Ардуино: модуль реле. Управляем реле с помощью Arduino

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 холодильник или стиральную машину. Во-вторых, некоторые виды реле могут одновременно замкнуть и разомкнуть сразу несколько разных цепей с разным напряжением.

На этом уроке мы будем работать не с отдельным реле, а с целым релейным модулем. Помимо самого реле, модуль содержит еще и оптоэлектронную развязку с транзистором, которые защищают выводы Ардуино от скачков напряжения на катушке.

У одинарного модуля реле есть всего три контакта. Подключим их по следующей схеме.

Кстати, вход реле является инвертированным. Это означает, что высокий уровень на контакте In выключит катушку реле, а низкий уровень — включит.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

2. Программа для Ардуино

Напишем простую программу, которая будет включать лампу на 3 секунды, а затем гасить на 1 секунду.

Const int relPin = 3; void setup() { pinMode(relPin, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(relPin, HIGH); delay(1000); digitalWrite(relPin, LOW); delay(3000); }

Загружаем программу на Ардуино. Теперь подключаем питание к лампе и к реле. Наконец, подаем питание на контроллер.

3. 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 . Подключим все три устройства по следующей схеме.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

4. Программа автоматического светильника

Аналоговый вывод датчика дает значения в диапазоне от 0 до 1023. Причем, 0 — для максимального уровня света и 1023 для полной темноты.

Сначала нам нужно определиться при каком уровне света включать лампу, а при каком выключать. В нашей лаборатории при свете дня датчик показывает значение L = 120, а ночью около L = 700. Будем включать реле при L > 600, и выключать при L < 200. Вспомним как и напишем программу.

Const int photoPin = A5; const int relPin = 3; void setup() { pinMode(photoPin, INPUT); pinMode(relPin, OUTPUT); } void loop() { if(analogRead(photoPin) < 200) digitalWrite(relPin, HIGH); if(analogRead(photoPin) > 600) digitalWrite(relPin, LOW); }

Загружаем программу на Ардуино и проводим эксперимент. Лучше всего это делать ночью.

Задания

1. Музыка реле. Как известно, электромеханическое реле издает щелчок при срабатывании. Попробуйте воспользоваться этим для проигрывания какой-нибудь несложной мелодии.

2. Управление двигателем. Имея два трехконтактных реле, таких же как в этом уроке, можно собрать схему для изменения направления вращения двигателя.

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 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.

Схема подключения реле к Arduino UNO

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

• плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• блок питания 12 Вольт;
• светодиодная лента;
• провода «папа-папа» и «папа-мама».

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.

Скетч для управления реле от Ардуино

void setup () { pinMode (3, OUTPUT ); // объявляем пин 3 как выход } void loop () { digitalWrite (3, HIGH ); // замыкаем реле delay (3000); // ждем 3 секунды digitalWrite (3, LOW ); // размыкаем реле delay (1000); // ждем 1 секунду }

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.

Видео. Управление LED лентой через реле

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:

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

Устройство и принцип работы реле

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.

Подключение модуля к Arduino

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.

Модуль имеет 3 вывода (стандарта 2.54мм):

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.

Проведена ревизия статьи, доступны Eagle файлы для скачивания, добавлены 3 варианта реле модулей.

В вашем проекте требуется включать/выключать освещение, либо что-нибудь иное, что, в силу потребляемого напряжения и тока, нельзя подключить напрямую к портам Arduino? С данной задачей отлично справится реле модуль!

Немного теории

Электромагнитное реле - устройство, замыкающее и размыкающее механические электрические контакты (зеленые точки) при подаче на обмотку реле (выводы обмотки отмечены красными точками) электрического тока.

Реле бывают различными по величине коммутируемого тока и напряжения, по количеству пар коммутационных контактов, по питающему напряжению катушки реле. Для наглядного примера остановимся на синих, знакомых глазу Ардуинщика, реле марки SONGLE SRD-05VDC. Они позволяют коммутировать до 10А 30V DC и 10A 250V AC, при подаче на обмотку реле всего 5 Вольт.

Реле модуль с транзистором в ключевом режиме

В архиве "Реле модуль DIP "

Казалось бы, раз реле включается от пяти вольт, то можно просто напросто подключить реле к цифровому выводу как светодиод. Но не всё так просто. Дело в том, что реле потребляет около 70мА, в то время как порт контроллера способен выдать лишь 20мА. Справиться с этой проблемой нам поможет биполярный транзистор + небольшая обвязка. Транзистор представляет из себя радиодеталь с тремя ногами: база, коллектор и эмиттер. В данном случае будем использовать NPN типа. Когда на базе транзистора нет сигнала - он закрыт, при появлении напряжения транзистор открывается и ток беспрепятственно течет через переход коллектор-эмиттер. С транзистором определились, переходим к обвязке.

Для корректной работы потребуются два резистора R1 и R2. R1 является токоограничительным и устанавливается для защиты порта контроллера. Во избежание ложных срабатываний, базу транзистора следует притянуть к земле резистором R2. Катушка реле является по сути своей индуктивностью, при резком обрыве тока на ней происходит скачок напряжения, который в последствии может вывести транзистор из строя. За сим следует замкнуть катушку на саму себя установив для этого диод D1 встречно напряжению.

Реле модуль с опторазвязкой

В архиве "Реле модуль DIP (оптрон) " и "Реле модуль SMD (оптрон) "

Более навороченным вариантом является реле модуль и опторазвязкой. Опторазвязка позволяет разделить цепь питания обмотки реле и сигнальную цепь Arduino.

В модулях используются широко распространенные оптроны PC817 (EL817), так что проблем с покупкой возникнуть не должно. Оптрон представляет из себя радиодеталь внутри которой находится фотодиод и фототранзистор, т.е сигнал передается через свет, Оптрон имеет 4 вывода назначение которых можно увидеть на картинке снизу.

При использовании оптрона схема не сильно усложнится. Добавится только токоограничительный резистор R1 для фотодиода. Т.к не всегда под рукой оказывается два источника питания, то на модулях было решено оставить возможность работы от одного источника путем замыкания джампера (об этом чуть ниже).

Подключение реле модуля с опторазвязкой

1. Питание от различных источников

Питание обмотки реле подключается к контактам "RV" и "RG", а управляющее к выводам "S" и "G".

2. Питание от одного источника

Замкнув джампер, мы объединили земли. Теперь модуль можно питать от одного источника.

В архиве лежат шаблоны под ЛУТ, Eagle файлы и списки деталей.

Открываем изображение => Печать => Во всю страницу

Для облегчения распайки smd компонентов с обратной стороны платы, где нет маркировки, приведу картинку.