Hallo,
ich weiß das mag jetzt für viele sicherlich eine komische Anforderung
sein, aber ich würde gerne einen reed switch der knapp 300m entfernt ist
mit einem Mikrocontroller auslesen. Der Grund warum ich das gern machen
würde, ist, dass hier schon ein 0.8mm² Kabel verlegt ist, dass ich gern
dafür verwenden würde.
Ich hätt mir das jetzt mal naiverweise so vorgestellt wie im Anhang
skizziert. Kann das so funktionieren?
Soweit ich das gelesen hab, brauchen reed switches defacto keinen Strom,
d.h der Spannungsabfall über die Distanz sollte eigentlich
vernachlässigbar sein, oder versteh ich da etwas falsch?
Muss ich mir da sonst noch über irgendwas Gedanken machen? evt. EMF
Einstreuungen durch das lange Kabel?
Vielen Dank schon mal für eure Mühe!
Danke,
Bernhard
Bernhard schrieb:> Muss ich mir da sonst noch über irgendwas Gedanken machen? evt. EMF> Einstreuungen durch das lange Kabel?
Ich würde auf der uC-Seite einen Optokoppler einsetzen der durch den
Reed geschaltet wird.
Bernhard schrieb:> Soweit ich das gelesen hab, brauchen reed switches defacto keinen Strom,> d.h der Spannungsabfall über die Distanz sollte eigentlich> vernachlässigbar sein, oder versteh ich da etwas falsch?
Der Strom der fließt bestimmt in deinem Fall R1. Der Spannungsabfall ist
aber unkritisch. Bei 300 Meter Distanz, 0,5qmm Querschnitt der Leitung
(nur mal angenommen) und 10mA Strom sind es ca. 0,22V.
Selbst 1V wäre in Deinem Anwendungsfall unkritisch, d.h. die Leitung
könnte auch dünner wie 0,5qmm sein.
Ich hoffe die Leitungen sind verdrillt. Ich würde extern nur den
Reedkonakt anschließen.
Das Mitführen der MC-Versorgung ist nicht empfehlenswert.
Kurzschlussgefahr gegen GND.
Den Pullup würde ich beim MC vorsehen. Davor könnte man noch einen
Überspannungschutz (Blitzschutz?) und ein RC-Filter (Signal am MC
Eingang nur so schnell wie notwendig) vorsehen.
Wohin geht das GND?? Ich würde das mit einer Stromschleife lösen, die
ggf. die LED eines Optokopplers treibt. Also eher hoch gehen mit der
Spannung und einen grösseren Widerstand. Parallel zur LED noch ein
Kondensator & Widerstand, der ienen gewissen Strom bewusst wegschnappt.
Damit werden die gröbsten Einstreuungen aufgefangen, sonst blitzt die
LED auch mal ungewollt. Oder das im µC per SW lösen.
Einen niederohmigen Pullup (270R) und als Filter noch ein C (100nF) nach
Masse am Eingang des µCs. Dann eine einfache Diode (z.B. 1N4148) nach
außen: Dort den Reedkontakt nach Masse schalten lassen.
Michael D. schrieb:> Dort den Reedkontakt nach Masse schalten lassen.
Sollte aber nicht die lokale Masse sein, sonst fängt man sich alle
möglichen Störungen ein.
DS2 schrieb:> Ich würde das mit einer Stromschleife lösen, die ggf. die LED eines> Optokopplers treibt
Die Stromschleife macht nur Sinn, wenn diese von einem eigenen Netzgerät
gespeist wird.
Wenn die MC Versorgung verwendet wird, dann macht der Optokoppler keinen
Sinn.
Am besten den Reedkontakt an ein verdrilltes Adernpaar anschließen und
auf der Reedseite potentiafreie bleiben.
VIELEN Dank für all die tollen Vorschläge!
Die Adern im Kabel sind verdrillt. Das Kabel ist das einzige was quasi
"vorgegeben" ist (da es bereits verlegt ist). Ich würd gern den
Hardwareaufwand möglichst minimal halten, da ich im Endausbau dann 5
reed switches (jeweils 100-300m entfernt) von einem uC aus auslesen
möchte. Andererseits möcht ich mir auch nicht unnötig Probleme
einhandeln, nur weil ich da jetzt irgendwo paar cent gespart hab.
Ich hab mal versucht die Vorschläge in einer neuen Schaltung umzusetzen.
