>- die minimale Schaltleistung des Lichttasters (wenn die LED im OK 20mA)
>braucht;
Den Strom kann ich aber auch mit einem PullUp erzeugen. Warum spricht 
das für den OK?

>- den Ruhestrom, es fliesst nur relevanter Strom, wenn der Taster
>betätigt wird;
Bei meinem Schaltungsvorschlag ist das meiner Meinung nach auch der 
Fall.

>- den Störabstand zwischen "Leitungsantennen" und empfindlicher CMOS
>Schaltung;
Also weniger Rauschen?

Was in meinen Augen für den Optokoppler spricht ist, dass er inkl. 
Sockel leichter eingelötet ist, als mein erster Vorschlag.

Ich habe den LTV844 ausgesucht (siehe Anhang).
- 2,2k Ergeben 10 mA an dem OK.
- Das sind 0.23 W, was mit einem 1/4W Widerstand gerade noch gehen 
sollte.

Ohne Kondensator fehlt die Filterung. Das schnelle Abtasten ist kein 
Problem. Gefiltert wird dann in der Software.

Eine Schaltung für den SPS Opto Eingang habe ich jetzt leider noch nicht 
gefunden.

Was genau die 3,3k machen, weiß ich nicht. In manchen Schaltungen war 
eine drinn.

Wäre die Schaltung so ok?

von BirgerT (Gast)


Lesenswert?

Georg schrieb:
> Ich habe den LTV844 ausgesucht (siehe Anhang).
> - 2,2k Ergeben 10 mA an dem OK.
> - Das sind 0.23 W, was mit einem 1/4W Widerstand gerade noch gehen
> sollte.
Alternativ 2x 1k in Reihe und/oder noch eine LED in Reihe, damit man 
sieht, ob der Eingang ankommt; lt. Datenblatt erreicht der LTV844 das 
max. Übertragungsverhältnis bei 20mA.

> Ohne Kondensator fehlt die Filterung. Das schnelle Abtasten ist kein
> Problem.
"Filterung°? Ein Kondensator 100..220n parallel zum Eingang für das 
"Wegbrennen" der Oxidschicht im Layout vorsehen (muss ja nicht bestückt 
werden)

> Gefiltert wird dann in der Software.
Abfragezyklus 100ms und Flankenerkennung reicht massig aus. !00 ms ist 
länger als die Prellzeit, und 2x100ms für den Vergleich letzer Zustand 
mit aktuellem Zustand ist von der Wahrnehmung her auch in i.O.

> Eine Schaltung für den SPS Opto Eingang habe ich jetzt leider noch nicht
> gefunden.
Da sind noch ein Tiefpass und eine Spule/Ferritperle mit drin.

> Was genau die 3,3k machen, weiß ich nicht. In manchen Schaltungen war
> eine drinn.
Dafür habe ich jetzt auch keine Erklärung - Vielleicht soll er einen 
evtl vorhandenen Kondensator "entleeren" - Im Layout vorsehen..

> Wäre die Schaltung so ok?
Das weiß ich nicht, weil ich sie nicht ausprobiert habe und den LTV844 
nur aus dem Datenblatt kenne. Ich hätte für den Pullup statt 47k nur 
10..22k gedacht, damit der LTV auch etwas Leistung zum Schalten hat, und 
dei Eingänge nicht durch "Freie Energie" geschaltet werden.

TIPP: Im Layout auch genügend Klemmen für alle anzuschliessenden Drähte 
vorsehen, damit Potentiale nicht mit Lüsterklemmen vervielfältigt werden 
müssen. Und vorher ein möglichst passendes Gehäuse auswählen. Es ist 
eigentlich immer unmöglich ein passendes Gehäuse zur selbstgebauten 
Platine zu finden..

Viel Erfolg

von Georg (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Der LTV844 war ein Fehlgriff. Ich dachte, die 2. antiparallele Diode 
wäre eine Schutzdiode.

Also zurück zum LTV847/PC847:

Vorgeschlagen wurde uner Anderem in diesem Beitrag 
Beitrag "24V SPS Signal auf 5V TTL" (Schaltung: 
http://www.mikrocontroller.net/attachment/40716/24vsps5V.gif)eine 1N4148 
als Schutzdiode gegen Verpolung, da die Sperrspannung des OK nur 6V 
beträgt.
Was nicht thematisiert wurde war, dass beim Verpolen an dem 
Vorwiderstand ca. 260 mW Leistung vernichtet werden würden.

