В статье описывается такое электронное устройство как реле, кратко объясняются принципы его работы, а также рассматривается подключение модуля с реле постоянного тока к Arduino на примере управления светодиодами.
Реле - это электромеханическое устройство для замыкания и размыкания электрической цепи. В классическом варианте реле содержит электромагнит, который управляет размыканием или замыканием контактов. Если в нормальном положении контакты реле разомкнуты, а при подаче управляющего напряжения замыкаются, такое реле называется замыкающим. Если в нормальном состоянии контакты реле сомкнуты, а при подаче управляющего напряжения размыкаются, такой тип реле называется размыкающим.
Кроме того, существует множество других видов реле: переключающие, одноканальные, многоканальные, реле постоянного или переменного тока, и другие.
Будем использовать модуль с двумя одинаковыми реле типа SRD-05VDC-SL-C или аналогичный .
Модуль имеет 4 разъёма: силовые разъёмы K1 и K2, управляющий разъём и разъём для подачи внешнего питания (с джампером).
Реле типа SRD-05VDC-SL-C имеет три контакта для подключения нагрузки: два крайних неподвижных, а средний - переключающийся. Именно средний контакт является своего рода «ключом», который коммутирует цепи тем или иным образом. На модуле есть подсказка, какой именно контакт реле является нормально замкнутым: маркировка "K1" и "K2" соединяет средний контакт с крайним левым (на фото). Подача управляющего напряжения на вход IN1 или IN2 (слаботочный управляющий разъём) заставит реле скоммутировать средний контакт контактной группы K1 или K2 с правым (силовой разъём). Ток, достаточный для переключения реле - около 20 мА, цифровые выводы Arduino могут выдавать до 40 мА.
Разъём для подачи внешнего питания используется для того, чтобы обеспечить гальваническую развязку платы Arduino и модуля реле. По умолчанию, на разъёме между штырьками JD-VCC и VCC имеется перемычка. Когда она установлена, модуль использует для питания напряжение, поданное на вывод VCC управляющего разъёма, а плата Arduino не имеет гальванической развязки с модулем. Если нужно обеспечить гальваническую развязку модуля и Arduino, необходимо подавать питание на модуль через разъём внешнего питания. Для этого убирается перемычка, и дополнительное питание подаётся на контакты JD-VCC и GND. При этом питание на вывод VCC управляющего разъёма также подаётся (от +5 В Arduino).
Кстати, реле может коммутировать не только слаботочную нагрузку, как в нашем примере. С помощью реле можно замыкать и размыкать достаточно большие нагрузки. Какие именно – нужно смотреть в техническом описании к конкретному реле. Например, данное реле SRD-05VDC-SL-C может коммутировать сети с током до 10 А и напряжением до 250 В переменного тока или до 30 В постоянного тока. То есть его можно использовать, например, для управления освещением квартиры.
От фамилии британского учёного лорда Рэлея - 28.6%
От процедуры смены уставших почтовых лошадей - 57.1%
От названия физической величины измерения яркости - 0%
В данном примере нам не нужна гальваническая развязка Arduino и модуля реле, поэтому будем питать модуль напрямую от платы Arduino, а джампер оставим на своём месте. Соберём схему, как показано на рисунке. Используемые резисторы - 220 Ом, светодиоды любые.
Будем поочерёдно зажигать пару светодиодов одного цвета, и каждую секунду переключаться на пару другого цвета. Напишем вот такой скетч.
Const int relay1 = 2; // пин управления 1-ым реле const int relay2 = 3; // пин управления 2-ым реле const int led1 = 4; // коммутируемый вывод - питание 1-го светодиода const int led2 = 5; // коммутируемый вывод - питание 2-го светодиода void setup() { pinMode(relay1, OUTPUT); pinMode(relay2, OUTPUT); pinMode(led1, OUTPUT); pinMode(led2, OUTPUT); // установим оба реле в исходное положение: digitalWrite(relay1, HIGH); digitalWrite(relay2, HIGH); // подадим питание на светодиоды: digitalWrite(led1, HIGH); digitalWrite(led2, HIGH); } void loop() { // переключим оба реле: digitalWrite(relay1, LOW); digitalWrite(relay2, LOW); delay(1000); // переключим оба реле обратно: digitalWrite(relay1, HIGH); digitalWrite(relay2, HIGH); delay(1000); }
Теперь загрузим скетч в память Arduino. Вот как это всё выглядит у меня. Реле громко пощёлкивают раз в секунду, а светодиоды весело моргают.