Was haltet ihr davon? Auf uC Seite würd ich den Input auf "IN_PULLUP"
setzen.
Ersetze die Z-Diode noch durch eine (unipolare!) TVS-Diode. Die halten
deutlich mehr aus, falls tatsächlich mal in der Nachbarschaft ein Blitz
einschlägt (einen direkten Einschlag in die Leitung überlebt sowas
natürlich alles nicht). Den Vorwiderstand vor der TVS-Diode solltest du
von der Bauform her möglichst groß wählen, damit er im Falle des Falles
auch mal 1 kV aushält.
Denk dran, Blitz heißt nicht nur "Spannung", sondern auch "Stromfluss",
und der kann schon schnell mal in seinem Einflussbereich auch größere
Spannungen dann induzieren.
Gerald K. schrieb:> Die Stromschleife macht nur Sinn, wenn diese von einem eigenen Netzgerät> gespeist wird.> Wenn die MC Versorgung verwendet wird, dann macht der Optokoppler keinen> Sinn.>> Am besten den Reedkontakt an ein verdrilltes Adernpaar anschließen und> auf der Reedseite potentiafreie bleiben.
Vielen Dank für die Skizze! Irgendwie gefällt mir die Schaltung hier
besser als mein zweiter Entwurf - vorallem deshalb weil ich mir den
Optokoppler sparen kann. :)
(Ich war mir nicht sicher ob eine externe Versorung hier evt. Vorteile
bringt oder das Ganze nur unnötig kompliziert macht?)
Bernhard schrieb:> Irgendwie gefällt mir die Schaltung hier> besser als mein zweiter Entwurf - vorallem deshalb weil ich mir den> Optokoppler sparen kann. :)
Bei Dir scheint es keine Blitze zu geben :-(
m.n. schrieb:> Bernhard schrieb:>> Irgendwie gefällt mir die Schaltung hier>> besser als mein zweiter Entwurf - vorallem deshalb weil ich mir den>> Optokoppler sparen kann. :)>> Bei Dir scheint es keine Blitze zu geben :-(
Hmm...ich hab mir das mit "wird schon nichts passieren" schön geredet
;-) Aber du hast recht, das wär wohl am falschen Ende gespart.
> Ersetze die Z-Diode noch durch eine (unipolare!) TVS-Diode. Die halten deutlich
mehr aus, falls tatsächlich mal in der Nachbarschaft ein Blitz einschlägt (einen
direkten Einschlag in die Leitung überlebt sowas natürlich alles nicht).
Vielen Dank für den Tipp!
Jörg W. schrieb:> Denk dran, Blitz heißt nicht nur "Spannung", sondern auch "Stromfluss",> und der kann schon schnell mal in seinem Einflussbereich auch größere> Spannungen dann induzieren.
Gute Idee, aber den Strom soĺlte man nach Möglickeit nicht über den
Logikground ableiten.
Bernhard schrieb:> deshalb weil ich mir den Optokoppler sparen kann
Der Optokoppler ist von der Zuverlässigeit die größte Schwachstelle in
der Schaltung.
Auf ihn zu verzichten erhört zu Verlässigkeit des gesamten Systems
erheblich.
Die Werte mögen klein aussehen, aber bei MTBF Berechnungen sind
statistische Berechnungen (Wahrscheinlichkeiten) und beziehen sich auf
eine große Anzahl von Bauelemente.
Aber man braucht nur die Relationen zu betrachten: 258,5 : 0,7
Eine Schaltung mit Optokoppler fällt 370x so oft aus.
Oder anders ausgedrückt: von 370 Schaltungen mit kapazitiver Kopplung
fällte eine Schaltung gleich häufig aus wie eine Schaltung mit
Opokoppler. Beide Schaltungen sind richtig dimensioniert!
Quelle :
https://www.edn.com/keeping-fit-optocouplers-vs-capacitive-based-digital-isolators/
Gerald K. schrieb:> Optokoppler: 258,5 Ausfaelle pro Milliarden Betriebsstunden> Kapazitiver Koppler: 0,7 Ausfaelle pro Milliarden Betriebstunden
Ist schon wieder 1. April?
Wieviel Milliarden Betriebsstunden soll die Schaltung denn laufen?
