Metto in evidenza la mia risposta ad una domanda di un utente in riferimento ai problemi causati dalla lunghezza delle linee che collegano Arduino ai dispositivi elettronici.

Marco sei gentilissimo, grazie 🙂
Immagino che tu ti stia riferendo ai collegamenti diretti dei tuoi dispositivi elettronici ad Arduino, è un problema tipico che mi trovo spesso ad affrontare, inoltre l’attività di automazione del controllo di un plastico di trenini è qualcosa che spesso viene svolto a scuola.

Di seguito ti faccio una lista di problemi e soluzioni in riferimento alle problematiche di collegamento, sono molto sintetiche perché sono tratte dalle slide per i miei studenti, quindi sono quasi un copia ed incolla dalle slide sono strutturate a lista puntata con sintesi di spiegazione spero sia sufficiente per risolvere il tuo problema.

Spero di non spaventare con la risposta, in realtà mentre scrivo è diventata una guida sulle possibili cause del problema che stai riscontrando, credo che tu possa risolvere seguendo i 3 passi che trovi alla fine di questa risposta, (al fondo dove scrivo: “ATTENZIONE giusto per non spaventare“), credo che risolverai al PASSO 1.

Allora come dici: perché “allungando i fili di 2 metri il giochino non funziona più?”

Le cause possono essere:

1. Caduta di tensione sui cavi (power)
A 2 m il cavo introduce resistenza: se il dispositivo assorbe corrente (anche solo un relè, un servo o una striscia LED), la tensione arriva più bassa al carico.
Sul banco hai 5V applicati al dispositivo, sul plastico può diventare “4.4–4.7 V” e alcuni moduli iniziano a fare cose strane (reset, letture errate, relè che non agganciano, servo che impazziscono).

Sintomi tipici: Arduino che si resetta quando scatta un relè/servo, sensori instabili, moduli che “a volte sì a volte no”.

2. Disturbi elettromagnetici e ritorni di massa (ground)
Nel plastico ci sono spesso motori, bobine, elettromagneti, alimentatori switching: generano disturbi. Con cavi lunghi aumenta l’area del “loop” e quindi la sensibilità ai disturbi.
In più, se la massa (GND) non è distribuita bene, il riferimento logico “0 V” non è più uguale dappertutto: per Arduino un “HIGH” può non essere più così HIGH 🙂

Sintomi tipici: ingressi digitali che cambiano da soli, finecorsa che “rimbalzano” anche senza toccarli, comunicazioni che falliscono.

Precisazione: quando dico area di “loop” intendo l’area racchiusa dal percorso andata + ritorno della corrente

• andata: dal pin Arduino (o dall’alimentazione) verso il componente tramite il filo del segnale o del +V
• ritorno: dal componente che torna a GND (massa) e rientra verso Arduino/alimentatore

Questi due fili (andata e ritorno) formano, di fatto, una spira. Più i due conduttori sono lontani tra loro, più la spira ha area grande.

Una spira con area grande:

• capta disturbi (si comporta come un’antenna “ricevente”)
• irradia disturbi (si comporta anche come un’antenna “trasmittente”), soprattutto se nel loop scorrono correnti impulsive (relè, motori, servo)

Ti faccio un esempio pratico che riguarda il tuo progetto:

• caso “peggiore”: cavo del segnale che va da solo lungo il plastico, e il ritorno GND passa da un’altra parte (magari su una barra massa distante). Loop grande > più problemi.
• caso “migliore”: segnale e GND viaggiano vicini (idealmente intrecciati). Loop piccolo > molto più robusto.

Come risolvere in questo caso

Per ogni collegamento “lungo”:

• porta SEMPRE insieme segnale + GND (o +V + GND) nello stesso cavo
• meglio ancora: usa doppino intrecciato (twisted pair): riduce l’area del loop e quindi la sensibilità ai disturbi

3. Linee di segnale troppo “deboli” (capacità + riflessioni)

Un cavo lungo aggiunge capacità e a volte riflessioni/ringing (fronti ripidi su linee non terminate).
Se stai usando bus come I²C o SPI, 2 metri sono spesso già fuori specifica senza accorgimenti.

Sintomi tipici: sensori I²C che non vengono più visti, display che si bloccano, letture non valide, bus che va in errore.

Vediamo ora come risolvere

A. Separare “potenza” e “segnale” (è fondamentale!)

• non alimentare carichi (relè, servo, bobine, LED) direttamente dal 5 V di Arduino via cavo lungo
• porta vicino al carico un’alimentazione adeguata (es. 12 V o 5 V robusti) e usa Arduino solo come controllo.

Regola pratica: Arduino = cervello; alimentazione carichi = linea dedicata.

B. Distribuzione corretta delle masse: “stella” e ritorno dedicato

Fai arrivare GND e V+ insieme (coppia) verso ogni nodo, evitando catene lunghe tipo “daisy chain”.
Preferisci una distribuzione a stella: un punto di alimentazione centrale e rami separati.