Ich habe für meine Schaltung andere Werte gewählt:
 - Strom: 11 mA,
 - Schaltschwelle: 15 V
 - Zener: 15V (1,3W)  --> 170mW wenn Taster betätigt
 - R: 680 Ohm (1/4W)  -->  80mW wenn Taster betätigt

In Verpolungsfall ergeben sich so aber viel zu hohe 750 mW am 
Vorwiderstand (siehe Anhang, rechts oben).

Macht der 1N4148 auch neben der Funktion als Verpolungsschutz einen 
sinn?

von BirgerT (Gast)


Lesenswert?

BirgerT schrieb:
> TIPP: Im Layout auch genügend Klemmen für alle anzuschliessenden Drähte
> vorsehen, damit Potentiale nicht mit Lüsterklemmen vervielfältigt werden
> müssen.

Wie soll es da zu Verpolung kommen, wenn der Taster mit 2 Drähten an die 
Platine angeklemmt wird..?

Zwei Widerstände in Reihe = geteilte Leistung ist halbe Leistung. Und 
eine Anzeige LED in Reihe nimmt auch etwas von der Spannung..

Brückengleichrichter als Verpolschutz am Eingang, dann ist wurscht, wie 
'rum die Spannung kommt.

von Georg (Gast)


Lesenswert?

Hallo BirgerT

sorry, ich habe Deine Antwort vorin nicht gelesen.

>Wie soll es da zu Verpolung kommen, wenn der Taster mit 2 Drähten an die
>Platine angeklemmt wird..?
>Brückengleichrichter als Verpolschutz am Eingang, dann ist wurscht, wie
>'rum die Spannung kommt.
Ja, natürlich. Du hast Recht. Dass verpolt werden kann halte ich auch 
für sehr unwahrscheinlich.

>Alternativ 2x 1k in Reihe und/oder noch eine LED in Reihe, damit man
>sieht, ob der Eingang ankommt;
>Zwei Widerstände in Reihe = geteilte Leistung ist halbe Leistung. Und
>eine Anzeige LED in Reihe nimmt auch etwas von der Spannung..
Das ist klar. Aus Platzgründen würde ich lieber 1x 1/4W Widerstand 
nehmen. Die Z-Diode ist dann eh der 2x "Widerstand".

>lt. Datenblatt erreicht der LTV844 das max. Übertragungsverhältnis bei >20mA.
Mit den 11 mA am Eingang und bei 10k Pullup am Ausgang (0.5mA) ist das 
Übertragungsverhältnis doch unkritisch?

>"Filterung? Ein Kondensator 100..220n parallel zum Eingang für das
>"Wegbrennen" der Oxidschicht im Layout vorsehen (muss ja nicht bestückt
>werden)
 - Wie lang macht ein Kondensator das Kurzschließen bzw. den 
Kurzschlussstrom mit?
 - Was für einen Kondensator nimmt man da?
 - Sollte ich nicht den Strom mit einem R begrenzen?
 - Sollte / kann der Kondensator nicht direkt an den Taster?

>Abfragezyklus 100ms und Flankenerkennung reicht massig aus.
Ich hätte mit 20ms abgetastet, der µC hat eh nichts zu tun, und dann in 
der Software gefiltert.

>Was genau die 3,3k machen ...
"Ich würde parallel zum Optokopplereingang noch einen Widerstnad legen,
damit Leckströme abgeleitet werden. So um die 1K, macht ~1mA." war die 
Erklärung.

>...Pullup statt 47k nur 10..22k gedacht,...
Hab ich geändert.

Bzgl. Gehäuse und Verdrahtung: Danke für den Hinweis.

von BirgerT (Gast)


Lesenswert?

Georg schrieb:
> Aus Platzgründen würde ich lieber 1x 1/4W Widerstand
> nehmen. Die Z-Diode ist dann eh der 2x "Widerstand".
Und welche Spannung hat die Z-Diode und welche Leistung muss Sie dann 
vertragen? Kannst ja auch 2 Widerstände nebeniander in die Platine 
löten, und die oberen Drähte direkt miteinander verbinden.


> Mit den 11 mA am Eingang und bei 10k Pullup am Ausgang (0.5mA) ist das
> Übertragungsverhältnis doch unkritisch?
Probieren; weiß ich auch nicht..

>  - Wie lang macht ein Kondensator das Kurzschließen bzw. den
> Kurzschlussstrom mit?
Lebenslang ;-) ..Der Kondensator wird über den Taster geladen, und 
entlädt sich dann über die Eingangsschaltung - könnte mir vostellen, 
dass es der Kondensator länger aushält, als der Taster.

>  - Was für einen Kondensator nimmt man da?
MKS 100..220nF

>  - Sollte ich nicht den Strom mit einem R begrenzen?
Strombegrenzung ist der Leitungswiderstand

>  - Sollte / kann der Kondensator nicht direkt an den Taster?
Willst Du die hinter jeden Taster fummeln?

