Схемы подключения ключа с реле к выходу микроконтроллера или индикатора
Для индикации уровня сигнала или постоянного напряжения, тока частоиспользуют поликомпараторные микросхемы вроде AN6884, КА2284, ВА6124 или многие другие аналогичные. Такая микросхема представляет собой набор компараторов, с выходами на светодиоды, а так же измерительную схему и схему предварительного усиления, детектора.
На рисунке 1 показана типовая схема включения микросхем AN6884, КА2284, ВА6124. Деталей минимум, и получаем пятипороговый индикатор уровня. Светодиоды работают по принципу «градусника», то есть, если их расположить последовательно в линию и признать это все как непрерывную линию, то чем больше сигнал, тем длиннее линия (тем больше светодиодов горит).
Но, бывают случае, когда необходимо не только визуально определить уровень сигнала, но и предпринять какие-то меры, если уровень сигнала достиг некоторого уровня. Например, при зажигании светодиода HL5 нужно чтобы включилось электромагнитное реле и своими контактами включило некую нагрузку или устройство.
Схема подключения реле
На рисунке 2 показано как можно подключить обмотку реле. Но сначала обратите внимание на рисунок 1 – все светодиоды подключены к выходам микросхемы непосредственно, без каких-либо токоограничительных резисторов. Хотя, в литературе встречаются схемы и с токоограничительными резисторами.
На самом деле в токоограничительных резисторах, касательно микросхем AN6884, КА2284, ВА6124 и их аналогов, нет никакой необходимости, потому что внутри микросхемы, на каждом выходе есть схема ограничения тока. Поэтому, напряжение между выходом и положительной шиной питания не бывает больше прямого напряжения падения на светодиоде.
Рис. 1. Типовая схема включения микросхем AN6884, КА2284, ВА6124.
Рис. 2. Схема подключения реле к каналу индикатора сигнала.
Но такого небольшого напряжения недостаточно ни для обмотки реле, а зачастую и даже для открывания транзисторного ключа. Однако, повысить напряжение между выходом и шиной питания можно просто включением дополнительного токоограничительного резистора (R2 на рисунке 2).
На рисунке 2 показана схема управления обмоткой реле – его включением, при включении светодиода HL5. При включении HL5 напряжение на выводе 1 относительно общего минуса падает, но относительно шины питания увеличивается. Достигает уровня, достаточного для открывания транзистора VT1. Он открывается, и вслед за ним открывается более мощный транзистор VT2. А в его коллекторной цепи включена обмотка реле К1.
Напряжение питания реле может отличаться от напряжения питания микросхемы. Точно таким же образом, можно соединить реле и с любым другим выходом микросхемы типа AN6884, КА2284, ВА6124, и даже сделать пять реле по числу выходов.
Затем это надо? Причин может быть множество. Например, при превышении уровня громкости нужно отключить источник звука, либо включить сигнализацию.
Или нужно реагировать на превышение тока в нагрузке.
Или можно сделать переключатель, состоящий из переменного резистора и этой схемы. При вращении ручки переменного резистора будет меняться напряжение на входе микросхемы, а на её выходах будут включаться реле.
Снятие сигнала с индикатора
Если нужно управлять не реле, а каким-то цифровым устройством, например, при превышении некоего уровня сигнала подавать логическую единицу на вход микроконтроллера или сигнализатора, можно собрать схему, показанную на рисунке 3. Здесь также для примера взят вариант со светодиодом HL5, хотя, конечно, можно и с любого другого выхода микросхемы.
Рис.3. Схема получения логического сигнала с сегмента индикатора.
При зажигании HL5 напряжение на базе VT1 относительного его же эмиттера увеличивается, транзистор открывается и на его коллекторе напряжение увеличивается до уровня логической единицы, соответственно напряжению питания микросхемы.
Рис. 4. Подключение с опто-развязкой.
Ну и последний вариант, – использовать оптопару.
Можно любую оптопару, как с мощным симистором для управления каким-то нагревателем (так называемое, «твердотельное реле»), так и маломощную транзисторную, для передачи команды на другую схему.
В любом случае, два варианта, либо светодиод оптопары включить последовательно индикаторному светодиоду, как показано на рисунке 4, либо вместо него, как на рисунке не показано, но можно догадаться, но только если в индикации нет никакой необходимости.
Каравкин В. РК-2016-04.
Схемы подключения ключа с реле к выходу микроконтроллера или индикатора
На рисунке 1 показана типовая схема включения микросхем AN6884, КА2284, ВА6124.
Деталей минимум, и получаем пятипороговый индикатор уровня. Светодиоды работают по принципу «градусника», то есть, если их расположить последовательно в линию и признать это все как непрерывную линию, то чем больше сигнал, тем длиннее линия (тем больше светодиодов горит).
