Мы уже знаем как управлять слабым светодиодом и даже мощным двигателем с помощью Ардуино. Но как быть, если мы задумаем управлять устройствами, подключенными к бытовой сети? Напомню, что даже небольшая настольная лампа питается от источника переменного тока с напряжением 220 Вольт. Обычный полевой транзистор, который мы использовали в схеме с двигателем уже не подойдет.
Чтобы управлять мощной нагрузкой да еще и с переменным током воспользуемся реле. Это такое электромеханическое устройство, которое механическим способом замыкает цепь нагрузки с помощью электромагнита. Посмотрим на внутренности:
Принцип действия реле следующий. Подаем напряжение на электромагнитную катушку. В катушке возникает поле, которое притягивает металлическую лапку. В свою очередь, лапка механически замыкает контакты нагрузки.
У реле есть два основных применения. Во-первых, мы можем подав всего 5 Вольт на катушку, замкнуть цепь очень мощной нагрузки. Например, реле, используемое в уроках для Ардуино, может включить свет в доме или отключить забытый утюг. Во-вторых, некоторые виды реле могут одновременно замкнуть и разомкнуть сразу несколько разных цепей с разным напряжением.
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.
Электромагнитные и твердотельные реле
Электромагнитное реле
Электромагнитное реле – это электрическое устройство, которое механическим путем замыкает или размыкает цепь нагрузки при помощи магнита. состоит из электромагнита, подвижного якоря и переключателя. Электромагнит – это провод, который намотан на катушку из ферромагнетика. В роли якоря выступает пластина из магнитного материала. В некоторые модели устройства могут быть встроены дополнительные электронные компоненты: резистор для более точного срабатывания реле, конденсатор для уменьшения помех, диод для устранения перенапряжений.
Работает реле благодаря электромагнитной силе, возникающей в сердечники при подаче тока по виткам катушки. В исходном состоянии пружина удерживает якорь. Когда подается управляющий сигнал, магнит начинает притягивать якорь и замыкать либо размыкать цепь. При отключении напряжения якорь возвращается в начальное положение. Источниками управляющего напряжения могут быть датчики (давления, температуры и прочие), электрические микросхемы и прочие устройства, которые подают малый ток или малое напряжение.
Электромагнитное реле применяется в схемах автоматики, при управлении различными технологическими установками, электроприводами и другими устройствами. Реле предназначено для регулирования напряжений и токов, может использоваться как запоминающее или преобразующее устройство, также может фиксировать отклонения параметров от нормальных значений.
Классификация электромагнитных реле:
- Управляющий ток может быть как постоянным, так и переменным. В первом случае устройство может быть нейтральным или поляризованным. Для переменного тока якорь выполняется из электротехнической стали, чтобы уменьшить потери.
- Якорное или герконовое реле. Для якорного процесс замыкания и размыкания происходит при помощи перемещения якоря, для герконового характерно отсутствие сердечника, магнитное поле воздействует на электрод с контактами.
- Быстродействие – до 50 мс, до 150 мс и от 1 с.
- Зщитное покрытие – герметизированное, зачехленное и открытое.
По сравнению с полупроводниковыми устройствами электромагнитное реле обладает преимуществами – оно стоит недорого, коммутация большой нагрузки при небольшом размере устройства, малое выделение тепла на катушке. Из недостатков можно выделить медленное срабатывание, помехи и сложность коммутации индуктивных нагрузок.
Твердотельные реле
Твердотельные реле считаются хорошей альтернативой электромагнитным, они представляет собой модульное полупроводниковое устройство, которое производится по гибридной технологии. В составе реле имеются транзисторы, симисторы или тиристоры. По сравнению с электромагнитными устройствами твердотельные реле обладают рядом преимуществ:
- Долгий срок эксплуатации.
- Быстродействие.
- Малые размеры.
- Отсутствуют посторонние шумы, акустические помехи, дребезги контактов.
- Низкое потребление энергии.
- Качественная изоляция.
- Стойкость к вибрации и ударам.
- Нет дугового разряда, что позволяет работать во взрывоопасных местах.
Работают по следующему принципу: подается управляющий сигнал на светодиод, происходит гальваническая развязка управляющей и коммутируемой цепей, затем сигнал переходит на фотодиодную матрицу. Напряжение регулирует силовым ключом.
Твердотельные реле также имеют несколько недостатков. Во-первых, при коммутации происходит нагрев устройства. Повышение температуры устройства приводит к ограничению регулируемого тока – при температурах, превышающих 60 градусов, уменьшается величина тока, максимальная рабочая температура 80 градусов.
Твердотельные реле классифицируются по следующим признакам:
- Тип нагрузки – однофазные и трехфазные.
- Способ управления – коммутация происходит за счет постоянного напряжения, переменного или ручного управления.
- Метод коммутации: контроль перехода через ноль (применяется для слабоиндуктивных, емкостных и резистивных нагрузок), случайное включение (индуктивные и резистивные нагрузки, которым необходимо мгновенное срабатывание) и фазовое управление (изменение выходного напряжения, регулировка мощности, управление лампами накаливания).
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.
Содержание
- 1 Гайд по использованию релейного модуля вместе с Arduino[1] 1.1 Описание
- 1.2 Подключение к сетевому питанию
- 1.3 Подключение контактов
- 1.4 Где купить?
- 1.5 Скетч: Управление лампочкой при помощи реле-модуля и датчика движения типа PIR 1.5.1 Техника безопасности
- 1.5.2 Необходимые компоненты
- 1.5.3 Код
- 1.5.4 Схема
- 1.5.5 Демонстрация
Эта статья рассказывает, как использовать релейный модуль вместе с платой Arduino. Она начинается с объяснения того, как подключить реле к сетевому напряжению и Arduino. Затем будет представлен проект с лампой, управляемой релейным модулем и датчиком движения типа PIR (вместо лампы можно использовать и другое устройство, управляемое при помощи переменного тока).
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.
Что такое реле?
Реле — коммутирующее устройство, применяемое для автоматизации процессов в электротехнике, соединяет или разъединяет электроцепи при достижении установленных значений электрического тока. То есть, при подаче небольшого управляющего напряжения, замыкается более мощная цепь.
Поскольку реле является надежным коммутационным устройством, то не удивительно, что оно используется как в промышленности для автоматизации процессов, так и в самой различной технике, например в автомобилях или стиральных машинах.
Существует два основных вида реле: электромагнитные и твердотельные. Давайте рассмотрим их по порядку.
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.
Реле SRD-05VDC-SL-C описание и схема
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.