Quando dico: “daisy chain” intendo un cablaggio in cui l’alimentazione (o la massa) passa da un dispositivo al successivo, uno dopo l’altro, invece di partire da un punto centrale con rami separati.

C. Aggiungere decoupling vicino al dispositivo

Vicino al modulo/attuatore metti:

• 100 nF tra Vcc e GND (molto vicino ai pin del dispositivo)
• 10–100 µF (elettrolitico o tantalio) per assorbire picchi
• Per carichi “sporchi” (servo/relè): anche 220–470 µF può fare la differenza.

D. Protezione dai disturbi dei carichi induttivi

Se ci sono relè, elettromagneti, motori:

• diodo di ricircolo sulla bobina DC (flyback)
• driver corretti: transistor/MOSFET + resistenza di gate/base (non pilotare bobine da un pin)
• se usi moduli relè, verifica che siano adatti e ben alimentati.

E. Rendere robusti gli ingressi (pull-up/pull-down e filtraggio)

Per finecorsa, pulsanti, sensori ON/OFF su cavi lunghi:

• usa pull-up/pull-down esterni (tipico 4.7 kΩ–10 kΩ), non solo quelli interni di Arduino
• valuta un piccolo filtro RC (es. 10 kΩ + 100 nF) o debounce software più aggressivo
• usa cavo twisted pair (segnale + GND intrecciati) e, se necessario, cavo schermato con schermo a massa da un solo lato.

F. Se stai usando I²C/SPI: cambiare approccio

I²C: 2 m spesso non è affidabile senza buffer. Possibili soluzioni:

• abbassare la velocità (es. 100 kHz o meno)
• pull-up più “forti” (es. 2.2 kΩ–4.7 kΩ, da dimensionare)
• usare extender/buffer I²C (PCA9515/P82B96 o moduli equivalenti)

SPI: su 2 m è complicato; meglio evitare.

Alternativa molto usata nei plastici: portare i dati con RS-485 (robusto, economico) e mettere “nodi” remoti.

G. Architettura consigliata per un plastico “grande”

Per distanze e affidabilità:

• un “master” Arduino centrale
• vari “nodi” vicini alle utenze (Arduino Nano/ATtiny/ESP32, ecc.)
• collegamento masternodi con RS-485 (o CAN) su doppino intrecciato
  in questo modo i cavi lunghi portano solo comunicazione robusta, e i carichi stanno vicino al loro alimentatore/driver.

Ora per fare una verifica immediata io mi comporterei in questo modo:

• misura la tensione ai capi del dispositivo quando è collegato con 2 m (sotto carico). Se scende sotto ~4.8 V (per sistemi a 5 V) hai già trovato un colpevole.
• prova a collegare GND dedicato (segnale + GND insieme nello stesso cavo/coppia)
• metti 100 nF + 47–220 µF vicino al modulo remoto
• se ci sono relè/servo, prova con alimentazione separata per i carichi e massa comune
• se è I²C: riduci la velocità e/o valuta un buffer; se è SPI: valuta di cambiar bus.

ATTENZIONE giusto per non spaventare

Non è necessario applicare tutti i punti A–G: sono una “cassetta degli attrezzi”, non una lista obbligatoria.

Il problema nasce quasi sempre da una di queste 3 cause principali:

1. alimentazione che cala sul carico (caduta di tensione e picchi di corrente)
2. disturbi e massa non “pulita” (loop grande, ground bounce)
3. bus di comunicazione non adatto alla distanza (I²C/SPI su cavo lungo)

Per questo conviene procedere per gradi (mi ripeterò rispetto a quanto scritto sopra):

PASSO 1 (quasi sempre risolutivo)

• porta alimentazione robusta vicino al carico (non dal 5 V di Arduino su 2 m)
• metti condensatori vicino al modulo (100 nF + 47–220 µF)
• porta segnale + GND insieme (meglio doppino intrecciato)

Se dopo questi tre punti funziona, ti fermi qui.

PASSO 2 (se ci sono relè/servo/motori)

• usa driver corretti (MOSFET/transistor) e diodo di ricircolo per bobine
• separa la potenza dalla logica (alimentazioni dedicate o almeno ben filtrate)

PASSO 3 (solo se stai usando I²C/SPI su distanza)

• abbassa la velocità, rinforza i pull-up, oppure cambia approccio (buffer, RS-485, nodi remoti)

Questa risposta è diventata alla fine un articolo 🙂 se mi permetti lo metto in evidenza come post e se mi riesce ne faccio più avanti un nuovo progetto didattico in cui controllare un plastico di trenini con architettura a dorsale (bus RS-485) + nodi remoti.

Grazie
Con l’occasione ti auguro buone feste.