Но, бывают случае, когда необходимо не только визуально определить уровень сигнала, но и предпринять какие-то меры, если уровень сигнала достиг некоторого уровня. Например, при зажигании светодиода HL5 нужно чтобы включилось электромагнитное реле и своими контактами включило некую нагрузку или устройство.
Схема подключения реле
На рисунке 2 показано как можно подключить обмотку реле. Но сначала обратите внимание на рисунок 1 – все светодиоды подключены к выходам микросхемы непосредственно, без каких-либо токоограничительных резисторов. Хотя, в литературе встречаются схемы и с токоограничительными резисторами.
На самом деле в токоограничительных резисторах, касательно микросхем AN6884, КА2284, ВА6124 и их аналогов, нет никакой необходимости, потому что внутри микросхемы, на каждом выходе есть схема ограничения тока.
Поэтому, напряжение между выходом и положительной шиной питания не бывает больше прямого напряжения падения на светодиоде.
Рис. 1. Типовая схема включения микросхем AN6884, КА2284, ВА6124.
Рис. 2. Схема подключения реле к каналу индикатора сигнала.
Но такого небольшого напряжения недостаточно ни для обмотки реле, а зачастую и даже для открывания транзисторного ключа. Однако, повысить напряжение между выходом и шиной питания можно просто включением дополнительного токоограничительного резистора (R2 на рисунке 2). Благодаря ему напряжение на промежутке от выхода микросхемы до шины питания увеличивается. Изменяя сопротивление этого резистора можно выставить необходимое напряжение.
На рисунке 2 показана схема управления обмоткой реле – его включением, при включении светодиода HL5. При включении HL5 напряжение на выводе 1 относительно общего минуса падает, но относительно шины питания увеличивается. Достигает уровня, достаточного для открывания транзистора VT1.
Он открывается, и вслед за ним открывается более мощный транзистор VT2. А в его коллекторной цепи включена обмотка реле К1.
Напряжение питания реле может отличаться от напряжения питания микросхемы. Точно таким же образом, можно соединить реле и с любым другим выходом микросхемы типа AN6884, КА2284, ВА6124, и даже сделать пять реле по числу выходов.
Затем это надо? Причин может быть множество. Например, при превышении уровня громкости нужно отключить источник звука, либо включить сигнализацию.
Или нужно реагировать на превышение тока в нагрузке. Или можно сделать переключатель, состоящий из переменного резистора и этой схемы. При вращении ручки переменного резистора будет меняться напряжение на входе микросхемы, а на её выходах будут включаться реле.
Снятие сигнала с индикатора
Если нужно управлять не реле, а каким-то цифровым устройством, например, при превышении некоего уровня сигнала подавать логическую единицу на вход микроконтроллера или сигнализатора, можно собрать схему, показанную на рисунке 3.
Здесь также для примера взят вариант со светодиодом HL5, хотя, конечно, можно и с любого другого выхода микросхемы.
Рис.3. Схема получения логического сигнала с сегмента индикатора.
При зажигании HL5 напряжение на базе VT1 относительного его же эмиттера увеличивается, транзистор открывается и на его коллекторе напряжение увеличивается до уровня логической единицы, соответственно напряжению питания микросхемы.
Рис. 4. Подключение с опто-развязкой.
Ну и последний вариант, – использовать оптопару. Можно любую оптопару, как с мощным симистором для управления каким-то нагревателем (так называемое, «твердотельное реле»), так и маломощную транзисторную, для передачи команды на другую схему.
В любом случае, два варианта, либо светодиод оптопары включить последовательно индикаторному светодиоду, как показано на рисунке 4, либо вместо него, как на рисунке не показано, но можно догадаться, но только если в индикации нет никакой необходимости.
Каравкин В.
ЧАСТО ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СХЕМЫ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ.
1. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДАМИ.
1.1. Схема , использующая напряжение на выводе микроконтроллера.
В этой схеме резистор R предназначен для ограничения тока в светодиоде HL до допустимого уровня. При логическом «0» на выводе светодиод не светится, а (при логической «1» на выводе) светодиод светится. В зависимости от программы(записанной в микроконтроллер) возможны различные режимы управления светодиодом : постоянного свечения светодиода, мигающего свечения светодиода .
1.2. Схема с возможностью увеличения тока , когда величины тока с вывода микроконтроллера RA 1 недостаточно для зажигания светодиода HL0. Схема использует в качестве усилителя транзистор VT1 , работающий в ключевом режиме.
Величина резистора R1 должна обеспечивать режим насыщения транзистора во включённом состоянии.
Резистор R2 задаёт величину тока, необходимую для нормального свечения светодиода.
2. Схема подключения динамика.
Конденсатор C не пропускает постоянный ток в динамик ,но пропускает переменный сигнал. Частота переменного сигнала выбирается в диапазоне частот слышимых человеческим ухом. Под управлением программы микроконтроллер генерирует на выводе RА1 прямоугольные однополярные импульсы, имеющие амплитуду около 5 В. Звук динамика может быть непрерывным , или прерывистым (зависит от программы). Для мощного громкоговорителя или сирены используется усилитель.
