Actualmente estoy trabajando en un proyecto donde necesito algunos cables muy largos (unos 20 metros, y eso es 40 metros en ambos sentidos), que se conectarán a un botón que se utilizará para activar un pin en el controlador (ATmega8).

Debido a los problemas esperados de caída de voltaje, he optado por tirar de la clavija de E / S hacia arriba y pasar a tierra a través del botón (el botón tira de la clavija de E / S hacia abajo y la activa).

De ahí mi pregunta: ¿Habrá algún problema al usar cables tan largos cuando conecte tierra a través de ellos, en lugar del nivel de voltaje Vcc (5V)?

¿La tierra sufre de "caída de voltaje" como problemas?

No, no lo hace (pero ...)

Tierra, por definición, es el punto cero en un circuito, por lo que no puede experimentar "caída". Los cables de tierra (por ejemplo, las conexiones a tierra) están sujetos a la Ley de Ohm como cualquier otro cable.

Este es su circuito como mejor entiendo por su descripción:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Desde la perspectiva de Arduino, el suelo es una gran lámina de lámina de cobre enterrada dentro de la placa de circuito. Todas las determinaciones de voltaje (y, por lo tanto, niveles lógicos: alto / bajo, 0/1, verdadero / falso, etc.) se derivan de la comparación de la energía potencial de la señal con la energía potencial de esta lámina de aluminio (que generalmente está conectada, en última instancia, a una batería / terminal negativo de la fuente de alimentación).

Los cables largos están bien en su aplicación porque ...

En su pregunta, le preocupan las pérdidas de voltaje en un cable a tierra (el cable que conecta la pata del interruptor a tierra). Este cable puede (y lo hará) desarrollar un voltaje a medida que la corriente fluye a través de él (ley de Ohm) y así "caer" en su comprensión, pero esta caída no es lo suficientemente significativa como para causar problemas debido a la forma en que está diseñado el circuito del interruptor:

R3 es típicamente tres órdenes de magnitud mayor que la resistencia en la ruta del cable a través del interruptor. Cuando el interruptor está abierto, la resistencia es casi infinita y el voltaje en el nodo Arduino GPIO es igual a V1. Cuando SW1 está cerrado, la resistencia entre el nodo Arduino GPIO y la tierra es ahora la resistencia de los dos cables al interruptor y al interruptor en sí.

Cable 24AWG (el tipo utilizado en cables de red y otros sistemas de cables pequeños es de aproximadamente 0.085 ohmios / metro). ¡Podrías ir más de un kilómetro antes de alcanzar los 100 ohmios! Incluso a estos grandes valores resistivos, la resistencia total en la ruta del cable sería inferior a 250 ohmios y, por lo tanto, representaría solo el 2.5% del voltaje total (por ejemplo, todavía casi 0 y ciertamente lo suficientemente bajo como para que el Arduino lo lea como lógica 0).

No todos los "motivos" son iguales ...

El concepto de tierra está definido para el sistema. Si tiene múltiples sistemas, puede haber diferencias entre sus respectivas bases.

@Techydude señala varios ejemplos interesantes de este problema:

cables largos en el ejemplo anterior, los planos de tierra de la PCB, los pines de tierra de los chips, los cables de enlace entre los pines y la matriz de silicio, y las vías de silicio mismas.

Esta relación relativa a tierra ocurre porque el voltaje en sí mismo es relativo . El voltaje es la diferencia en energía potencial entre dos puntos. "Tierra" es solo el nombre dado al segundo punto cuando todos los voltajes en un análisis comparten este mismo segundo punto. Si no lo hacen, experimentará (y tendrá que tener en cuenta) la caída de sus conexiones a tierra.

Bueno, sí. La ley de Ohm todavía se aplica.

Tus cables largos tienen una resistencia. Si está pasando corriente a través de esos cables, se caerá un voltaje a través de los cables: V = I * R.

Sin embargo, si ha diseñado bien su circuito (y ha utilizado cables decentes), la corriente es pequeña y R es pequeña, por lo que la diferencia de voltaje no es demasiado grande.

Tendrá que determinar la corriente usted mismo; sin un esquema no podemos decir si la corriente será insignificante.

