Программа мигания светодиодом является, пожалуй, первой программой, которую пишут начинающие радиолюбители при изучении платформы Arduino. Эта программа очень проста и не требует подключения к плате Arduino каких-либо дополнительных устройств. Но если с помощью платы Arduino необходимо включать какое-либо достаточно мощное устройство, то здесь уже не обойтись без помощи реле.
В этой статье мы рассмотрим подключение реле к плате Arduino и мигание с ее помощью электрической лампой переменного тока. В этом проекте мы не будем использовать никакого специального драйвера для управления реле (например, ULN2003) – для этой цели мы будем использовать NPN транзистор.
Модуль реле HL-52S для Ардуино
В качестве примера для этого урока по реле Arduino мы будем использовать 2-канальный релейный модуль HL-52S, который имеет 2 реле с номиналами 10 А при 250 и 125 В переменного тока и 10 А при 30 и 28 В постоянного тока. Выходной разъем высокого напряжения имеет 3 контакта, средний является общим контактом, и, как видно из маркировки, один из двух других контактов предназначен для нормально разомкнутого соединения, а другой — для нормально замкнутого соединения.
На одной из сторон модуля у нас есть 2 набора контактов. Первый имеет 4 контакта, заземление и контакт VCC для питания модуля и 2 входных контакта In1 и In2. Второй набор контактов имеет 3 контакта с перемычкой между JDVcc и контактом Vcc.
Внимание! При такой конфигурации электромагнит реле получает питание напрямую от платы Arduino, и если что-то пойдет не так с реле, микроконтроллер может быть поврежден.
Автоматическое реле Bosch Cube. Распиновка и описание
Эти реле могут обеспечивать различные напряжения и силу тока. То реле, о котором пойдет речь дальше обеспечивает напряжение 12 В и силу тока 20/30 А. То есть, при замкнутых контактах сила тока составляет 20А, при разомкнутых — 30 А.
Кроме того, на моем реле сопротивление катушки примерно равно 95 Ом.
Сила тока, которая нужна для катушки гораздо больше чем та, которую может предоставить Arduino, но ее становится вполне достаточно после использования транзистора TIP122, который выдает 5 А.
Принципиальная схема
Для лучшего понимания работы с реле Ардуино давайте рассмотрим принципиальную схему релейного модуля в этой конфигурации. Таким образом, мы можем видеть ниже, что 5 вольт от нашего микроконтроллера, подключенного к выводу Vcc для активации реле через оптрон, также подключены к выводу JDVcc, который питает электромагнит реле. Таким образом, в этом случае мы не получили изоляции между реле и микроконтроллером.
Чтобы изолировать микроконтроллер от реле, нам нужно снять перемычку и подключить отдельный источник питания для электромагнита к JDVcc и контакту заземления. Теперь с этой конфигурацией микроконтроллер не имеет физического соединения с реле, он просто использует светодиодную подсветку ИС оптопары для активации реле.
Есть еще одна вещь, которую следует отметить в этой принципиальной схеме. Входные контакты модуля работают в обратном порядке. Как мы видим, реле будет активировано, когда входной контакт будет НИЗКИМ, потому что таким образом ток сможет течь от VCC к входному контакту, который является низким или заземленным, светодиод загорится и активирует реле. Когда входной вывод будет ВЫСОКИМ, ток не будет течь, поэтому светодиод не загорится и реле не будет активировано.
Предупреждение о высоком напряжении! Прежде чем мы продолжим изучение этого урока, предупреждаем вас, что будет использоваться высокое напряжение, которое в случае неправильного использования может привести к серьезным травмам или смерти. Поэтому будьте очень осторожны в том, что вы делаете! Проект ArduinoPlus.ru не несет никакой ответственности за любые ваши действия.
Проверка
Отключите ваш USB кабель от персонального компьютера и подключите внешний источник питания к Arduino и реле. Дайте вашему миикроконтроллеру время для перезагрузки. Если все было сделано правильно, вы должны услышать характерный клик реле, которое будет замыкать и размыкать контакт через каждые две секунды.
P.S. В данном проекте в качестве источника питания использовался аккумулятор от машины на 12 Вольт, но можно использовать и другой.
Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!
Как использовать релейный модуль с устройствами высокого напряжения
Сначала давайте посмотрим на принципиальную схему. Как описано ранее, мы будем использовать адаптер 5 В в качестве отдельного источника питания для электромагнита, подключенного к JDVcc и заземляющему выводу. Вывод Arduino 5V будет подключен к выводу Vcc модуля, а вывод 7 к входному выводу In1 для управления реле. Теперь для части «высокое напряжение» нам понадобится вилка, розетка и кабель с двумя проводами. Один из двух проводов будет обрезан и подключен к общему и нормально разомкнутому контакту выходного разъема модуля. Таким образом, в этой конфигурации, когда мы активируем реле, мы получим замкнутую и рабочую высоковольтную цепь.
Ниже коснемся того, как сделать кабель. Нам нужны вилка, розетка и кабель. Аккуратно обрезаем кабель и обрезаем один из проводов, как показано на рисунке ниже. Подключаем их к нормально разомкнутым контактам релейного модуля. Также подключаем концы кабеля к вилке и розетке.
Примечание! Убедитесь, что вы используете другие провода, а не желтый и зеленый, так как они предназначены для заземления.
Окончательный вид кабеля, готового к использованию, ниже. Прежде чем использовать кабель, убедитесь, что он работает правильно. Вы можете проверить это с помощью мультиметра или сначала проверить его при низком напряжении.
Миниобзор: модули на базе 12 В реле. Использование в самодельном УМЗЧ.
Миниобзор релейных модулей, использование в УМЗЧ. Чисто из жадности (на перспективу) были заказаны одноканальные и двухканальные релейные модули на 12 В. Сопротивление обмотки реле 400 Ом.
1. Одноканальный модуль.
Поскольку продавец не удосужился привести схему, пришлось рисовать после получения. Вот что получилось.
Схема — полный привет. Управлять ТТЛ уровнями нельзя
(чуть было не спалил микросхему, подключив её выход ко входу модуля).
Требуется открытый коллектор или открытый сток.
На входе схемы присутствует +11,3 В. При замыкании входа на землю происходит срабатывание реле.
Модули (равно как и обзор) прождали полтора года, пока до них дело дошло.
Для одноканального модуля нашлась задача: включение усилителя мощности (УМ) синхронно с мультимедийным проигрывателем Asus O!Play HDP-R1.
Идея простая, как мычание коровы: при включении плеера на его USB-портах появляется питание 5 В, что можно использовать для управления. Да, задним умом я понял, что надо было заказывать модули с 5 В реле.
Получилась вот такая схема:
Твёрдотельное реле РКП1А (КР293КП1А) необходимо, чтобы сохранить гальваноразвязку между нулём USB-порта плеера и массой УМ. Контактная группа реле — в параллель контактам сетевого выключателя УМ.
Такая особенность сетапа.
Плеер — (HDMI кабель) — ТВ (только видео) Плеер — (оптика) — ЦАП SMSL — Громкость (PGA2311) — УМ (чисто оконечник) — АС Таким образом, плеер гальванически развязан со звуковой системой.
Тут и ежу понятно, что реле с 5 В обмоткой упростило бы реализацию. А пока что вот так:
Трёхконтактный разъём — от вентилятора. РКП1А на проводах спрятано под изолентой.
Испытание: подал 5 В от повербанки, всё работает.
2. Двухканальный модуль 12 В.
Фото честно позаимствовано у продавца.
На кой бес разработчик использовал оптопары — тайна, покрытая мраком. Печатные проводники покрыты чёрным лаком, поэтому поленился срисовывать схему. Каналы имеют общий ноль (землю). На входах (аналогично одноканальному модулю) присутствует напряжение +9,6 В. Для срабатывания реле необходимо соответствующий вход «посадить» на землю.
Чувствительность (по току) каждого входа очень высокая: достаточно повесить резистор 33 кОм (между входом и землёй), чтобы реле сработало. Ток при этом около 0,3 мА.