Кстати, существуют другие типы коммутирующих устройств, например, оптроны. Эти устройства не имеют механических частей, что существенно повышает их износоустойчивость и скорость срабатывания. Кроме того, они имеют меньший размер и меньшее энергопотребление.
Рано или поздно появляется желание поуправлять чем-то более мощным чем светодиод, либо создать нечто на подобие умного дома своими руками. В этом нам поможет такая радио деталь как реле. В данной статье рассмотрим как реле подключается к микроконтроллеру, как им управлять, а также устроим демонстрацию его работы на примере включения лампы накаливания.
Используемые компоненты (купить в Китае):
. Управляющая плата
Рассмотрим устройство реле на широко распространенном в области Arduino реле фирмы SONGLE SRD-05VDC.
Данное реле управляется напряжением 5V и способно коммутировать до 10А 30V DC и 10A 250V AC.
Реле имеет две раздельных цепи: цепь управления, представленная контактами А1, А2 и управляемая цепь, контакты 1, 2, 3. Цепи никак не связаны между собой.
Между контактами А1 и А2 установлен металлический сердечник, при протекании тока по которому к нему притягивается подвижный якорь(2). Контакты же 1 и 3 неподвижны. Стоит отметить что якорь подпружинен и пока мы не пропустим ток через сердечник, якорь будет удерживается прижатым к контакту 3. При подаче тока, как уже говорилось, сердечник превращается в электромагнит и притягивается к контакту 1. При обесточивании пружина снова возвращает якорь к контакту 3.
В большинстве реле модулей для Ардуино используется N-канальное управление, его мы и рассмотрим. Для примера возьмем одноканальный модуль.
Далее приведу примерную схему данного модуля. Необходимыми для управления реле являются следующие детали: резистор(R1) , p-n-p транзистор(VT1) , диод(VD1) и, непосредственно само реле(Rel1) . Оставшиеся два светодиода установлены для индикации. LED1 (красный) - индикация подачи питания на модуль, загорание LED2 (зеленый) свидетельствует о замыкании реле.
Рассмотрим как работает схема. При включении контроллера выводы находятся в высокоомном состоянии, транзистор не открыт. Так как у нас транзистор p-n-p типа, то для его открытия нужно подать на базу минус. Для этого используем функцию digitalWrite (pin, LOW ); .Теперь транзистор открыт и через управляющую цепь течет ток и реле срабатывает. Для отключения реле следует закрыть транзистор, подав на базу плюс, вызвав функцию digitalWrite (pin, HIGH );. Можно сказать что управление реле модуля ничем не отличается от управления обычным светодиодом.
VCC: "+" питания
GND: "-" питания
IN: вывод входного сигнала
Подключение модуля предельно просто:
VCC на + 5 вольт на Ардуино.
GND на любой из GND пинов--- ардуино.
IN на любой из цифровых входов/выходов ардуино (в примерах подсоединено к 4).
Переходим непосредственно к скетчу. В данном примере реле будет включаться и выключаться с интервалом в 2 секунды.
пример программного кода:
// Реле модуль подключен к цифровому выводу 4 int Relay = 4; void setup () { pinMode (Relay, OUTPUT ); } void loop () { digitalWrite (Relay, LOW ); // реле включено delay (2000); digitalWrite (Relay, HIGH ); // реле выключено delay (2000); }Для подключения лампы накаливания следует поставить реле в разрыв одного из проводов.
На нашем модуле контакты 1, 2, 3 расположены таким образом. Для подключения лампы накаливания следует поставить реле в разрыв одного из проводов.
Должно получиться так как показано на рисунке.
Пример включения лампы накаливания в связке с
P.S. Более дорогие модули имеют на своем борту еще и оптрон, который позволяет получить кроме развязки между управляемой и управляющей цепями реле еще и полную гальваническую развязку непосредственно между контроллером и цепью управления реле.
Шилд блока реле 4 канала для Arduino UNO R3 и MEGA 2560
Реле — это электромеханические устройства, замыкающие и/или размыкающие контакты внешней электрической цепи при подаче в обмотку реле управляющего электрического тока. Этот ток порождает магнитное поле, вызывающее перемещение ферромагнитного якоря реле, механически связанного с электрическими контактами внешней электрической цепи. Последующее перемещение контактов коммутирует эту цепь.
