Релейный модуль для arduino своими руками

РЕЛЕЙНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ARDUINO

Данный релейный модуль предназначен для сопряжения маломощных электронных схем управления с исполнительными устройствами. Модуль был приобретен на Ru.aliexpress.com через расширение Алипрайс для поиска самых дешёвых цен. Релейный модуль представляет собой печатную плату размером 43х17 мм, высота модуля 17 мм, масса 13 г.

Основой модуля является электромагнитное реле JQC-3FF-S-Z.

По заявлению продавца модуль может управлять нагрузкой потребляющей переменный ток 10 А при напряжении 250 В, или 10 А постоянного тока при напряжении 30 В. Контакты для подключения нагрузки исполнены в виде клемм с винтовыми зажимами. Управляющие контакты штыревые с шагом 2,5 мм. Все контакты промаркированы.

Для работы модулю требуется постоянное напряжение 5 В. Когда ток не протекает через катушку реле модуль потребляет ток 3 мА, при сработавшем реле потребление возрастает до 70 мА. На плате располагаются два светодиода, зеленый светодиод служит для отображения состояния реле, красный – индикатор питания модуля. Модуль отлично подходит для совместной работы с платами аппаратной платформы Arduino. Для подключения хорошо подходит трехпроводной кабель.

Для примера можно загрузить в Arduino простейшую программу, которая последовательно подает в один из цифровых портов логический 0, а затем логическую 1, обеспечивая тем самым переключение реле из одного состояния в другое. По каналу управления протекает ток около 4 мА.

В качестве нагрузки подключим к реле две миниатюрных лампы накаливания. Таким образом, чтобы реле переключала лампы, последовательно зажигая то одну лампу, то другую.

Видео работы модуля

В целом отличное недорогое устройство для управления нагрузкой, которая не требует плавного регулирования мощности и очень частых включений/отключений. Специально для сайта Электрические схемы – Denev.

Источник

Модуль реле для arduino: компоненты и схема сборки

Сегодня я расскажу, как собрать свой собственный релейный модуль, которое можно использовать где угодно: с Arduino, Распбери Пи и т.д. Цена такого реле будет очень низкой.

Причиной создания релейного модуля ардуино был мой проект, который мне нужно было завершить в короткие сроки. Как назло, в гараже не оказалось ни одного модуля. Я пошел в местный магазин, но там не оказалось ни одного модуля реле на 5 или 6 Вольт. Зато у них были сами реле, я купил несколько и на их основе сделал свой собственный модуль.

Модули дешевы и просты в в сборке, собирая их вручную вы сможете сэкономить немного денег. В то же время этот модуль может использоваться как обычный покупной модуль. Мой модуль — одноканальный, но вы можете сделать свою сборку на той же печатной плате — для создания дополнительных каналов сделайте копии той же самой схемы на одной печатной плате.

Шаг 1: Собираем нужные компоненты

Для изготовления реле arduino нужно собрать определённые компоненты по списку. Много из того, что пригодится, может просто лежать у вас в гараже.

  1. Реле на 5V (я использовал реле на 6V, потому что мне нужно было реле на 6V).
  2. Транзистор BC548.
  3. Резистор 100 Ом.
  4. Диод IN4001.
  5. Винтовые клеммы (3 полюса, 2 шт.)
  6. Светодиод (красный или зелёный)
  7. Покрытая медью плата 5 * 3 см (опционально, если используете печатную плату общего назначения)
  8. Печатная плата общего назначения (опционально, если используете медную плату).
  9. Макетная плата и джамперы.
  1. Паяльник
  2. Провода
  3. Паяльная паста (опционально, но рекомендую её использовать)
  4. Соединительный провод

Шаг 2: Тестирование макетной платы

Теперь, когда мы собрали всё необходимое, нам нужно протестировать электросхему модуля реле на макетной плате. Не пропускайте этот шаг, он необходим во избежание ошибок при пайке на печатной плате и проверки, что всё работает хорошо.

Посмотрите на схему и раскладку печатной платы. Затем соберите всё по схеме на макетной плате. Дважды проверьте, что всё собрано правильно. Я приложил распиновку для резистора BC548 — будьте аккуратны при его подсоединении.