Для двухканального модуля была припасена проверенная схема защиты акустических систем (АС) из какого-то журнала Радио 80-х годов:
Два экземпляра этой схемы (с другими номиналами) трудятся в других УМ (в одном с 90-х годов, в другом — примерно с 2012 года ). Схема была собрана в симуляторе, чтобы оптимизировать порог срабатывания (ток модуля 0,3 мА, равный току базы Q1).
R1 и C1 — это ФНЧ 1-го порядка: при появлении постоянного напряжения открывается транзистор U1 или U2. Переменная составляющая (предельный случай ~30 В (амплитудное значение), 20 Гц) уменьшается ФНЧ до значения ~0,5 В (т.е. ниже порогового напряжения открывания транзисторов U1 или U2). Поскольку U2 включен по схеме с ОБ, то чувствительность по минусовой постоянке несколько ниже, чем по плюсовой. Защита срабатывает при появлении постоянного напряжения на выходе УМ более +0,75 В или менее минус 2 В
.
Плата защиты и двухканальный модуль, установленные в корпусе УМЗЧ:
Питание — постоянка 12 В (от того же БП, от которого работает одноканальный модуль).
Проверка работоспособности защиты АС — батарейка АА 1,5 В (1,65 В на холостом ходу). Подключил на вход одного канала платы защиты (плюсом на вход): реле сработало; подключил батарейку минусом на вход, тоже сработало.
На этом всё. Подписывайтесь на мой тыртруб канал. О постройке усилителя читайте «в следующем номере». )) Всем здоровья!
Кот греется на солнце
Исходный код
Осталось написать простой код для нашего реле Ардуино и протестировать модуль на то, как он будет работать. Сам код достаточно простой, мы будем просто использовать контакт 7 для управления реле, поэтому мы определим его как выход и создадим программу, которая будет просто активировать и деактивировать реле каждые 3 секунды. Здесь я еще раз упомяну, что вход модуля работает обратно, поэтому низкий логический уровень на входе фактически активирует реле, и наоборот.
int in1 = 7; void setup() { pinMode(in1, OUTPUT); digitalWrite(in1, HIGH); } void loop() { digitalWrite(in1, LOW); delay(3000); digitalWrite(in1, HIGH); delay(3000); }
Были протестирована 3 устройства на основе данного примера. Сначала лампочка мощностью 100 Вт, затем настольная лампа и тепловентилятор. Все эти устройства работают на 220В. Таким образом возможно управлять любым высоковольтным устройством с помощью Arduino или любого другого микроконтроллера. И, конечно, возможности безграничны, например, мы можем управлять устройствами с помощью пульта дистанционного управления телевизора, Bluetooth, SMS, Интернета и так далее.
Автоматический светильник или уличный фонарь
С помощью контроллера, реле и датчика света можно сделать несложный автоматический светильник. Контроллер будет зажигать лампу в момент, когда уровень света на датчике станет меньше заданного значения.
В качестве датчика используем готовый модуль на основе фоторезистора. Подключим все три устройства по следующей схеме.
Принципиальная схема
Внешний вид макета
Подключение твердотельного реле
Принцип подключения прост. В приборе предусмотрены управляющие входы (на них подается напряжение с четким соблюдением полярности) и выход для подключения нагрузки. Важный момент — качество соединения. Здесь применяется винтовой способ (пайка исключена).
Чтобы избежать повреждения ТТР, важно исключить попадание на контакты пыли, а также посторонних механических элементов. Стоит предусмотреть меры, препятствующие негативному воздействию на кожух прибора (во включенном или отключенном состоянии).
После включения запрещено прикасаться к корпусу, который может быть горячим. Обратите внимание, чтобы ТТР не располагалось вблизи легковозгораемых материалов. Кроме того, в процессе подключения убедитесь, что коммутация выполнена без ошибок.
Если после включения изделие набирает температуру выше 60 градусов Цельсия, установите на него радиатор для охлаждения (причины и особенности этой защитной меры рассмотрены выше).
Если ничего не предпринять, при достижении 80 градусов Цельсия прибор перестанет работать. Управление осуществляется при помощи цепочки с различными вариантами исполнения.
Принцип действия
Зная конструктивные особенности твердотельного реле, легче понять принцип его действия. В приборе взаимодействуют два сигнала — управляющий и управляемый, что обеспечивается благодаря гальванической развязке.
