Åska och givare kopplade till Arduino och liknande

[pi314]

Vid optokopplaren kan du skippa D1, den ger inget.

Tidigare hade jag ingenting vid fototransistorn. Den har gått sönder två gånger på två år i samband med åska.

Menar du att 100 pF hade räddat fototransistorn, men att en zenerdiod inte gör någon nytta alls?

Jag är skeptisk. Jag tror att zenerdioden i kombination med seriemotståndet gör mer nytta än 100 pF.

/π

[MiaM]

Första koppling är direkt farlig för elektroniken. Kommer det en stark positiv puls in kommer VCC att skjuta till väders o dra med mycket som inte tål högre VCC.

Å andra sidan lär Arduino väl ha inbyggda dioder som fungerar på motsvarade sätt, fast med skillnaden att ifall de går sönder måste man byta hela arduinon (ungefär) medan om en extern diod dör så finns det minimal chans att resten överlevt.


Allmänt så skulle jag vilja föreslå ett par saker:

1: Optisk fiber. Prova att "skarva" fototransistorn med t.ex. optisk S/PDIF-"kabel" från Biltema för några tior, eller liknande. Om det inte fungerar pga för svagt ljus så sätt en burk vid mätaren som bara tar emot pulserna och driver en starkare LED, kanske rent av ta optiska utgången från en skrotad CD/DVD (eller köpa motsvarande nytt), och fototransistor i andra änden av fibern.

2: Dra signalkabeln samma väg som elmatningen hela vägen från mätaren till din elektronik, gärna så nära som möjligt. Spänningsfall som induceras över elmatningen inne i ditt hus kommer ge magnetfält som inducerar i stort sett motsvarande spänning i signalkabeln, lika mycket på signal och signaljord, och kommer därmed till stor del minska spänningsskillnaden mellan elmätaren och din fototransistor.

3: Sätt en transformator fast "roterad 90 grader" i serie med de två ledarna till fototransistorn. Common-mode-spänningsskillnader kommer då ätas upp på samma sätt som när de går genom en spole på enkelledare, medan differential-mode-signalen tar sig ändå fram bra.

4: Om inget annat hjälper så sätt nån slags komplett "dator" (Raspberry Pi t.ex.?) direkt vid mätaren och låt den prata wifi med resten. Mata från vägguttag direkt vid mätartavlan.

[grym]

zenerdioder är inte supersnabba så dom har god nytta av en mindre konding som kan dämpa stigtiden lite och låta zenerdioden hinna med

dom jag länkade till är betydligt snabbare

[BJ]

Tack för det nya schemat. Nu förstår jag, tror jag.

[Icecap]

MiaM: Man får ALDRIG förlita sig på dessa "dioder". De finns nämligen som en följd av fremställingsprocessen och är INTE skydd mot någonting.

Faktisk kan en del ha en tyristor-effekt och skapa en latch-up mellan GND o VDD vilket brukar vara direkt förstörande för chippen inom mycket kort tid.

[toolbox]

toolbox:
Kopparkabeln har mycket låg resistans. Därför tror jag att det är bra att ha ett R mellan punkterna A och kondensatorn i ditt schema.

I så fall kanske man i stället ska placera C1 på andra sidan R1 så att den sitter parallellt med D2?
Eller är R1 där för att begränsa strömmen och skydda zenerdioden när C1 laddas ur? Vad ska man sikta på för värde i så fall? Tillför den verkligen något, det känns snarare som att den skulle kunna få spänningen över C1 att bli onyttigt hög.

[MiaM]

MiaM: Man får ALDRIG förlita sig på dessa "dioder". De finns nämligen som en följd av fremställingsprocessen och är INTE skydd mot någonting.

Faktisk kan en del ha en tyristor-effekt och skapa en latch-up mellan GND o VDD vilket brukar vara direkt förstörande för chippen inom mycket kort tid.

Ja, poängen är ju att ifall man inte har externa dioder mot VCC och GND så är det risk att man kör sönder dessa interna dioder. (De finns väl i kretsarna för att göra dem lite mindre känsliga för ESD?).

Tillägg: Med externa dioder som Pi ritat så kan det t.ex. tänkas att åska ökar Vcc över 5V men under absolute max rating varpå allt överlever, medan zenerdiod kanske inte pallar samma smäll?

Ska man ha zenerdiod så verkar det väl bättre att ha 5,6V mellan VCC och GND, samt dioder mellan signal och VCC samt GND, väl?

[Icecap]

Att ha dioder till VDD är direkt fel! Det är ytterst sällan att VDD är hårt reglerat mot överspänning.

Det enda man kan uppnå är att ALLT eldas upp på den VDD.

Tänk det som att åskan är en hammare o man ska bygga kuddor o mjuka madrasser så att ett kort hårt slag inte riktigt kan avge energi.

En kort hård puls på ett lågpass RC-led ger inte mycket på utgången.
En 5,6V zener i ett 5V kretslopp är likgiltig, en 4,7V BÖRJAR leda vid 4,7V och blir först effektiv strax under 5V.

I grova drag är GND den enda ledning som får lämna ett kretskort utan skydd.