Теперь нам нужно проверить работу собранного устройства:

  1. Скачайте файл relay.ino, затем откройте его в вашем Ардуино.
  2. Соедините пины VCC и GND на модуле реле с соответствующими пинами 5V и GND на Ардуино.
  3. Соедините входной пин реле (он выходит из основания транзистора) с цифровым пином 12 на Ардуино.
  4. Загрузите код.
  5. Проверьте, что реле включается и выключается с интервалом в одну секунду (светодиод на реле будет также загораться и потухать с интервалом в одну секунду)

Если схема не работает, немедленно выключите Ардуино. Затем проверьте всю схему на правильность соединения, если что-то соединено неправильно — исправьте и затем заново включите Ардуино.

Если всё работает как надо, то переходим к сборке схемы на печатной плате общего назначения или специальной печатной плате.

Шаг 3: Самодельный модуль реле на печатной плате общего назначения (опционально)

Пришло время собрать схему на печатной плате общего назначения или специальной печатной плате. Этот шаг опционален, пропустите его, если вы решите изготовить для проекта специальную плату. На самом деле я рекомендую изготовить для проекта специальную плату, так как она будет более профессиональной и совершенной.

Здесь я объясню, как сделать модуль на плате общего назначения.

  1. Изготовьте печатную плату общего назначения и хорошо очистите её.
  2. После чистки натрите её флюсом (опционально).
  3. Установите компоненты на плате и припаяйте их.
  4. После того, как всё припаяно к плате, соедините всё проводами.

После того, как всё собрано, проверьте работоспособность реле методом, который я описал выше.

Шаг 4: Самодельный модуль реле на специальной печатной плате (опционально)

Этот шаг опционален, пропустите его, если вы уже делаете модуль на плате общего назначения. Я рекомендую вам использовать именно специальную плату, потому что она более профессиональна и с ней меньше шансов на короткое замыкание.

В приложенном видео показано, как сделать свою плату при помощи метода переноса тонера. После того, как вы сделали всё по видео, скачайте файл проекта Fritzing, в котором находится дизайн нашей платы. Откройте программу Fritzing, если вы не знаете, как работать с Fritzing, посмотрите это руководство.

Затем проделайте шаги, описываемые в руководстве по травлению печатных плат. После этого просверлите отверстия в плате дрелью на 0.8 — 1 мм, установите все компоненты и спаяйте их. Готово!

Шаг 5: Готово!

На изготовление одного модуля реле у меня ушло около 20 минут. Это быстро, недорого, а также экономит ваше время (при заказе онлайн доставка займёт минимум день, а поход в магазин занимает также больше 20 минут).

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Источник

Управление мощной нагрузкой

“Универсальное” электромагнитное реле

Электромагнитное реле является по сути управляемым механическим выключателем: подали на него ток – оно замкнуло контакты, сняли ток – разомкнуло. Контакты являются именно контактами: металлическими “пятаками”, которые прижимаются друг к другу. Именно поэтому такое реле может управлять как нагрузкой постоянного, так и переменного тока.

Сама катушка реле является неслабой индуктивной нагрузкой, что приводит к дополнительным проблемам (читай ниже), поэтому для управления “голым” реле нам понадобится дополнительная силовая и защитная цепь.

После изучения данного урока вы сами сможете её составить (транзистор и диод), а сейчас мы поговорим о модулях реле: готовая плата, на которой стоит само реле, а также цепи коммутации, защиты и даже оптическая развязка. Такие модули бывают “семейными” – с несколькими реле на борту. Спасибо китайцам за это! Смотрите варианты у меня в каталоге ссылок на Али.

Такое реле сделано специально для удобного управления с микроконтроллера: пины питания VCC (Vin, 5V) и GND подключаются к питанию, а далее реле управляется логическим сигналом, поданным на пин IN. С другой стороны стоит клеммник для подключения проводов, обычно контакты подписаны как NO, NC и COM. Это общепринятые названия пинов кнопок, переключателей и реле:

  • COM – Common, общий. Реле является переключающим, и пин COM является общим.
  • NO – Normal Open, нормально открытый. При неактивном реле данный контакт не соединён с COM. При активации реле он замыкается с COM.
  • NC – Normal Closed, нормально закрытый. При неактивном реле данный контакт соединён с COM. При активации реле он размыкается с COM.