В некоторых моделях ТТР эту функцию берет на себя оптрон. Напряжение, обеспечивающее управление устройством, подается и на светодиод.
Свечение последнего поступает на фотодиод, что приводит к появлению тока, включению МОП или тиристора для управления подключенным аппаратом.
Кроме того, в процессе создания схемы допускается применение специальных оптоэлектронных устройств — опто- и фототиристоров.
Отличия и плюсы твердотельных реле (в сравнении с электромеханическими)
При выборе ТТР у покупателя возникает ряд вопросов — зачем переплачивать за твердотельное реле, в чем его преимущества перед стандартными электромеханическими устройствами. Выделим главные плюсы:
- Небольшие габариты, что исключает проблемы с поиском места для монтажа.
- Отсутствие шума и вибрации. Это важно, если устройство устанавливается в помещениях, где находятся люди.
- Высокая скорость коммутации.
- Продолжительный ресурс, обусловленный отсутствием износа механической и электрической части.
- Постоянное выходное сопротивление, которое не меняется в течение срока эксплуатации. Кроме того, контактные группы не подвержены окислительным процессам.
- Нет резких изменений напряжения в процессе переключения.
- Нет искр, что расширяет сферу применения. Его установка допускается на объектах, где имеются повышенные риски взрывов и появления пожара.
- Низкая чувствительность к внешним факторам, к примеру, появлению магнитных полей, вибрациям, повышенному уровню пыли или магнитным полям.
- Высокий уровень сопротивления между выходом и входом.
- Низкое потребление энергии.
- Большое число коммутаций, которое не ограничивается производителем. В реальности оно достигает 109.
Выбор твердотельного реле
При покупке ТТР стоит учесть ряд особенностей устройства, что поможет сделать правильный выбор. Для сравнения классические устройства способны выдерживать перегрузки, возникающие на небольшое время и не превышающие полутора или двукратного номинального тока.
Если правильно подойти к вопросу эксплуатации, хватит обычной чистки контактов.
В случае с твердотельными реле ситуация обстоит хуже. Если номинальный параметр тока превышен в 1,5 и более раз, прибор можно выбросить. Вот почему при выборе ТТР для питания активной нагрузки стоит брать запас по току в два-четыре крата.
Если изделие планируется применять в цепи пуска АД, этот показатель стоит увеличить в шесть-десять раз. При таком подходе придется переплатить, но зато повышается срок службы подключенного прибора и надежность его работы.
Недостатки
Кроме положительных качеств твердотельных реле, стоит выделить и ряд недостатков:
- В открытом виде происходит нагрев изделия из-за высокого сопротивления в цепи p-n перехода. Чтобы избежать негативных последствий в приборах, пропускающих через себя повышенные токи, требуется предусмотреть охлаждение.
- В закрытом виде сопротивление увеличивается, и появляется обратный ток утечки (измеряется в мА).
- При съеме вольтамперной характеристики заметен ее нелинейный характер.
- Некоторые виды твердотельных реле требуют строго соблюдения полярности при подключении выходных цепей. Это касается тех приборов, которые рассчитаны на работу в условиях постоянного тока.
- В случае поломки высок риск перекрытия контактов на входе. Причиной может стать пробой силового ключа. Для сравнения контакты классических реле (при выходе из строя) остаются в разомкнутом виде.
- Требуется защита от ошибочных срабатываний, вызванных бросками напряжения. Это обусловлено высокой скоростью срабатывания.
- Твердотельные реле пропускают ток по обратному пути с небольшой задержкой, что обусловлено применением полупроводниковых элементов в схеме.
Виды твердотельных реле
ТТР условно разделяются по двум критериям — принципу действия и конструктивным особенностям. Чтобы упростить классификацию, выделим следующие варианты:
- По виду сигнала управления — переменный или постоянный I.
- По типу основного (коммутируемого) напряжения — постоянное или переменное.
- По числу фаз (для переменного напряжения) — одна, три.
- По наличию реверса — предусмотрен, не предусмотрен.
- По тонкостям конструкции — на ДИН-рейке или на поверхности.