К реле можно подключить лампочку, вентилятор, электромагнитный клапан для управление поливом и программно управлять этими устройствами изменением состояния на цифровых выводах Arduino.
Relay Shield — плата расширения для Arduino, на которой расположены 4 независимых реле TIANBO, подключённых к цифровым пинам Arduino. Это реле управляется напряжением 5 вольт и способно коммутировать до 3 ампер постоянного тока напряжением 24 В и переменного тока напряжением 125 В.
Для управления 4 реле платы используются следующие выводы Arduino - D4, D5, D6, D7.. При подключении каждого вывода Arduino к схеме переключения реле используется гальваническая развязка, что предотвращает внешние наводки при включении/выключении, подключенной к реле нагрузки. В схеме реле используется транзистор p-n-p типа, для его открытия нужно подать на базу минус. Для этого используем функцию digitalWrite(pin, LOW). Транзистор будет открыт и через управляющую цепь потечет ток и реле сработает. Для отключения реле следует закрыть транзистор, подав на базу плюс, вызвав функцию digitalWrite(pin, HIGH).
О текущем состоянии каждого из них можно судить по индикаторным светодиодам, расположенным на плате. К каждому реле подведён клеммник на 3 провода, что позволяет использовать реле как в режиме "нормально разомкнутое", так и в режиме "нормально замкнутое".
В отличие от большиства модулей реле для Arduino, данная плата сделана в формате шилда, что значительно эконимит место и увеличивает надежность контакта между Arduino и реле.
Характеристики реле
Ток обмотки: 80 мА;
Максимальное коммутируемое напряжение: 24 В постоянного тока; 125 В переменного тока;
Максимальный коммутируемый ток: 3 А;
Рекомендованная частота переключения: до 1 Гц;
Время жизни: не менее 50 000 переключений.
Рассмотрим пример использования Relay Shield. Подключим к реле лампу освещения, которая будет включаться/выключаться в зависимости от освещенности помещения. В качестве датчика освещенности помещения будем использовать фоторезистор. Схема соединений.
// Используемый вывод для реле
#define PIN_RELAY 7
// Пин подключения фоторезистора
#define PIN_PHOTORESISTOR A0
// переменная для хранения показаний фоторезистора
int val_photo;
// граничное значение освещенности
#define VAL_PHOTO_ON 220
#define VAL_PHOTO_OFF 520
Void setup(void)
{
// подключение последовательного порта
Serial.begin(9600);
// настроить вывод реле как OUTPUT
pinMode(PIN_RELAY,OUTPUT);
// включить свет
digitalWrite(PIN_RELAY,LOW);
}
void loop(void)
{
// получение данных с фоторезистора
val_photo=analogRead(PIN_PHOTORESISTOR);
// включить
if(val_photo< VAL_PHOTO_ON)
digitalWrite(PIN_RELAY,LOW);
// выключить
else if(val_photo< VAL_PHOTO_OFF)
digitalWrite(PIN_RELAY,HIGH);
// пауза перед следующим измерением
delay(5000);
Подключение модуля реле к Ардуино потребуется, если вы решите управлять с помощью микроконтроллера мощной нагрузкой или переменным током. Модуль реле SRD-05VDC-SL-C позволяет управлять электрическими цепями с переменным током до 250 Вольт и нагрузкой до 10 Ампер. Рассмотрим схему подключения реле, как управлять модулем для включения светодиодной ленты и лампы накаливания.
Реле – это электромеханическое устройство, которое служит для замыкания и размыкания электрической цепи с помощью электромагнита. Принцип работы силового реле srd-05vdc очень прост. При подаче управляющего напряжения на электромагнитную катушку, в ней возникает электромагнитное поле, которое притягивает металлическую лапку и контакты мощной нагрузки замыкаются.
Если контакты реле замыкаются при подаче управляющего напряжения, то такое реле называют замыкающим. Если при подаче управляющего напряжения контакты реле размыкаются, а в нормальном состоянии контакты сомкнуты, то реле называется размыкающим. Также реле бывают постоянного и переменного тока, одноканальными, многоканальными и переключающими. Принцип действия у всех одинаковый.
Согласно характеристикам реле SRD-05VDC-SL-C, для переключения контактов достаточно около 5 Вольт 20 мА, выводы на Ардуино способны выдавать до 40 мА. Таким образом с помощью Ардуино мы можем управлять не только лампой накаливания, но и любым бытовым прибором — обогревателем, холодильником и т.д. Полевые транзисторы на Ардуино могут управлять токами только до 100 Вольт.