3. Схема подключения реле.
Диод VD1 уменьшает ток с обмотки реле при отключении. На обмотке реле К1 может возникнуть напряжение опасное по уровню для МОП – структуры вывода RА1. При логической «1» ( около 5 В) реле срабатывает, замыкая контакт К1. Реле находится в сработанном состоянии, пока микроконтроллер не установит на выводе RА1 напряжение около «0» логический «0».
Рабочий ток обмотки реле должен быть допустимым для вывода RА1. Если требуется для реле больший ток ,то применяется транзисторный ключ между микроконтроллером и реле. Если нужно управлять группой реле ,то часто для управления используют такую схему :
В схеме используется интегральный усилитель ULN 2803.
4. Схема управления нагрузкой в цепи постоянного тока.
Оптопары DD1 и DD2 гальванически развязывают микроконтроллер и цепь питания нагрузки. Управление нагрузкой в цепи постоянного тока осуществляет тиристор. Открываются тиристор с помощью управляющего электрода. С вывода микроконтроллера RB1 производится открытие тиристора VT1, а с RB2 — закрытие. Последовательность действий на выводах микроконтроллера (выше приведенной схемы) для управления нагрузкой:
Импульс на выводе RB1 в момент времени t1 открывает тиристор VT1 и в нагрузке появляется ток IH (лампа L светится).
Импульс на выводе RB2 через оптопару DD2 открывает транзистор VT2 (шунтируя тиристор). Тиристор закрывается и после закрытия транзистора VT2 в момент t2 , в нагрузке ток становится равным нулю. Стабилитрон VD ограничивает напряжение на оптопарах до допустимого уровня, а цепочка R7–C уменьшает крутизну изменения напряжения на тиристоре ( предотвращая ложное открытие тиристора).
5. Схема управления нагрузкой в цепи переменного тока.
Для управления нагрузкой при переменном токе используются симисторы.
Импульс на выводе микроконтроллера RB1 открывает симистор оптопары DD, который открывает симистор VT. Если на выводе RB1 будет постоянное напряжение близкое к 5 В (логическая 1) , то симисторы будут открываться в начале каждой половины напряжения сети. При наличии на выходе RB1 коротких импульсов их надо синхронизировать с напряжением сети (особенность работы тиристоров) в сети переменного тока.
6. Схема управления цифровым 7– сегментным индикатором.
На схеме семь одиночных светодиодов (7-сегментного индикатора) катодами подключены к минусу источника питания .Это схема с общим катодом. Используется семь выводов микроконтроллера (RB1-RB7) для управления каждым сегментом индикатора. Программа микроконтроллера отправляет код цифры в порт.
Индикатор можно использовать и для отображения некоторых букв : d,b,c,o,P,C,E формируя для этого нужные коды.
7. Схема управляющая АЦП (аналого-цифровым преобразователем).
Напряжение имеют аналоговую форму (0-5 В), которое нужно преобразовать в цифровой код. Показана схема управления АЦП типа ADC0831 с последовательным интерфейсом.
Измеряемая величина, поступает на вход V in . С последовательного выхода передается цифровой код измеренной величины.
Управляется АЦП по трем линиям:
CLK – передача тактовых импульсов от микроконтроллера к АЦП;
DO – передача цифрового значения измеряемой величины (цифровой код с выхода DO передаётся в микроконтроллер, начиная со старшего разряда.)
cs – разрешить АЦП работать (выбор кристалла).
Масштаб преобразований зависит от величины опорного напряжения Vref . Выходной код АЦП (ADC 0831) равен (0- 255) , для измеряемой величины в 5В этот код будет 255.
8. Схема управляющая шаговым двигателем.
Наиболее распространены униполярные двигатели с четырьмя обмотками на статоре (к обмоткам прикладывается напряжение одной полярности). Для проворачивания ротора на обмотки двигателя подаётся последовательность упорядоченных импульсов. Ротор вращается не непрерывно, а скачками на единицу углового перемещения. Применяется микросхема ULN 2003.
Последовательность импульсов (подаваемая на обмотки) согласно таблице ( от шага 1 к шагу 4) — вращение в одну сторону. Если подавать импульсы (от шага 4 к шагу 1), то будет вращение в противоположную сторону.
9. Схема управляющая жидко- кристаллическим индикатором (ЖКИ).
Жидко – кристаллический индикатор (ЖКИ) имеет встроенный контроллер и генератор символов. ЖКИ находится в режиме записи (R/W=0). Вывод V0 используется для управления контрастностью отображения на экране. При V0=0 контрастность максимальна. Микроконтроллер ,через RS ввод ЖКИ, сообщает какую информацию он передаёт (коды символов или коды команд). На вход E микроконтроллер подаёт разрешение ЖКИ — работать. Коды команд и символов передаются по 4 –м линиям на входы ЖКИ (DB4-DB7). Вначале производится инициализации . Затем производится переход из 8 –битового режима в 4 –битовый режим.