Zum Vergleich: die durchschnittliche Lebenszeit eines Mannes im
süddeutschen Raum beträgt ca. 710000 Stunden. Dagegen sind die
Optokoppler ja richtig robust.
m.n. schrieb:> durchschnittliche Lebenszeit eines Mannes
Die Erfahrung zeigt, dasss die meisten Überspannungen von außen in die
Schaltung gelangen. Deshalb würde ich statt eines Mannes besser einen
Optokoppler als billig austauschbares Opfer-Element einsetzen. :-)
Bernhard schrieb:> Ich hab mal versucht die Vorschläge in einer neuen Schaltung umzusetzen.> Was haltet ihr davon? Auf uC Seite würd ich den Input auf "IN_PULLUP"> setzen.
Den C2 bitte weglassen, der verschweisst dir die Reedkontakte.
m.n. schrieb:> Ist schon wieder 1. April?> Wieviel Milliarden Betriebsstunden soll die Schaltung denn laufen?
Wer mein Betrag aufmerksam gelesen und verstanden hat, wird bemerkt
haben, dass die MTBF Berechnung eine statische Aussage über die
Zuverlässigkeit trifft.
Es ist wie mit der Radioaktivität. Eine Halbwertszeit von rund einer
Million Jahre (258,5 Zerfälle in einer Milliarde Stunde) scheint auch
nicht schlimm. Aber es gibt keinen Anhaltspunkt wann ein Zerfall
passiert. Er kann jetzt oder in ein paar Millionen Jahren passieren.
Aber wenn es die richtige Stelle im Gnom erwischt und Krebs entsteht ist
tragisch.
Ein Transistor hat z.B. 2 Ausfälle pro einer Million Stunden
_Quelle_:
https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=http://www.hp.woodshot.com/hprfhelp/4_downld/products/xrs/at41511_r.pdf&ved=2ahUKEwi36rmMy97qAhVVPcAKHeKKAsIQFjADegQIBhAB&usg=AOvVaw0SMH7UvSG4XMHgDQedJDOq
Ein Pentium i7 hat über 1,5 Milliarden Tranistoren.
Würde man diese Prozessor mit dem obigen Transistor diskret aufbauen und
die Verdrahtung außer Acht lassen, dann würde dieser nach
dann würde nan alle 1,7ms einen neuen Prozessor brauchen.
Gut, dass integrierte Bauelemente wesentlich besser sind!
Aber jetzt sind wir zu weit vom eigentlichen Thema abgewichen
Helmut L. schrieb:> Den C2 bitte weglassen, der verschweisst dir die Reedkontakte.
So gesehen wäre es vielleicht nicht schlecht dem Reedkontakt einen
kleinen Vorwiderstand zu verpassen. (Leitungskapazität)
Helmut L. schrieb:> Den C2 bitte weglassen, der verschweisst dir die Reedkontakte.
Wollte ich erst auch anmerken. Aber wenn wirklich 300m Kabel dran sind,
dann dürfte der Peakstrom recht klein und der Anstieg langsam sein.
Gerald K. schrieb:> Optokoppler: 258,5 Ausfaelle pro Milliarden Betriebsstunden> Kapazitiver Koppler: 0,7 Ausfaelle pro Milliarden Betriebstunden
Ich denke wenn da ein Mikrocontroller dran hängt, dann spielt das keine
Rolle mehr (ganz abgesehen vom Kabel in freier Wildbahn...).
Zusätzlich davon ist die Statistik geschönt. Ausfallkriterium ist meist
wenn beim minimalen LED Strom kein Einschalten mehr möglich ist, wer
nimmt den minimalen LED Strom? Und gealtert wird die LED mit dem maximal
erlaubten Betriebsstrom. Wenn man irgendwo zwischen min und max. Strom
nimmt, dann altert es wesentlich langsamer und bis es nicht mehr
funktioniert dauerts länger. Hinsichtlich der komplexität der
kapazitiven Dinger würde ich jederzeit einem simplen Optokoppler den
Vorrang geben.
DS2 schrieb:> Und gealtert wird die LED mit dem maximal erlaubten Betriebsstrom
War ja nur ein Beispiel mit belegten Zahlen.
Je höher der Strom durch die LED um so höher die Sperrschichtemperatur,
desto größer die Ausfallswahrscheinlichkeit. Auf den richtig Strom komt
es an.
Gerald K. schrieb:> So gesehen wäre es vielleicht nicht schlecht dem Reedkontakt einen> kleinen Vorwiderstand zu verpassen. (Leitungskapazität)
Kann man machen, 300m sind schon einige nF.
