¿Es seguro conectar cables de E/S largos a un microcontrolador?

Estoy contemplando usar una MCU en mi garaje para leer datos de un par de sensores, uno de los cuales puede estar a una distancia de hasta 10 m. No estoy usando sensores analógicos, como se hace en esta pregunta , en su lugar, usaré dispositivos Maxim OneWire (usados ​​en modo de alimentación no parásito).

Creo que la señal digital real y la potencia deberían estar bien a estas distancias (probablemente usaré algo como CAT5, y puedo unir varios conductores si realmente lo necesito), pero me preocupan otros problemas, principalmente EMI, y en la parte superior de mi lista de preocupaciones está exactamente lo que sucede cuando cae un rayo cerca. ¿Este cable no actúa como una gran antena y podría captar voltajes significativos cuando cae un rayo?

Puede o no ser relevante indicar que los cables en cuestión se tenderán dentro del edificio (en el ático) y no al aire libre. No estoy tan preocupado por la caída de un rayo directamente en el cable, como por los grandes voltajes EMI que podrían (¿podrían?) generarse en el cable con un impacto cercano.

Se supone que 1 cable es bueno a más de 100 metros con un cable de teléfono normal. Además, protegerse contra los rayos es realmente difícil. ¿Tiene una buena razón para hacerlo: muchos rayos, sensores/micros costosos, tiempo de actividad mínimo, etc.?
No, solo un relámpago de tormenta normal vivo en el desierto. Este es un sistema único diseñado por un tipo de software analfabeto de hardware (yo). ¿Es probable que pierda el sensor (solo un dólar o dos) o la MCU (~$40) o todo el sistema (~$100 o más) durante la primera tormenta?
(1) no tiene una MCU de $40. Es probable que tenga una placa en la que esté montada una MCU de $40. Enchufe un micro DIP o use una pistola de aire caliente en un micro SMD; ninguno de los dos debería tomar más de 5 minutos para cambiar el micro. (2) Es difícil predecir lo que sucederá cuando caiga un rayo; depende de donde toque. Consulte las respuestas a continuación para obtener más información.
@Kevin: ese es un consejo extremadamente inútil. Es como decir que cambiar el aceite no es gran cosa, porque no tienes un anillo de pistón de $2500, tienes un anillo de pistón de $1, y si explota, simplemente cámbialo. Para aquellos de nosotros que no tenemos ni las habilidades ni el equipo para soldar SMD, la placa MCU ES la MCU, para todos los efectos.
@Mark: el consejo de Kevin es bastante razonable. Un Arduino es básicamente un micro de $ 3 (más o menos) montado en una placa. La MCU está enchufada para facilitar el cambio (y recientemente arreglé algunos Arduinos "rotos" reemplazando los micros, un par de minutos de trabajo). La pregunta más importante es: ¿vale la pena el tiempo/dinero/esfuerzo para proteger su sistema contra rayos? Probablemente gastará más en costosos cables/filtros/amortiguadores que simplemente cambiando el micro en caso de que falle.
@Al Bennett: No estoy usando un Arduino. Mi micro es un paquete LQFP100 montado en una placa. Ciertamente no está enchufado para un cambio fácil, y estaría dispuesto a apostar que no ha reparado ningún micros "roto" de este tipo.
@Mark Ahh, no me di cuenta. En realidad, perderías tu apuesta. Soy ingeniero de hardware en un fabricante de dispositivos médicos y los micros empaquetados LQFP son algunos de los más fáciles de cambiar. Los BGA son el verdadero desafío. A pesar de la cantidad de pines, un LQFP en realidad puede ser bastante simple de cambiar con aire caliente, luego simplemente se suelda uno nuevo y se absorbe cualquier exceso.
@Al Bennett: deberías haberme aceptado :) De cualquier manera, ciertamente es algo para lo que no estoy preparado.

Respuestas (3)

He tenido experiencia personal con cables de red que se derriten durante una tormenta eléctrica. En casi todos los casos de falla debido a un rayo, se debe a una mala alimentación o conexión a tierra. Si termina teniendo 2 dispositivos separados uno del otro y cada uno tiene su propia conexión a tierra, es posible que el potencial de conexión a tierra de uno de ellos cambie debido a los rayos y luego el cable de calibre pequeño en la línea Ethernet termine tomando mucho de corriente que resulta en la fusión del aislamiento.

Lo mismo puede suceder si tiene un aumento en la potencia de un dispositivo; puede hacer que el cable de comunicación pase mucha corriente por él.

Si su dispositivo "externo" tiene su propia conexión a tierra, es posible que deba preocuparse un poco, pero probablemente no sea tan importante (especialmente a 10 m).

Tendrá que preocuparse por el ruido. Cuanto más larga sea su carrera, mayor será la posibilidad de captar ruido. Puede que esto no sea un problema para lo que sea que estés haciendo, pero debes tenerlo en cuenta.

En términos más simples, diría que si todos los dispositivos en su cable tienen la misma alimentación y conexión a tierra unificadas, la longitud del cable no lo hará particularmente susceptible a los rayos, pero si las cosas en cualquiera de los extremos de su cable podrían tener tierras separadas, un rayo podría freírlo incluso si su cable tiene tres pies de largo.

Me resultaría difícil creer que un rayo cercano podría causar un pico inductivo lo suficientemente grande (o incluso medible) en el pin de E/S conectado a un cable realmente largo como para dañar un microcontrolador. Creo que 1/R^2 está de tu lado aquí... también tu casa es probablemente un aislante bastante decente.

Parece que sí, pero he escuchado (de tercera o cuarta mano) todo tipo de historias de terror sobre la destrucción inducida por rayos de las redes de ethernet entre edificios, o incluso en cobertizos en el patio trasero. ¿Son las historias sólo eso, mitos urbanos?
Ciertamente no son mitos. Trabajé en una empresa que reemplazó toda una pequeña oficina de equipos después de que un rayo destruyó todos los dispositivos conectados a Ethernet en el edificio. Chips explotados, etc. El rayo supuestamente cayó muy cerca de un cable Ethernet enterrado.
El asesino no es lo que se induce en el cable, sino lo que se clava directamente en el suelo. Es normal que diferentes edificios tengan diferencias de potencial de tierra que no son muchos voltios, pero pueden suministrar muchos amperios. Es menos normal que los voltajes excedan los mil voltios, pero en caso de que caiga un rayo cerca de cualquiera de los edificios, definitivamente puede suceder.

¿No puede usar un cable blindado, como el coaxial de TV por cable, y conectar a tierra el blindaje? Si no es coaxial, entonces algún tipo de par trenzado blindado ... Estoy seguro de que puede encontrar CAT3 blindado (cable telefónico).

Ciertamente posible, pero ¿necesario?
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