После этого подаётся разрешающий сигнал на вход E.
10. Схема управления термодатчиком для контроля температуры.
Используется однопроводной интерфейс (1 –Wire Bus) для передачи данных (по одной линии). Датчик измеряет температуру от -55 до 125. Информация о температуре выдаётся 9 –битовым кодом. Принцип работы термодатчика основан на сравнении частот двух внутренних генераторов. Один генератор выдаёт постоянную частоту независимо от температуры, а частота второго генератора изменяется в зависимости от температуры корпуса термодатчика. Для управления датчиком используется команды (определения числа и типов термодатчиков, генерация в линию идентификационного номера, подтверждение выбора определенного датчика, начало преобразования температуры, запись результата, питание от линии). Передача данных по однопроводной линии выполняется паузами различной длительности. Если пауза до 15 мкс, то это логическая «1», а если пауза длиннее 15 мкс, но меньше 60 мкс, то это логический «0».
Обнуление линии осуществляется паузой в 480-960 мкс.
Включение нескольких реле в схемах на микроконтроллере
Если реле в устройстве много, то их проще всего подключить к MK по принципу «одно реле на одну линию порта». Получается линейка из N независимых каналов. Схемотехника каждого канала аналогична включению одиночного реле. Управление несколькими реле может производиться как синхронно, так и асинхронно во времени в зависимости от требуемого алгоритма работы устройства.
Существуют также специфические схемы включения, характерные именно для двух и более реле (Рис. 2.114, a…e).
Рис. 2.114. Схемы подключения нескольких реле к одному MK (начало):
а) микросхема Д4/содержит 7 транзисторных ключей с открытым коллектором. Внутренние защитные диоды позволяют подключать реле Kl…K7 прямо к выводам DAL Максимальное напряжение коммутации 50 В. Ток нагрузки на один канал до 500 мА при общей нагрузке на все выходы не более 2.5 А. Оптимальный вариант, когда число каналов DA1 равно числу реле;
б) при повышенном напряжении питания используется последовательное соединение реле Kl… Кпу управляемых одним ключом VT1.
Количество реле рассчитывается по сумме напряжений на каждом из них. Если сумма больше, чем напряжение питания, то реле не сработают, если сумма меньше, то реле будут перегреваться (надо ставить последовательный гасящий резистор). Недостаток — при «перегорании» обмотки одного реле, остальные перестают работать;
в) параллельное включение реле Kl… Kn по надёжности выше, чем последовательное. Через мощный транзистор VT2 протекает сумма токов всех реле, что приводит к увеличению его напряжения «коллектор — эмиттер» в открытом состоянии и ухудшает КПД. Транзистор VT2 следует поставить на радиатор или, ещё лучше, применить мощный полевой транзистор;
г) реле Kl… K10no очереди срабатывают в зависимости от скважности импульсов, генерируемых на выходе MK через канал ШИМ. Частота следования импульсов должна быть достаточно высокой (десятки килогерц), чтобы на выводе 5 микросхемы DA1 (фирма National Semiconductor) после фильтра R1, C1 было постоянное напряжение с минимумом пульсаций;
Рис.
2.114. Схемы подключения нескольких реле к одному MK (окончание):
д) реле K1 включается ВЫСОКИМ уровнем с выхода MK через транзистор K77, а реле К2 — от внешнего устройства (сигнал UBX) через транзистор VT2. При срабатывании одного из реле (любого), второе не может быть включено из-за открытого диода Шоттки VD2 или VD4\
е) реле K1 включается тиристором VS1, а выключается контактами реле K2.
Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).
управление реле с транзистором и оптоизолятором
Вы можете сделать это так. Помните, что транзистор BJT является устройством с управлением по току, поэтому вы можете сложить их друг на друга, чтобы образовать пару Дарлингтона.
Ваш оптопара будет иметь коэффициент передачи тока ~ 400% при токе светодиода 3 мА, что составляет 12 мА в течение Q1. Для Q2 вам нужен транзистор с hfe больше 250 мА / 12 мА = 20 MPS2222, кажется, имеет hfe 75 при токе базы 10 мА, так что вы должны быть в порядке.
смоделировать эту схему – схема, созданная с использованием CircuitLab
Редактировать в режиме вывода MCU
Из ваших комментариев я понял, что вы не совсем понимаете, как работают двухтактные и открытые сливные каскады. Пока это обсуждается в этом вопросе , я просто дам краткое описание.
Обратите внимание, что в большинстве микроконтроллеров stm32 выходы могут быть сконфигурированы как открытый сток или двухтактный, а также как целая комбинация внутренних повышательных и понижающих нагрузок. Это универсально и полезно.