Erstelle eine vernünftige Platine mit den (weitgehend) störsicheren 
Eingängen, und dann sollte es egal sein, wo der Taster montiert ist.

Werden die Taster über NYM angeschlossen oder musst Du sowieso neue 
Leitungen legen?
Wenn neu, dann evtl Leerrohr oder paarig verdrillte Leitung (4x2x0,8) - 
in ferner Zukunft wären dann LON, KNX, BACnet MS/TP oder Modbus 
Installationen möglich.

von Georg (Gast)


Lesenswert?

>Und welche Spannung hat die Z-Diode und welche Leistung muss Sie dann
>vertragen?
 - Zener: 15V (1,3W)  --> ca 15,4 V  --> 170mW wenn Taster betätigt
 - R: 680 Ohm (1/4W)  --> ca 7,5 V   -->  80mW wenn Taster betätigt

>Lebenslang ;-) ..Der Kondensator wird über den Taster geladen, und
>entlädt sich dann über die Eingangsschaltung - könnte mir vostellen,
>dass es der Kondensator länger aushält, als der Taster.
> ...Strombegrenzung ist der Leitungswiderstand ...
Wenn ich richtig verstehe, dann kommt der Kondensator in dem Fall an die 
Klemme vom Taster, der zum OK führt. Der zweite Kondensator Anschluss 
geht an GND. Beim Schließen des Tasters wird der Kondensator geladen. 
Beim Schließen gibts den Funken am Taster. Beim Öffnen entlädt sie sich 
über die Schaltung.
Den Kondensator Parallel zum Taster zu schalten hätte auch den gleichen 
Effekt?

>Willst Du die hinter jeden Taster fummeln?
Ich würde den Kondensator lieber direkt in die Taster bauen, weil es 
auch 24V Taster geben wird, die ggf den Kondensator nicht benötigen.

>MKS 100..220nF
Also MKS-4 100N :: WIMA Polyester-Kondensatoren, Danke.

>Werden die Taster über NYM angeschlossen oder musst Du sowieso neue
>Leitungen legen?
Es gehen überall CAT7 Kabel in Leerrohren zu den Tastern.

Ich habe die Schaltung aufgebaut ( R, Z-Diode, OK, Pullup ) und sie an 
eine ATMEGA Pin angeschlossen. Der prüft alle 5ms den Pin, und erhöht 
einen Zähler bei Änderungen. Des weiteren geht ein 10m langes CAT7 Kabel 
durch die Wohnung, eng umwickelt von einem Staubsaugerkabel. ;-) Am Ende 
ist ein Taster. Bisher habe ich keine falschen Signale beim Einschalten 
des Staubsaugers registriert.

von BirgerT (Gast)


Lesenswert?

Georg schrieb:
> Wenn ich richtig verstehe, dann kommt der Kondensator in dem Fall an die
> Klemme vom Taster, der zum OK führt. Der zweite Kondensator Anschluss
> geht an GND.
So hätte ich's gebaut.

> Den Kondensator Parallel zum Taster zu schalten hätte auch den gleichen
> Effekt?
Ja - der Kondensator lädt sich über die Schaltung auf, und wird bei 
Tasterdruck kurzgeschlossen.
Weil sich der Kondensator über die Schaltung auflädt, könnte es 
passieren, dass nach einem Spannungsausfall der Tasterversorgung und 
entladenem Kondensator ein "Schaltimpuls" detektiert wird..Aber wie oft 
kommt das vor?..

> Es gehen überall CAT7 Kabel in Leerrohren zu den Tastern.
Super

> Bisher habe ich keine falschen Signale beim Einschalten
> des Staubsaugers registriert.
Gut - dass Cat7 Leitungen liegen, davon bin ich beim Vorschlag OK nicht 
ausgegangen, eher dass die Taster über NYM angeschlossen sind.

Auf jeden Fall freut's mich auch, dass es funktioniert.

von Georg (Gast)


Lesenswert?

>Gut - dass Cat7 Leitungen liegen, davon bin ich beim Vorschlag OK nicht
>ausgegangen, eher dass die Taster über NYM angeschlossen sind.
Ja, die galvanische Trennung mit OK ist nicht nötig. Es soll u.a. auch 
ein 1-wire bus durchs Haus gehen, und der ist auch nicht gelvanisch 
getrennt.

Ich sehe in den OK eine schaltungstechnisch einfachere Lösung, es sind 
weniger Bauteile. Die erste Version (die auch ins Haus eingebaut wird) 
will ich auf Lochrasterplatinen aufbauen.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.