Gerald K. schrieb:> m.n. schrieb:>> Ist schon wieder 1. April?>> Wieviel Milliarden Betriebsstunden soll die Schaltung denn laufen?>> Wer mein Betrag aufmerksam gelesen und verstanden hat, wird bemerkt> haben, dass die MTBF Berechnung eine statische Aussage über die> Zuverlässigkeit trifft.
Im hier vorliegenden Fall ist es einfach nur sinnloses Gequatsche. Es
geht hier um ingesamt fünf Optokoppler und nicht um eine Geräteserie mit
> 1E6 Stückzahl.> Je höher der Strom durch die LED um so höher die Sperrschichtemperatur,> desto größer die Ausfallswahrscheinlichkeit. Auf den richtig Strom komt> es an.
Da der Optokoppler die allermeiste Zeit sicherlich nicht aktiv ist,
ergibt es auch keinen Sinn, sich über Sperrschichttemperatur oder den
"optimalen" Strom auszulassen.
m.n. schrieb:> Da der Optokoppler die allermeiste Zeit sicherlich nicht aktiv ist,> ergibt es auch keinen Sinn, sich über Sperrschichttemperatur oder den> "optimalen" Strom auszulassen.
Gibt es einen Hinweis im Thread, dann habe ich leider übersehen.
m.n. schrieb:> Im hier vorliegenden Fall ist es einfach nur sinnloses Gequatsche. Es> geht hier um ingesamt fünf Optokoppler und nicht um eine Geräteserie mit>> 1E6 Stückzahl.
Wenn es nur Bastelei ist, dann ist es wirklich sinnlos! Vor allem wenn
die falschen Benutzer betrifft.
Gerald K. schrieb:> Man braucht nur einmal die Lösung mit und ohne Optokoppler mit einer> MTBF Rechnung zu bewerten.> Optokoppler: 258,5 Ausfaelle pro Milliarden Betriebsstunden
Und wer unterschreibt dir, dass es statistisch in der Zeit nicht zu
258,6 Ausfällen kommt?
Wenn du schon 4-stellige Angaben zu solchen statistischen Größen machst,
nenne doch bitte auch die Standardabweichung und die
Betriebsbedingungen.
Mindestens drei der vier Stellen reine Hausnummern.
Vielen Dank für all die hilfreichen Posts & Anregungen!
Es handelt sich in der Tat nur um 5 Optokoppler (und auch kein Vorhaben
da in Serie zu gehen). Dennoch vielen Dank an Gerald fürs Aufbringen der
Ausfallwahrscheinlichkeit. Auch wenn das für meinen Anwendungsfall jetzt
eher egal ist, ist das ein Thema über das ich mir bisher überhaupt noch
keine Gedanken gemacht hab. Wieder was gelernt ;-)
> Den C2 bitte weglassen, der verschweisst dir die Reedkontakte.
passt, mach ich, danke.
> So gesehen wäre es vielleicht nicht schlecht dem Reedkontakt einen
kleinen Vorwiderstand zu verpassen. (Leitungskapazität)
Was wäre denn da für eine Größenordnung passend?
Grübel schrieb im Beitrag #6345572:
> 300 Meter verdrillte Leitung ergibt mindestens eine Leiterlaenge von> einem Kilometer!
Warum, machst du daraus Rasta-Zöpfe?
Gerald K. schrieb:> Wer mein Betrag aufmerksam gelesen und verstanden hat, wird bemerkt> haben, dass die MTBF Berechnung eine statische Aussage über die> Zuverlässigkeit trifft.
Rechnet die auch Blitzeinschläge in der Nähe mit?
Das ist ja der wesentliche Punkt, wofür man den Optokoppler braucht.
Stefan ⛄ F. schrieb:>> 300 Meter verdrillte Leitung ergibt mindestens eine Leiterlaenge von>> einem Kilometer!>> Warum, machst du daraus Rasta-Zöpfe?
So ganz falsch ist die Zahl sicher nicht. Das muss man auf jeden Fall
mit einbeziehen, wenn man den Widerstand berechnet.
Bürsti schrieb:> Stefan ⛄ F. schrieb:>> 300 Meter verdrillte Leitung ergibt>> mindestens eine Leiterlaenge von einem Kilometer!> So ganz falsch ist die Zahl sicher nicht. Das muss man auf jeden Fall> mit einbeziehen, wenn man den Widerstand berechnet.