Теперь, что такое открытый сток – это просто транзистор с не подключенным стоком (коллектором) – вы можете подключить свою нагрузку к этому стоку (D1 на моей схеме). Вы используете открытый сток, когда хотите переключить ток . Он может только поглощать ток, а не его источник.
Когда открытый вывод слива отключен, ток на него не течет, напряжение на нем не определено, он называется «плавающим».
Когда штифт включен, он просто привязывается к земле независимо от того, к чему он подключен.
смоделировать эту схему
Когда что-то вне контакта хочет считывать напряжение (например, вход с высоким сопротивлением), вы решаете это, подключая подтягивающий резистор, чтобы открыть сток. Теперь, когда вывод отключен, выходной сигнал будет высоким, поскольку резистор тянет его, а когда вывод включен, внутренний транзистор ударяет по нижней стороне нагрузочного резистора на землю.
Двухтактный выход активно генерирует и потребляет ток, когда он включен – ток течет из вывода, когда он выключен – ток течет в него. Обычно вы не используете подтягивания или выпадения с двухтактным выходом.
смоделировать эту схему
Порты микроконтроллера с открытым стоком
Есть два распространенных применения с открытым стоком (или с открытым коллектором, в случае BJT):
1) Подключение более одного выхода к одной линии.
Это называется проводной ИЛИ. Например, у вас может быть нормально высокий контакт сброса на устройстве, который сбрасывается как с контакта микроконтроллера, так и с другого источника, скажем, кнопки. Штырь сброса имеет высокое сопротивление с помощью подтягивающего резистора. Микроконтроллер настроен как выход с открытым стоком. Кнопка нажимается на землю при нажатии. Если микроконтроллер установит выходной сигнал на 0 или нажмет кнопку, устройство будет сброшено.
Обратите внимание, что когда микроконтроллер устанавливает свой выходной вывод на 1, этот вывод фактически отсоединяется от линии. Он не управляет линией (“источником”) с любым напряжением, поэтому, когда кнопка нажимает на линию на землю, короткого замыкания не происходит.
Поскольку конфигурация проводного ИЛИ очень полезна, именно поэтому выводы, такие как сброс на микроконтроллере, линии прерывания, очистка и включение линий на устройствах, таких как триггеры, все имеют «активный низкий уровень» – это означает, что они обычно привязаны к высокому уровню (снова через подтягивающий резистор), и любое из нескольких устройств, сконфигурированных как открытый сток, может снизить их.
Такие входы обычно обозначаются как активный-низкий либо с полосой в верхней части имени сигнала, либо с лидирующей! (! CLR) или завершающий знак # (CLR #).
2) Управляющие устройства подключены к различным напряжениям питания. Скажем, у вас есть реле, которое требует 20 мА, но напряжение 5 вольт. Но ваш выход микроконтроллера может приводить контакты только в напряжение питания (VCC) 3.3В. С выходом с открытым стоком вы можете подключить одну сторону реле к 5 В, а другую – к выходному контакту микроконтроллера. Когда выход микроконтроллера в 1 равен 1, ничего не происходит (опять же, действует как разъединенный вывод). Когда он установлен в 0, это заземляет нижнюю сторону реле, замыкая цепь и управляя реле. В таком случае важно поместить «обратный» диод поперек катушки реле, чтобы предотвратить повреждение микроконтроллера при обесточивании устройства.
Для драйверов вывода, таких как ULN2803 (транзисторная матрица Дарлингтона), вы можете управлять нагрузками, подключенными к напряжению до 50 В, и управлять ими с помощью логически совместимого входа.