Подключение нагрузки через реле думаю для всех является очевидным:

Важный момент: катушка реле в активном режиме потребляет около 60 мА, то есть подключать больше одного модуля реле при питании платы от USB не рекомендуется – уже появятся просадки по напряжению и помехи:

Такие модули реле бывают двух типов: низкого и высокого уровня. Реле низкого уровня переключается при наличии низкого сигнала (GND) на управляющем пине digitalWrite(pin, LOW) . Реле высокого уровня соответственно срабатывает от высокого уровня digitalWrite(pin, HIGH) . Какого типа вам досталось реле можно определить экспериментально, а можно прочитать на странице товара или на самой плате. Также существуют модули с выбором уровня:

На плате, справа от надписи High/Low trigger есть перемычка, при помощи которой происходит переключение уровня. Электромагнитное реле имеет ряд недостатков перед остальными рассмотренными ниже способами, вы должны их знать и учитывать:

  • Ограниченное количество переключений: механический контакт изнашивается, особенно при большой и/или индуктивной нагрузке.
  • Противно щёлкает!
  • При большой нагрузке реле может “залипнуть”, поэтому для больших токов нужно использовать более мощные реле, которые придётся включать при помощи… маленьких реле. Или транзисторов.
  • Необходимы дополнительные цепи для управления реле, так как катушка является индуктивной нагрузкой, и нагрузкой самой по себе слишком большой для пина МК (решается использованием китайского модуля реле).
  • Очень большие наводки на всю линию питания при коммутации индуктивной нагрузки.
  • Относительно долгое переключение (невозможно поставить детектор нуля, читай ниже), при управлении индуктивными цепями переменного тока можно попасть на большой индуктивный выброс, необходимо ставить искрогасящие цепи.

Важный момент связан с коммутацией светодиодных светильников и ламп, особенно дешёвых: у них прямо на входе стоит конденсатор, который при резком подключении в цепь становится очень мощным потребителем и приводит к скачку тока. Скачок может быть настолько большим, что 15-20 Ваттная светодиодная лампа буквально сваривает контакты реле и оно “залипает”! Данный эффект сильнее выражен на дешёвых лампах, будьте с ними аккуратнее (за инфу спасибо DAK). При помощи реле можно плавно управлять сильно инерционной нагрузкой, такой как большой обогреватель. Для этого нужно использовать сверхнизкочастотный ШИМ сигнал, у меня есть готовая библиотека. Не забываем, что реле противно щёлкает и изнашивается, поэтому для таких целей лучше подходит твердотельное реле, о котором мы поговорим ниже.

Постоянный ток

Оптопара

Оптопара – отличный элемент, позволяет выполнять две функции: коммутировать нагрузку (пусть и небольшую) и полностью физически развязывает микроконтроллер с ней. Оптопары можно использовать для имитации нажатия кнопок у других внешних устройств, то есть замыкать чисто логический сигнал. Также можно использовать для разрывания питания различных датчиков и модулей в устройстве вместо транзистора. Оптопара состоит из двух частей: светодиод, который мы включаем при помощи микроконтроллера, и выходная часть, которая может быть разной (транзистор, симистор и проч.), таким образом сигнал с микроконтроллера отделяется от нагрузки через луч света, что очень важно при коммутации высоковольтных или каких-то чувствительных цепей. Для управления внешними устройствами надо брать оптопары с транзисторным выходом, например очень распространённую PC814 и её аналоги (FOD814, LTV814 и прочие), при желании можно выковырять почти из любого блока питания. Данная оптопара позволяет коммутировать нагрузку с напряжением до 60 Вольт и током до 50 мА. Покажу вырезку из даташита с этими параметрами, у остальных оптопар параметры будут называться точно так же:

Подключается оптопара следующим способом: светодиодом мы управляем с МК через резистор, а выход подключаем в разрыв нагрузки, соблюдая полярность. Что касается светодиода на управляющем входе оптопары – для него нужен резистор, как считать резистор для светодиода было рассказано в уроке про светодиоды. В большинстве случаев достаточно поставить резистор на 220 Ом, как и для любых светодиодов. Если ток светодиода будет меньше указанного, соответственно уменьшится максимальный ток выхода, что для этой оптопары уже критично (светодиод хочет аж 50 мА). Оптопара не предусмотрена для управления большой нагрузкой, обычно это коммутация других логических цепей, поэтому о токе можно не думать. Подключение нагрузки (условный нагрузочный резистор):

Для управления “кнопкой” другого устройства (фотоаппарат, кофемашина) достаточно подключить оптопару параллельно кнопке. Во избежание замыкания оптопары на кнопку (что сожгёт оптопару) желательно поставить защитный резистор с номиналом 200-1000 Ом. Тут будет две схемы, по сути одинаковые. Перед подключением нужно проверить мультиметром, где у кнопки “плюс”, а где “минус”, так как выход с оптопары у нас полярный.