La conexión a tierra, ya sea en un cable o en una placa de circuito, sufre una caída de voltaje al igual que cualquier otra conexión. Sin embargo, si diseña el circuito correctamente, necesita tan poca corriente para detectar el cierre de un interruptor que la caída de voltaje es el menor de sus problemas. Debe asegurarse de que el ruido y los transitorios inducidos en sus 40 m de cable no entren y dañen el procesador. Para esto, necesitará un filtro de paso bajo RC simple en la entrada al procesador

Este es tu circuito:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Entonces, usando una regla simple de divisor de voltaje, puede descubrir que el voltaje en el pin será

Sí, la caída de voltaje estará presente, pero no por lo que piensas. Dependiendo de la resistencia del cable, el punto medio, su entrada, verá un divisor de voltaje. La mitad superior será su pull-up (digamos 10kΩ), mientras que la mitad inferior será su cable. No importa si el cable es la mitad inferior o superior del divisor de voltaje, todo lo que cambia es qué lado ve el efecto más grande.

Un diagrama para demostrar.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Suponiendo que el cable Ethernet Cat5, con una resistencia nominal de 0.0849Ω por metro, a 20 metros es 1.669Ω. Con una resistencia pull-up de 10kΩ y una fuente de 5V, eso significa que tenemos una resistencia en serie de 10kΩ + 1.669Ω + 1.669Ω = 10,003Ω. Use la Ley de Ohm, I = V / R, 5V / 10003Ω es igual a 0.000499 Amps o 0.499 MICROAMPS . Como la corriente es la misma en un circuito en serie, podemos encontrar el voltaje caído por la resistencia del cable. V = I * R, o 0.000499A * 1.669Ω = 0.000832 Voltios, o 832 MICROVOLTOS .

Debido a que su corriente a través de estos cables es muy baja, el voltaje caído por ellos también es bajo.

En medio de toda esta discusión sobre la Ley de Ohm, no pase por alto la respuesta de @ SteveG. No dice qué valor de resistencia de pull-up planea usar, pero si está pensando en usar solo los pull-ups internos en el ATmega8, tenga en cuenta que pueden llegar a alcanzar los 50k Ohms. Esa es una impedancia bastante alta para colgar un cable de 20 metros, y parece que solo está pidiendo problemas de ruido. Tampoco dice qué tipo de cable está utilizando (par trenzado, blindado, etc.) o en qué tipo de entorno espera que opere.

Llevaría su sugerencia aún más lejos, y no solo le pondría un filtro RC, sino que si me preocupara por hacer estallar mi microprocesador (que generalmente me importa), le pondría un búfer externo. Los pines ATmega8 GPIO tienen unos pocos cientos de milivoltios de histéresis, pero con un cable tan largo aún podría tener problemas de ruido incluso sin dañar nada. Un receptor externo también le permitiría adaptar los umbrales de voltaje para obtener la mejor inmunidad al ruido sin depender de las características de entrada del uP.

Aunque tiene algunas ideas falsas, primero abordaré los circuitos.
Usando el circuito DrFriedParts, la resistencia equivalente de cada cable de 20 m es de aproximadamente 2 ohmios. Esto significa que puede usar de manera segura una resistencia pull-up de 1k ohm.
Estoy de acuerdo con otros en que el ruido de RF podría ser su peor problema. Debe usar, al menos, un cable de par trenzado blindado , con el escudo atado a la tierra de la PCB .

Con respecto a los "efectos de caída de voltaje que sufren tierra", debe diferenciar entre la referencia de tierra y el cable de tierra.
La "referencia de tierra" suele ser el punto más negativo de un circuito.
El "cable de tierra" es un cable atado a la referencia de tierra.

Como se puede ver en el circuito DrFriedParts, el cable que va del interruptor a "referencia de tierra" se considera el cable de tierra , el cable que va del interruptor a GPIO se considera el cable alto. No hay diferencia entre los cables. Ambos tienen 20 m de largo y tienen una resistencia de aproximadamente 2 ohmios, cada uno. Entonces, si fluye una corriente de 50 mA, habrá una caída de 0.1 voltios en cada uno de los cables. Esto muestra que los cables a tierra "sufren caídas de voltaje", como cualquier otro cable.

Cuando el interruptor está abierto, el GPIO estará "alto" (más de 3v), y cuando el interruptor esté cerrado, el GPIO estará "bajo" (menos de .2v).