Меня часто спрашивают, как управлять с помощью микроконтроллера мощными потребителями тока – лампами, питающимися от сети 220 В, мощными тенами. В этой статье собран материал по работе электронных ключей – как они устроены, как работают, как их можно применить в радиолюбительской практике (перевод [1]). Сначала стоит разобраться в том, что же такое электронный ключ? В сущности это просто выключатель (или переключатель) который замыкает/размыкает сильноточную цепь по внешнему электрическому сигналу (тоже входной ток, но намного меньшей мощности). Обычно, когда на вход электронного ключа подается слабый ток управления, ключ замыкается и пропускает через себя мощный ток в силовой цепи. Когда ток управления пропадает, то ключ размыкается и мощный потребитель тока отключается. На фото представлены основные представители электронных ключей – реле и транзисторы. 1 – мощный транзистор IRFP450 MOSFET, который можно применять в ключевых источниках питания, в генераторах развертки ЭЛТ-мониторов. 2 – IRF840B, тоже довольно мощный транзистор, собрат IRFP450. Может безопасно, продолжительное время, без использования радиатора (или охлаждающего вентилятора) коммутировать токи до 8A при напряжении 500V. UPD140601: как верно прокомментировал Ross, на самом деле без радиатора IRF840 долго в таких рабочих условиях не протянет, потому что рассеиваемая мощность превысит 50 Вт. Если взять транзистор с сопротивлением канала на 2 порядка меньше, тогда другое дело. 3 – два простых, дешевых транзистора. Слева транзистор структуры PNP, а справа NPN. Эти транзисторы могут управлять током до 0.15A при напряжении 50 .. 90V. Обычно транзисторы могут коммутировать ток от 0. Приведенные на фото реле могут коммутировать токи от 5A до 15A при напряжении до 240V. Не очень правильно будет сравнивать реле с транзисторами MOSFET, но они почти не генерируют тепло и не нуждаются в радиаторах. 4 – самое простое реле, подходящее для большинства случаев. У этого реле 5 ножек, две подключены к обмотке, а еще три – к контактам на переключение. 5 – мощное реле на 20A, вытащенное из микроволновой печи. 6 – два реле, установленные на приемный радиомодуль (может обучаться на срабатывание от нужного приходящего по радио кода). Сам приемник потребляет меньше 5mA, но может при этом переключить ток до 12A при напряжении 36V, что составит 360 ватт! 7 – два мощных 135-ваттных транзистора 2N3055 от старого усилителя звука, со своим родным радиатором. 8 – приемник кода RC от большой детской радиоуправляемой игрушки – автомобиля. Использует два одинаковых реле для прямого и обратного хода двигателя машинки. Странно, что эти реле системы SPDT, что означает, что у них не используются контакты N/C. 9 – два реле системы DPDT, которые эквивалентны 4 отдельным реле (в каждом из этих реле по 2 контактные группы). Электронные ключи применяются в тех случаях, когда использование простых кнопок и выключателей неудобно или невозможно – например, для запуска автомобильного стартера, или для выключения ядерного реактора, или в электронных проектах, которые по радиосигналу могут управлять включением/выключением освещения или приводом гаражной двери. В этом руководстве будет сделана попытка объяснить самым простым языком, как работают такие электронные ключи. И начнем с самого простого – реле. [Что такое электронное реле] Если коротко, то реле представляет из себя электромагнит, который управляет замыканием контактов. Работает это точно так же, как если бы контакты замыкались механическим нажатием кнопки, но в случае реле усилие для замыкания берется от магнитного поля обмотки реле. Выходные контакты реле могут управлять очень большой электрической мощностью – на порядки большей, чем прикладываемая мощность к обмотке электромагнита реле. При этом входная цепь обмотки (где действует слабый управляющий ток) полностью изолирована от выходной мощной цепи, что очень важно для безопасного управления высоковольтными нагрузками (220, 380 V и выше). Чаще всего у реле есть 5 контактов – вход 1 (на анимационном рисунке помечен +), вход 2 (на рисунке помечен как -), COM (COMmon, общий контакт), N/O (Normally Open, по умолчанию разомкнуто, когда обмотка не получает питание), N/C (Normally Closed, по умолчанию замкнуто, когда обмотка не получает питание). Чтобы лучше понять работу реле, вспомним, что эти контакты означают и для чего нужны: Вход 1: один из концов обмотки электромагнита реле, в нашем примере это вход для положительного полюса входного тока для обмотки. Когда на этот контакт приложен плюс напряжения (достаточного, чтобы реле сработало) относительно контакта Вход 2, то реле переключает контакты в активное состояние. Почти все реле нечувствительны к полярности входного тока, поэтому можно на Вход 1 подать +, а на Вход 2 подать минус, и наоборот, на Вход 1 подать -, а на Вход 2 подать +, и в любом случае реле нормально сработает. Некоторые реле, которые имеют массивный инерционный якорь, могут даже срабатывать от переменного входного напряжения (подробности см. в паспорте на реле). Для улучшения токопроводимости и уменьшения искрения поверхности контактов часто покрывают специальными металлами и сплавами на основе серебра, никеля, ванадия, а иногда для покрытия контактов применяется даже золото или платина (если это реле для коммутации сигналов в качественной аудиоаппаратуре или высокочастотной радиотехнике). Если у Вас есть 9V батарейка (например “Крона”) и обычное реле, то