Существует также интересная оптопара TLP172 с мосфетным выходом, причём неполярным (может коммутировать нагрузку в любую сторону)! Управляет напряжением до 60 Вольт при токе до 400 мА – уже вполне серьёзная игрушка.

Транзистор

Самый компактный способ управлять нагрузкой постоянного тока – транзистор. Транзисторы бывают биполярные и полевые (MOSFET, полевик, ключ). Биполярные уже морально и физически устарели, имеют много характеристик и требуют дополнительного изучения темы, поэтому мы рассмотрим только полевые транзисторы. Схема типовая и выглядит вот так:

Или вот так, конкретно для корпуса to220. Также на этой схеме плата Ардуино питается от внешнего источника в пин Vin:

Полевики бывают и в других корпусах, для подключения по первой принципиальной схеме нужно загуглить распиновку (pinout) на свой конкретный транзистор. Но в основном там всё обстоит вот так:

Что за резисторы?

  • Резистор на 100 Ом (можно ставить в диапазоне 100-500 Ом, мощность любая) выполняет защитную функцию: затвор полевика представляет собой конденсатор, в момент открытия затвора конденсатор начнёт заряжаться и в цепи пойдёт большой ток (практически короткое замыкание), который может повредить пин Ардуино. Резистор просто ограничивает ток в цепи пин-затвор и спасает пин от скачков тока. В целом можно его не ставить, но когда-нибудь оно обязательно сломается =)
  • Резистор на 10 кОм (можно ставить в диапазоне 5-50 кОм, мощность любая) выполняет подтягивающую функцию для затвора. Если случится так, что плата Ардуино выключена или сигнальный провод от неё отвалился – на затвор будут приходить случайные наводки и он может случайно открыться. Если в этот момент будет подключен источник питания – нагрузка тоже включится! Восстание машин начнётся именно с этого момента. Подтягивающий к GND резистор позволяет “прижать” затвор, чтобы он не открылся сам по себе. Имеет смысл ставить его прямо на корпус транзистора, если монтаж производится навесом:

Я привёл схему, в которой используется N-канальный полевой транзистор, который управляет линией GND. Существуют также P-канальные мосфеты, они управляют линией питания. Такие транзисторы в целом дороже, реже встречаются и имеют высокий порог напряжения открытия, т.е. для их работы придётся ставить ещё один транзистор (биполярный) и с его помощью подавать более высокий сигнал от внешнего источника на затвор P-канального полевика. Поэтому в 99% случаев просто используют более удобные N-канальные ключи. Как выбрать транзистор для своей задачи? Первым делом смотрим на напряжение открытия транзистора (как читать график в даташите – см. видео урок ниже), 100% подойдёт транзистор с пометкой Logic Level в описании или даташите: такие мосфеты точно будут работать на полную катушку от пина МК. Само собой ток и напряжение должны соответствовать (взяты с запасом) для нагрузки, которую будет коммутировать мосфет. Есть ещё параметр сопротивление открытого канала, на этом сопротивлении будет падать напряжение и превращаться в тепло. Для мощных нагрузок нужно рассматривать полевики с низким сопротивлением канала, чтобы сильно не грелись. Приведу свой список мосфетов в двух основных корпусах: выводной to220 и dpack для поверхностного монтажа, в нём “Ток при 3V” и “Ток при 5V” означает максимальный ток через транзистор (на нагрузку) в Амперах при управлении логическим сигналом 3 и 5 Вольт. Максимальное напряжение для нагрузки смотрите у конкретного транзистора, но у всех оно выше 24V. “R” – сопротивление открытого канала в миллиомах (10^-3 Ом). Также полевики отсортированы по увеличению цены в российских магазинах =)

Маркировка R, мОм Ток при 3V Ток при 5V
IRLZ24NPBF 60 4 20
IRF3704ZPBF 7.9 10 >100
IRLB8743PBF 3.2 20 >100
IRL2203NPBF 7 30 >100
IRLB8748PBF 4.8 10 >100
IRL8113PBF 6 40 >100
IRL3803PBF 6 20 >100
IRLB3813PBF 1.95 20 >100
IRL3502PBF 7 >100 >100
IRL2505PBF 8 20 >100
IRF3711PBF 6 80 >100
IRL3713PBF 3 20 >100
IRF3709ZPBF 6.3 40 >100
AUIRL3705N 6.5 20 >100
IRLB3034PBF 1.7 >100 >100
IRF3711ZPBF 6 20 >100
Маркировка R, мОм Ток при 3V Ток при 5V
STD17NF03LT4 50 5 40
IRLR024NPBF 65 4 20
IRLR8726PBF 6 10 110
IRFR1205PBF 27 10
IRFR4105PBF 45 10
IRLR7807ZPBF 12 10 100
IRFR024NPBF 75 8
IRLR7821TRPBF 10 11 100
STD60N3LH5 8 30 160
IRLR3103TRPBF 19 11 100
IRLR8113TRPBF 6 40 110
IRLR8256PBF 6 10 110
IRLR2905ZPBF 13 100
IRLR2905PBF 27 20 90

