Atualmente, estou trabalhando em um projeto em que preciso de alguns fios muito longos (cerca de 20 metros e 40 metros nos dois sentidos), que serão conectados a um botão que será usado para acionar um pino no controlador (ATmega8).

Devido a problemas esperados de queda de tensão, escolhi puxar o pino de E / S para cima e percorrer o solo com o botão (o botão puxa o pino de E / S para baixo e o aciona).

Daí a minha pergunta: haverá problemas ao usar fios tão longos quando eu passar o terra por eles, em vez do nível de tensão Vcc (5V)?

O solo sofre de "queda de tensão" como problemas?

Não, não (mas ...)

O solo, por definição, é o ponto zero em um circuito, de modo que ele não pode sofrer "queda". Os fios terra (por exemplo, conexões ao terra) estão sujeitos à Lei de Ohm como qualquer outro fio.

Este é o seu circuito, da melhor maneira que eu entendo, a partir da sua descrição:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Do ponto de vista do Arduino, o chão é uma grande folha de cobre enterrada dentro da placa de circuito. Todas as determinações de tensão (e, portanto, níveis lógicos: alto / baixo, 0/1, verdadeiro / falso, etc) derivam da comparação da energia potencial do sinal com a energia potencial desta folha de folha (que geralmente é conectada, em última análise, a uma bateria / terminal negativo da fonte de alimentação).

Fios longos estão bem em sua aplicação porque ...

Na sua pergunta, você está preocupado com as perdas de tensão em um fio terra (o fio que liga a perna do comutador ao terra). Esse fio pode (e irá) desenvolver uma tensão à medida que a corrente flui através dele (lei de Ohm) e, assim, "cair" no seu entendimento, mas essa queda não é significativa o suficiente para causar problemas devido à maneira como o circuito do comutador é projetado:

R3 é tipicamente três ordens de grandeza maior que a resistência no caminho do fio através do comutador. Quando o comutador está aberto, a resistência é quase infinita e a tensão no nó GPIO do Arduino é igual a V1. Quando o SW1 é fechado, a resistência entre o nó do Arduino GPIO e o terra agora é a resistência dos dois fios ao comutador e ao próprio comutador.

Fio 24AWG (o tipo usado em cabos de rede e outros pequenos sistemas de fio é de cerca de 0,085 Ohms / metro). Você poderia percorrer mais de um quilômetro antes de atingir 100 Ohms! Mesmo com esses grandes valores resistivos, a resistência total no caminho do fio seria menor que 250 Ohms e, portanto, representaria apenas 2,5% da tensão total (por exemplo, ainda quase 0 e certamente baixa o suficiente para ser lida pelo Arduino como lógica 0).

Nem todos os "terrenos" são iguais ...

O conceito de terra é definido para o sistema. Se você possui vários sistemas, pode haver diferenças entre os respectivos motivos.

O @Techydude aponta vários exemplos interessantes desse problema:

fios longos no exemplo acima, o (s) plano (s) de aterramento do PCB, os pinos de aterramento dos chips, os fios de ligação entre os pinos e a matriz de silício e as próprias vias de silício.

Essa relação relativa ao terra ocorre porque a própria tensão é relativa . Tensão é a diferença de energia potencial entre dois pontos. "Terra" é apenas o nome dado ao segundo ponto quando todas as tensões em uma análise estão compartilhando o mesmo segundo ponto. Caso contrário, você experimentará (e terá que explicar) a queda nas conexões de terra.

Bem, sim. A lei de Ohm ainda se aplica.

Seus fios longos têm resistência. Se você estiver passando corrente através desses fios, uma tensão será reduzida através dos fios: V = I * R.

No entanto, se você projetou bem o seu circuito (e usou fios decentes), a corrente é pequena e R é pequeno, portanto a diferença de tensão não é muito grande.

Você terá que determinar a corrente você mesmo; sem um esquema, não podemos dizer se a corrente será insignificante.