попробуйте подключить обмотку реле к + и – батарейки. При подключении Вы услышите щелчок, который происходит из-за притягивания якоря реле к сердечнику электромагнита и переключения контактов. При отключении обмотки от батарейки произойдет также щелчок, но слабее. При отключении контакта обмотки от батареи Вы также увидите искру, которая возникает от ЭДС самоиндукции обмотки реле. Если принцип переключения контактов все еще непонятен для Вас, то его можно представить к виде псевдокода и иллюстрирующей процесс анимационной картинки: Если input = on (Power ON, через обмотку течет ток) [Как использовать реле] Как было уже упомянуто, реле используется для того, чтобы маломощные устройства (электронные компоненты, устройства) могли включать и выключать устройства, которые потребляют намного больше энергии. Самый распространенный пример применения – автомобиль. Теперь Вас не должно удивлять, почему Вы слышите щелчки при включении индикаторной лампочки, потому что Вы знаете – это срабатывает электромагнит реле. Мигания лампочки может создавать маленькая микросхема таймера, например 555 timer (NE555, LM555). Таймер 555 часто используется для создания импульсов (для простого включения и выключения) на любую нужную длительность, однако эта микросхема 555 сгорит, если будет пропускать через себя ток больше 200 ма. Так что невозможно просто так, без реле, подключить индикаторные лампочки к таймеру 555, потому что даже самые маломощные лампочки потребляют 700 ма и более. Теперь, если мы будем использовать таймер 555 для включения реле, то контактами реле можно запитывать мощные индикаторные лампочки. В этом случае через микросхему таймера будет течь ток около 50 .. 100 ма, что вполне безопасно, а в силовой цепи, питающей индикаторные лампочки, могут течь токи до 5А. Если у Вас дорогая, новая машина, то мало шансов, что Вы услышите щелчки при мигании индикаторных ламп, поскольку современная тенденция – применять везде, где можно, мощные транзисторы MOSFET, а в качестве индикаторных ламп ставить экономичные светодиоды. На интерактивной flash-анимации показан простой сценарий, в котором используются оба контакта N/O и N/C, чтобы включать либо красную, либо зеленую лампу (в зависимости от того, запитана обмотка реле, или нет). Наведите курсор мыши на серый выключатель, и нажмите левую кнопку мыши. При этом красная лампа погаснет, а зеленая загорится. На следующем рисунке показан пример использования реле вместе с таймером NE555. Кратковременное замыкание кнопки S1 запускает формирование длительной выдержки времени, в течение которого реле включено, и замыкает контакты NO и C. По окончании времени выдержки схема возвращается в исходное состояние, реле обесточивается, и становятся замкнутыми контакты NC и C. Такое устройство можно использовать для включения освещения на лестнице – по истечении заданного времени свет автоматически выключится. RC-цепочка, подключенная к выводам 6 и 7 таймера NE555, определяет выдержку времени. Диод, подключенный параллельно обмотке реле, защищает микросхему таймера NE555 от опасного выброса ЭДС самоиндукции, которое возникает при обесточивании обмотки реле (обмотка обладает значительной индуктивностью). Чтобы схема работала нормально, выбирайте подходящее реле – с током срабатывания не более 200mA (это максимум, который позволяет выход микросхемы таймера) при напряжении от 4.5 до 11 вольт. Напряжение питания схемы подберите в соответствии с параметрами реле – от 5 до 12 вольт. Вместо микросхемы таймера NE555 можно использовать любой микроконтроллер AVR, например ATmega32A или ATtiny85 [4]. Микроконтроллер точно так же, как и таймер 555, может переключать свой выход с 0 на 1. Однако имейте в виду, что выходной допустимый ток у микроконтроллера существенно меньше, а выходное напряжение может меняться только в пределах от 0 до 5V. Например, для ATmega32A выходной ток не может превышать 40mA на один порт. Поэтому в общем случае для усиления порта микроконтроллера используют транзисторные ключи [2]. Вход транзисторного ключа подключен к микроконтроллеру, а выход – к обмотке реле. [Что такое транзистор] В предыдущем разделе мы упомянули транзисторы в качестве усилителя / буфера сигналов от микроконтроллера. Но не успели разобраться, как транзисторы выглядят и по какому принципу работают. На фото показан внешний вид транзисторов различного назначения. Транзистор на сегодняшний день все еще часто используется в электронных схемах, и он является одним из элементарных компонентов радиоэлектроники (наряду с диодами, резисторами и конденсаторами). Несмотря на то, что принцип работы транзистора для новичка трудно понять с первого раза, транзистор по сути очень прост и очень хорошо работает вместе с реле. Как Вы уже наверное заметили, у транзистора 3 ножки, и простые биполярные транзисторы бывают двух типов: PNP и NPN. Самыми первыми появились транзисторы PNP, и они изготавливались на основе полупроводника германия. Потом освоили изготовление транзисторов из кремния, и более распространенными стали транзисторы структуры NPN. Транзисторы обеих структур (PNP и NPN) работают по одинаковому принципу, отличие только в полярности рабочего напряжения питания, и в некоторых параметрах. В настоящее время чаще используют транзисторы NPN. В ключевых схемах назначение транзистора то же самое, что и у реле. Когда слабый открывающий ток течет через эмиттерный переход (между базой Б и эмиттером Э), то канал