[MiaM]

Grejen med en Arduino är väl att det är ju just "allt eller inget". I de flesta fall finns inget ekonomiskt värde kvar ifall åskan tagit mikrokontrollern, väl?

[Icecap]

Exakt! Alltså säkrar man sig ifrån att det händer - eller hur?

Men värdet på något hårdvara som rimligt billigt kan ersättas kan vara försumbar i förhållande till nyttan av funktion som enheten utgör.
Och dör hårdvaran, dör funktionen också.

Och det kan ha stora konsekvenser.

[MiaM]

Det är större risk att Arduinon dör av överspänning på en enda pinne än på Vcc, väl? Givet att det är en given begränsad energi som kommer via signalledningen.
Om åskan går via diod till VCC så leds den delvis till avkopplingskondingar, och samtliga delar i kretsen som börjar dra mycket ström vid överspänning hjälper också till leda bort överspänningen.

Poängen är ju framförallt att hela Arduinon är i princip värdelös ifall en I/O-pinne stekts av åskan, så man kan lika gärna låta åskan steka allt på VCC, ungefär.

Dock så är väl ett motargument att vad som nu matar Arduinon kanske kan stekas? Om den matas via USB från en dator så håller jag med om att det är dåligt att leda överspänning till Vcc. Men om den däremot drivs av en billig nätadapter, speciellt en oreglerad klassisk med tung trafo ihop med 78xx-regulator, så kan man väl gott steka hela skiten om det ska stekas?


Bonus: Jag vänder på mitt förslag om att använda S/PDIF optisk ljudkabel och föreslår att sätta den nära Arduinon. På så sätt så kan signalkabeln vara spikad mot betong osv i källaren bäst den vill medan vid Arduinon får man galvanisk isolering på någon/några meter, vilket garanterat skyddar mot riktigt svåra åsknedslag.

[Icecap]

Att isolera med t.ex. ett fiberkabel är så nära prefekt det kan bli! Bara ett par cm ger otroligt mycket skydd.

Men då kabel fungerar som antenn är en stor del av att skydda sig beroende på längden av extern kabel.

Min ingång till att skydda är att allt ska skyddas! Kan inget komma in i stor nog mängd till att förstöra något - går inget sönder.

Om det är en µC-pinne eller hela µCn som blåsar kan ju kvitta, skiten är totalt sett trasig ändå.
Alltså ska man säkra att INGET av dessa kan dö.

[pi314]

Två närliggande frågeställningar

Jag strömförsörjer Arduinon från ett USB-uttag med 5-volt. Jag vet inte hur bra isolation det är i 230/5-volt-omvandlaren, men hoppas att det är 1 kvolt eller bättre. Om omvandlaren är dåligt isolerad så är den en riskfaktor. Om det kommer transienter på elnätet.

Jag har DS18B20 kopplade till Arduino med upp till ca 4 meter kabel emellan. Jag har använt 4-pars UTP-kabel och avsatt ett par för 5-volt och ett för data. Den andra ledaren i paren är jord. Jag har inget skydd mot transienter, varken i Arduino-änden av kabeln eller i DS18B20-änden. Borde jag ha det och i så fall vad?

Allmänt om åskskador
Man kan knappast skydda sig till 100% mot åskskador. Man kan minska risken för skador och göra så att lösningen tål åska närmare än utan ett bra skydd. Om byggnaden eller elektroniken pulveriseras vid nedslag så får man väl vara glad om man inte är för nära själv?

En ny Arduino kostar inte någon förmögenhet, men avbrott i funktionen och arbetet med att byta ut det som går sönder kostar kanske? Jag lägger hellre ner lite tid på ett bra skydd än att jag ska beställa och byta prylar när det varit åska i närheten.

Trådlöst med WiFi eller LoRa är ett alternativ till att ha kablar som kan plocka upp och leda transienter. Fiber är ett annat alternativ. Kanske helst då med riktiga sändare och mottagare som omvandlar el till ljus och tillbaka?

/π

[Icecap]

Jag har konsekvent en buffer mellan µC och 1-Wire®.

Det är ett pull-up motstånd enl. databladet.
Till att driva från µC har jag en 2N7002 N-MOS med ett 4k7 motstånd mellan gate o µC-pinnen.
För att läsa har jag en annan 2N7002 med lite skydd på gaten och en egen pull-up.

Signalerna blir inverterade - men det fungerar.

[MiaM]

Var sitter DS1820-givarna?

Om de sitter inne i ett torrt utrymme, typ mäter temperatur i ett par rum i trähus, så behövs nog inte mycket skydd.

Men om du t.ex. mäter temperatur i ett kylskåp eller temperatur utomhus så kan du nog betrakta även dessa som "farliga". Kylskåpet för att kabeln går antagligen nära något skyddsjordat (antingen metallskal på kylskåpet eller i vissa fall "juiceförpackningspapper" som yttre skal på isoleringen osv) och detta kan skapa jordslinga ihop med vad ledningen till elmätaren gör.

Håller med Icecap att det är bra att mellanlanda i t.ex. en buffertransistor för pulsgivaren. Det vore en förbättring även om fiber vore än bättre.