Для слаботочных цепей мне нравится использовать полевик 2n7000 (купить мешок) – тянет до 400 мА. Корпус – компактный выводной to-92. Также у друзей-китайцев есть удобные готовые модули с мосфетами и всей необходимой обвязкой:

Ну и самый важный момент: на полевой транзистор можно подавать ШИМ сигнал для “плавного” управления нагрузкой: плавно менять скорость вращения мотора, яркость светодиодной ленты, мощность обогревателя и прочее прочее!


Твердотельное реле (SSR DC)

Более простой вариант – твердотельное реле (Solid State Relay, SSR) для постоянного тока (DC), найти можно на том же Aliexpress по запросу SSR DC. Внимательно смотрим на маркировку: под выходными клеммами должно быть написано VDC, т.е. постоянное напряжение. Твердотельное реле имеет стандартный корпус для моделей постоянного и переменного тока, поэтому нужно читать что написано и не перепутать. Также в маркировке после слова SSR обычно указан ток в Амперах, т.е. SSR-25 это реле на 25 Ампер. Максимальное напряжение указано под выходными клеммами.

Твердотельное реле подключается напрямую к Arduino, пин “-” к GND, “+” к любому цифровому пину. Выход реле ставится в разрыв цепи питания нагрузки, как выключатель. Важно не перепутать плюс и минус, потому что внутри реле представляет собой полевой транзистор на радиаторе =)

Переменный ток

Симистор как вкл/выкл

Симистор – радиоэлемент, похожий на транзистор, но может работать на переменном токе. Высокое напряжение – штука опасная, поэтому для управления симистором используется оптопара с симисторным выходом. Простейшая схема подключения выглядит вот так:

Для управления нагрузкой только в режиме вкл/выкл желательно ставить оптопару с детектором нуля (например MOC306x), она будет сама отключать и включать нагрузку только в моменты перехода напряжения в сети через 0, что сильно уменьшает помехи в сети. Также здесь стоят резисторы: 220 Ом – для ограничения тока на светодиод оптопары (смотри характеристики оптопары, как подбирать резистор я писал выше). И резистор между оптопарой и симистором: 220-470 Ом с мощностью 1-2 Вт (будет греться). Симистор нужно брать с хорошим запасом по току, чтобы меньше грелся. Также симисторы бывают серии BTA и BTB, у BTA корпус (металлическая часть) изолирован и рекомендуется брать именно их, чтобы не шарахало током от радиатора. Распиновка компонентов:

У китайцев есть готовые модули с симистором и всей обвязкой. Кстати да, симистор греется под нагрузкой! Наличие радиатора обязательно, начиная с 200 Ватт.

Симистор как диммер

Для плавного управления нагрузкой переменного тока задача сильно усложняется: нужно ловить момент переключения напряжения, засекать время и выключать симистор, отсекая часть синусоиды, это называется фазовым управлением.

Для этой схемы нужна оптопара без детектора нуля, например серии MOC302x. Схема такой поделки может выглядеть вот так:

Резисторы 51к обязательно мощные, так как на них будет выделяться 1 Ватт: гасим лишнее напряжение, чтобы не сжечь светодиод оптопары детектора нуля. Также готовый модуль можно купить на Али. Выглядит он вот так и имеет пины питания, пин контроля симистора и вывод детектора нуля. Как со всем этим работать – смотрите видос ниже:

Где-то существует китайская библиотека для управления таким модулем, но она мне не очень понравилась. Привожу два примера для ручного управления таким диммером на базе библиотеки GyverTimers: одноканальный и многоканальный. В многоканальном режиме достаточно подключить к Ардуино выход детектора нуля только с одного модуля, а вот управляющие пины уже указать в скетче. Рассмотренные ниже примеры можно чуть оптимизировать, заменив digitalWrite() на быстрый аналог.

Источник

Adblock
detector