Для занятия нам понадобятся следующие детали:
Соберите схему, как показано на картинке выше. Подобная схема использовалась в проекте Светильник с управлением от пульта , где светодиодная лента включалась при помощи реле. Модуль имеет три контакта для управления от микроконтроллера Ардуино и два контакта для подключения мощной электрической цепи. Схема подключения реле к Ардуино УНО, Нано или Ардуино Мега ничем не отличается:
GND — GND
VCC — 5V
In — любой цифровой порт
После сборки электрической схемы, загрузите следующий скетч в микроконтроллер. Данная программа ничем не отличается от скетча для мигания светодиода на Ардуино, мы только поменяли в скетче порт и задали большее время задержки.
После загрузки скетча включите блок питания в цепь. Реле при этом должно устанавливаться в разрыве одного из проводов, идущего к LED ленте. Для безопасности лучше устанавливать реле в провод заземления. К минусам реле следует отнести щелчки при замыкании/размыкании контакта, поэтому для включения LED ленты и других приборов до 40 Вольт удобнее использовать транзисторы.
Реле может использоваться для создания автоматического светильника, где используется лампа накаливания 200 Вольт, а контроллер включает лампу, когда уровень освещенности в помещении станет меньше заданной величины. Также можно сделать автоматическое управление электрообогревателем в комнате.
Также часто читают:
Цифровые пины на Arduino могут принимать значения high или low. Именно это свойство используется для управления большинством внешних двигателей, датчиков и т.п.
Но иногда возникают ограничения, связанные с тем, что устройсва требуют большие токи, чем может предоставить Arduino. Судя по спеку, платы Arduino предоставляют нам в распоряжение всего лишь 20 мА.
Если вы слишком часто будете работать с токами, которые превышают эти рекомендации, у вас не толь будет ненадежная электрическая цепь, но можно повредить и ваш контроллер Arduino.
Вместо этого вам надо подключать необходимую силу тока. Один из вариантов - использовать реле. Кроме этого, порой вам понадобятся и транзисторы, например, TIP122, который рассмотрен в этой статье.
Основное преимущество данного подхода: его дешевизна.
Транзистор TIP122 можно найти в любом магазине радиотехнических деталей или заказать на Aliexpress, eBay.
Автоматические реле можно купить там же.
TIP122 - это биполярный транзистор. То есть для базы надо обеспечить большее позитивное напряжение, чем на эмиттере, что позволит току поступать от эмиттера к коллектору. Расположение базы, эмиттера и коллектора TIP122 показаны на рисунке ниже.
Главное, что надо помнить об этом транзисторе - то, что он позволяет протекать току в 5 А от эмиттера через коллектор и 120 мА от эмиттера через базу.
Также очень круто то, что вы можете получить разницу в 100 В между коллектором и эмиттером и 100 вольт между коллектором и базой.
Не чересчур ли это? Для большинства проектов на Arduino - действительно чересчур. Но при этом они дешевые и когда появляется новая идея, не приходится заморачиваться и подбирать нужный транзистор, так как этот наверняка подойдет. Когда проект или конструкция апробирована, можно оптимизировать уже после тестового образца.
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.
На электросхеме, которая приведена ниже, выход high D0 подключен к базе TIP122 и благодаря этому ток может проходить к пину 86 на реле. Благодаря этому подается питание на реле и в нем замыкаются контакты 30 и 87. После этого вы можете запитывать любое ваше внешнее устройство.
В этом примере мы соберем небольшую схему, в которой Arduino используется для управления автоматическим реле. После загрузки скетча на микроконтроллер, реле включится на две секунды и отключится на две секунды. Это будет продолжаться, пока вы не отключите питание от вашей платы Arduino.
Схема подключения соответствует той, которую мы рассмотрели выше. Ниже представлен ее более наглядный вариант.
Скопируйте, вставьте скетч в Arduino IDE и загрузите его на Arduino.
Перед загрузкой программы отключите внешний источник питания.
// Тест: TIP122 и Arduino
int nRelayDrive = 0; // пин 0 у нас для управления реле
pinMode(nRelayDrive, OUTPUT); // объявляем реле в качестве выхода
digitalWrite(nRelayDrive, LOW); // включаем реле
digitalWrite(nRelayDrive, HIGH); // отключаем реле
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!