O terra, seja em um fio ou em uma placa de circuito, sofre queda de tensão, assim como qualquer outra conexão. No entanto, se você projetar o circuito corretamente, precisará de tão pouca corrente para detectar o fechamento de um interruptor que a queda de tensão é o menor dos seus problemas. Você precisa garantir que o ruído e os transientes induzidos nos seus 40m de fio não entrem e danifiquem o processador. Para isso, você precisará de um filtro RC passa-baixo simples na entrada do processador

Este é o seu circuito:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Portanto, usando uma regra simples do divisor de tensão, você pode descobrir que a tensão no pino será

Sim, a queda de tensão estará presente, mas não por causa do que você pensa. Dependendo da resistência do fio, o ponto médio, sua entrada, verá um divisor de tensão. A metade superior será sua flexão (digamos 10kΩ), enquanto a metade inferior será o seu cabo. Não importa se o fio é a metade inferior ou superior do divisor de tensão, tudo o que muda é de que lado vê o efeito maior.

Um diagrama para demonstrar.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Supondo que o cabo Ethernet Cat5, com uma resistência nominal de 0,0849Ω por metro, a 20 metros seja 1,66966. Com um resistor pull-up de 10kΩ e uma fonte de 5V, isso significa que temos 10kΩ + 1.669Ω + 1.669Ω = 10.003Ω de resistência em série. Use a Lei de Ohm, I = V / R, 5V / 10003Ω igual a 0,000499 Amps ou 0,499 MICROAMPS . Como a corrente é a mesma em um circuito em série, podemos encontrar a tensão reduzida pela resistência do fio. V = I * R, ou 0,000499A * 1,669Ω = 0,000832 Volts, ou 832 MICROVOLTS .

Como sua corrente através desses fios é muito baixa, a tensão diminuída por eles também é baixa.

No meio de toda essa discussão sobre a lei de Ohm, não ignore a resposta de @ SteveG. Você não diz qual o valor do resistor de pull-up que planeja usar, mas se estiver pensando em usar os pull-ups internos do ATmega8, saiba que eles podem chegar a 50k Ohms. É uma impedância bastante alta estar pendurado um cabo de 20 metros e parece que está apenas pedindo problemas de ruído. Você também não diz que tipo de cabo está usando (par trançado, blindado etc.) ou que tipo de ambiente você espera que ele opere.

Eu levaria a sugestão ainda mais longe, e não apenas colocaria um filtro RC nele, mas se eu me importasse em explodir meu microprocessador (com o qual geralmente me importo), colocaria um buffer externo nele. Os pinos do GPIO ATmega8 têm algumas centenas de milivolts de histerese, mas com um cabo tão longo você ainda pode ter problemas de ruído, mesmo que danifiquem qualquer coisa. Um receptor externo também permite ajustar os limites de tensão para obter a melhor imunidade a ruídos, sem depender das características de entrada do uP.

Embora você tenha alguns conceitos errados, primeiro irei abordar o circuito.
Usando o circuito DrFriedParts, a resistência equivalente de cada fio de 20 m é de cerca de 2 ohms. Isso significa que você pode usar com segurança um resistor de 1k ohm.
Concordo com os outros, pois o ruído de RF pode ser seu pior problema. Você deve usar, pelo menos, fio de par trançado blindado , com a blindagem amarrada ao terra da placa de circuito impresso .

Em relação aos "efeitos de queda de tensão que sofrem com o terra", é necessário diferenciar entre a referência e o fio terra.
"Referência à terra" é geralmente o ponto mais negativo de um circuito.
"Fio terra" é um fio ligado à referência de terra.

Como pode ser visto no circuito DrFriedParts, o fio que passa da chave para a "referência de aterramento" é considerado o fio terra , o fio que passa da chave para o GPIO é considerado o fio alto. Não há diferença entre os fios. Ambos têm 20 m de comprimento e cerca de 2 ohms de resistência, cada. Portanto, se a corrente de 50 mA estiver fluindo, haverá uma queda de 0,1 volts em cada um dos fios. Isso mostra que os fios terra "sofrem quedas de tensão", como qualquer outro fio.

Quando o comutador está aberto, o GPIO fica "alto" (maior que 3v) e, quando o comutador é fechado, o GPIO fica "baixo" (menor que 0,2v).