プルダウン回路の入力リレースイッチの延長について

質問

スイッチの状態をマイコンで読み取ろうとしていますが、
下記のような構成で、SWとマイコンの距離が3m位を
考えています。

ところが、距離があると誤動作するというネットでの書き込みがあり、
調べてみましたが理由が自分には分からないので、

(1)なぜ、距離のある配線だと誤動作するのか
(2)誤動作を解決する方法

について教えて下さい。
よろしくお願い致します。

VCC
|
リレーSW
|
マイコンのデジタル入力
|
10kΩ
|
GND

回答No.2

Nebusoku3 · ベストアンサー

1)なぜ、距離のある配線だと誤動作するのか
長い距離にある配線にはいろんな電気ノイズが入りやすいです。（１００Vの交流からも影響を受けますし、静電気の放電などからも影響を受けます。）
マイコンの入力は通常、アナログでなければ　H　L　（ハイ　ロー）　のロジックで受けています。その　H　L　を判定する電圧の差の部分に先ほどの電気ノイズが入ると誤判定をしてしまいます。　たとえば　２．５V程度でそれ以上を　H　それ以下を　L　と判定しているとすれば、０．１V程度のノイズがあっても誤判定ですね。（実際はもっと余裕がありますが説明のため）

(2)誤動作を解決する方法
●間にフォトカップラーをお使いになることをお勧めします。
基本的に長距離の場合はノイズの影響を受けやすくなりますが、フォトカップラー場合、LEDで受けていますから、ノイズによる点灯のちらつきを受けにくくなります。
下の参考URLにあるのはプルダウンの例ではありませんが、簡単にプルダウンの形に直せますよね？
参考：
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A9%E3%83%88%E3%82%AB%E3%83%97%E3%83%A9

こちらもご参考に：
http://miqn.net/periph/68.html

お礼

Nebusoku3 さん
有難う御座います。
静電気のノイズなど、考えていませんでした。
フォトカップラーで試してみます。

ベストアンサーにさせて頂きます。
他の方も含めて有難く思っています。
また何かありましたら、よろしくお願い致します。

回答No.4

teppou

＞(1)なぜ、距離のある配線だと誤動作するのか
　これは、他の皆さんのご回答の通り、ノイズが乗りやすくなるからです。
　＞(2)誤動作を解決する方法
　これについては、3m 程度の距離であれば、シールド線で十分だと思いますが、ちょっと余分なことを書いてみます。
　ノイズと言うものは、落雷によるものなどを除けば、電圧は高くても電力はごく小さいのです。
　マイコンなどのデジタルICなどは、電圧で動作し、入力インピーダンスが非常に高いので、ノイズの影響を受けやすいと言えます。
　ノイズ除去方法としては、シールド線を使うのが一般的ですが、それでもノイズが乗ってくることもあります。
　別の対策として、回路のインピーダンスを下げるという方法もあります。
　ノイズの電力は小さいので、インピーダンスを下げると電圧も下がるというわけです。
　リレーで受けると回答されている方がいますが、これも見方を変えるとインピーダンスの低い回路でいったん受けると考えることもできます。
　一般に、計装用信号線には「4-20mA」直流信号を使います。
　詳細は、検索していただくとして、要するに電圧信号を電流信号にかえて伝送し、また電圧信号にかえて、マイコンなどの入力に使います。
　こうすると、信号線のインピーダンスを低くできるので、ノイズに強くなります。
　「4-20mA」専用ICもありますが、少し面倒ですので、トランジスタやOPアンプなどでインピーダンス変換をするのがよいと思います。
　もちろん、リレーやフォトカプラの活用もよいと思います。
　また、シールド線を使う場合、２芯線のシールド線を使い、シールドの片側だけシャーシ・アースをするのがよいとされています。
　シールドに信号を流さず、また回路を構成しないようにするということです。
　御質問内容からすると、大げさな回答になったかもしれませんが、参考になれば幸いです。

お礼

teppou さん

回路をより深く考えるきっかけになりました。
あと、色々なところに応用できそうなご助言でとても有用です。

実際に回路のインピーダンスを下げるにはどうすればいいかを調べて
やってみようと思います。

ありがとう御座いました。

回答No.3

koujikuu

私ならば、外部スイッチを一旦リレーで受けてからマイコンにつなぎます
マイコン入力は、C-MOS構造なのでノイズに弱く、電源電圧以上の電圧が加わると故障の原因になります
（フォトカプラ or TTL-IC で受けるにしてもシールドケーブルが必要）

お礼

koujikuu さん

図まで書いていただき、有難う御座います。
大変勉強になります。
リレーの電源系統を別途用意してリレーで受けると確かにノイズからは
完全に切り離せそうですね。フォトカップラーと並行して回路を組んで
確認してみようと思います。

一つ確認させて下さい。
マイコンの5V電源と共有で5Vリレーを駆動した場合、ノイズは電源の
ノイズ対策のコンデンサーに吸収されれば、マイコン側の電源には
回り込まないと考えてもいいのでしょうか。
それともやはり電源を分けるべきでしょうか。

考えられるノイズ
1. 人の静電気
2. 電子レンジ（隣の部屋）
3. 雷
4. 携帯電話
5. 屋内無線LAN

ちなみに電源は、こちらの、６－４．AC100Vを直流にする
の部分をそのまま使わせてもらおうとしています。
http://www.apony.com/elec/elec4/elec4.html

考えているうちに、主題とは違う電源に関する質問になってしまったので、
もしお時間があればで結構です。
ノイズの条件もかなりあやふやですので。。。

回答No.1

shintaro-2

＞(1)なぜ、距離のある配線だと誤動作するのか

距離が長い→いろいろな周波数のアンテナになりやすい→
ノイズを拾いやすいということでしょう

マイコン等の小電力で動くものなら、
小電力のノイズでも誤動作しやすいということです。

＞(2)誤動作を解決する方法

解決ではなく、防ぐ方法ですよね？

原因を無くすか、発生時の対策を採ることです。

シールド線を使うか、スイッチ出力と何か信号の論理をとって誤動作しないようにするということです。

お礼

shintaro-2さん有難う御座います。
よく理解できました。
有難う御座います。