Der Kilometer ist erheblich übertrieben. Ich habe mehrfach
Fernmeldeleitungen ohmsch gemessen, die Abweichung ist sehr gering.
Bernhard schrieb:> dass hier schon ein 0.8mm² Kabel verlegt ist
Weiter vorne nannte schon jemand die Zahl 0,5mm²: 0,8 ist als
Querschnitt unüblich, bei Fernmeldekabeln wird der Durchmesser
angegeben, Postler eben.
Für 0,5mm² hat man 72 Ohm pro km, für 300 Meter also ca. 22 Ohm.
Bernhard schrieb:> Eine letzte Frage noch zur TVS Diode. Kann ich die hier verwenden?
Die Schwellspannung kannst du auch niedriger ansetzen. Die IrED im
Optokoppler braucht doch nur so um die 2 V, plus einige Volt am
Vorwiderstand.
Jörg W. schrieb:> Die IrED im> Optokoppler braucht doch nur so um die 2 V
welche wäre das?
ich fand in Optokoppler immer nur Uf von 1,25V +-
um 2V nie!
Joachim B. schrieb:>> Die IrED im>> Optokoppler braucht doch nur so um die 2 V>> welche wäre das?
War großzügig aufgerundet. Es ging ja darum, dass man da nicht unbedingt
mit einer TVS-Diode für 20 V davor ins Rennen gehen muss.
Jörg W. schrieb:> War großzügig aufgerundet.
aber wird hier nicht immer wieder betont und zu Recht LED nie mit
Spannung?
Das mit den V führt aber dann in die falsche Richtung, wir sollten bei I
bleiben und optimal deutlich unter Ifmax und U(V) möglichst vergessen?
Joachim B. schrieb:> Das mit den V führt aber dann in die falsche Richtung
Es ging aber nun gerade mal um die Spannung, für die die TVS-Diode
ausgelegt ist. Und die muss man anhand der (ungefähren) Flussspannung
der IrED im Optokoppler festmachen. Da hilft es nichts, irgendwelche
Prinzipien zu reiten ("immer wieder betont" und so). Die Größen der
Widerstände, die die Ströme durch den Koppler festlegen, sind
schließlich erst einmal variabel und können anschließend festgelegt
werden.
Manfred schrieb:> Bürsti schrieb:>> Stefan ⛄ F. schrieb:>>> 300 Meter verdrillte Leitung ergibt>>> mindestens eine Leiterlaenge von einem Kilometer!>> Der Kilometer ist erheblich übertrieben. Ich habe mehrfach> Fernmeldeleitungen ohmsch gemessen, die Abweichung ist sehr gering.>>> Für 0,5mm² hat man 72 Ohm pro km, für 300 Meter also ca. 22 Ohm.
Da liegest Du aber falsch!
Kollegah schrieb:>> Für 0,5mm² hat man 72 Ohm pro km, für 300 Meter also ca. 22 Ohm.>> Da liegest Du aber falsch!
300m sind 600m Draht.
R = l/(Kappa * A)
l = 600m
Kappa = 56 bei Kupfer
A = 0.5mm^2
R = 600/(56 * 0.5) = 21,42 Ohm
Bernhard schrieb:> ich weiß das mag jetzt für viele sicherlich eine komische Anforderung> sein, aber ich würde gerne einen reed switch der knapp 300m entfernt ist> mit einem Mikrocontroller auslesen. Der Grund warum ich das gern machen> würde, ist, dass hier schon ein 0.8mm² Kabel verlegt ist, dass ich gern> dafür verwenden würde.
Würde ich mit einem kleinen kurzschlussfesten Trafo und einem Übertrager
machen. Dann hast du einen guten Blitzschutz, galvanische Trennung, der
Kontakt brennt nicht so schnell durch wie bei Gleichstrom und es haut
dir bei Erdschluss auch keine Fremdspannung in deine Elektronik.
Der Kontakt ist wg. auch geschützt, der Trafo begrenzt den Strom durch
die bauart.
Das Teil hier hat 23mA@15V und 5kV Spannungsfestigkeit
https://www.reichelt.de/printtrafo-0-35-va-15-v-23-ma-rm-15-mm-ee-20-6-1-115-p27436.html?&trstct=pol_6&nbc=1
Vorhandene Netzspannung allerdings vorausgesetzt.
Wenn du nicht mit 230V umgehen willst geht ein AC Steckernetzteil auch.
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