между коллектором (К) и эмиттером (Э) открывается, и может пропускать ток больше базового в десятки и сотни раз. Эмиттер в этом случае играет роль общего электрода, и для транзисторов NPN в ключевом режиме эмиттер часто подключен к общему отрицательному проводу питания, к земле GND. Транзисторы иногда используют вместо реле, и они переключают большую мощность, как и реле, от слабого сигнала. Но в отличие от реле, скорость переключения транзисторов может быть очень высокой (время перехода из выключенного состояния во включенное и наоборот очень мало), поэтому их применяют для управления звуковыми динамиками и импульсными трансформаторами в ключевых источниках питания. Большинство самых обычных транзисторов могут переключаться со скоростью 1 миллион раз в секунду. Транзисторы также выгодно отличаются от реле малыми габаритами, поэтому они могут использоваться в тех местах, где реле использовать невозможно или непрактично. Однако транзисторы могут быть повреждены сильными электромагнитными полями, статическим электричеством и перегревом, что накладывает определенные ограничения на области применения транзисторов. [Как работает транзистор] Транзистор работает усилителем мощности. На вход прикладывается маленькая управляемая мощность, а на выходе снимается в десятки и даже сотни раз бОльшая мощность. Это происходит за счет изменения сопротивления между выводами коллектора и эмиттера в зависимости от тока, который протекает между базой и эмиттером. К сожалению, расположение выводов базы, эмиттера и коллектора (цоколевка) может меняться от одного типа транзистора к другому, так что для того, чтобы понять, где база, а где эмиттер и где коллектор, обращайтесь к документации на транзистор. Есть способы, позволяющие с помощью тестера определить цоколевку, но это существенно сложнее, чем просто заглянуть в даташит. Транзисторы, в отличие от реле, могут открываться не полностью (иметь некое сопротивления канала эмиттер – коллектор), что прямо пропорционально току, протекающему через базу. Эту пропорцию называют коэффициент усиления тока транзистора, h21Э. Например, если коэффициент усиления транзистора равен 100, то при токе 1mA, протекающем через базу, ток через канал коллектор – эмиттер может достигать 100mA, что на техническом языке называют усилением. Транзистор, также в отличие от реле, может сильно нагреваться при протекании через него тока. Обычно высокий нагрев получается при большой рассеиваемой мощности на сопротивлении канала коллектор – эмиттер, когда транзистор не полностью открыт. Поэтому нагрев и потери мощности минимальные тогда, когда транзистор либо полностью закрыт, либо полностью открыт. Все транзисторы имеют некий порог входного напряжения, по превышении которого транзистор начинает открываться. Для большинства обычных кремниевых биполярных транзисторов это напряжение составляет 0.5 .. 0.8V. Для германиевых транзисторов это напряжение меньше, и составляет около 0.2 .. 0.4V. Иногда этот порог называют напряжением отсечки. Если входное напряжение ниже напряжения отсечки, то ток через каналы база – эмиттер и коллектор – эмиттер не течет, транзистор полностью закрыт. Также все транзисторы имеют максимальный входной ток, после превышения которого эффект усиления перестает проявляться. Т. е. выше этого порога усиление перестает проявляться, выходной ток перестает расти. При этом напряжение между базой и эмиттером близко и даже выше напряжения между коллектором и эмиттером. Такое состояние транзистора называют насыщением, и при этом считается, что транзистор полностью открыт. В этой статье мы рассматриваем применение транзистора в качестве электронного ключа, поэтому будут использоваться только два состояния транзистора – либо он полностью закрыт (состояние отсечки тока), либо полностью открыт (состояние насыщения). Ниже приведена анимация, упрощенно показывающая общий принцип работы транзистора. Обратите внимание, что ток эмиттера равен сумме токов базы и коллектора, причем ток базы в 100 раз меньше тока коллектора (коэффициент усиления тока равен 100). По этой картинке можно проще понять, почему малого тока базы достаточно, чтобы открыть силовой канал проводимости коллектор – эмиттер (потому что маленький входной ток как бы открывает вентиль основного канала). Также можно условно понять состояние насыщения – поток воды переполняет трубу, и труба не может пропустить через себя воды больше, чем позволяет диаметр трубы. Конечно же, такое представление является упрощенным, очень приблизительно отражающим реальные процессы, которые происходят в транзисторе. [Как использовать транзистор] Очень часто транзистор используется как электронный ключ. Когда управляющий ток течет между базой и эмиттером, открывается силовой канал между эмиттером и коллектором, сопротивление между эмиттером и коллектором резко падает. К примеру, можно включать/выключать светодиоды в зависимости от сигнала тока, приходящего от таймера 555 (как на анимации ниже) или от микроконтроллера. Между управляющим выходом таймера 555 (или выходным портом микроконтроллера) и базой транзистора почти всегда ставят токоограничивающий защитный резистор (на этой анимации для упрощения резистор не показан). Для упрощения также не показаны токоограничительные резисторы, которые должны стоять последовательно с каждым светодиодом. Ранее уже упоминалась возможность управлять реле с помощью микроконтроллера. Для этого обычно также применяются транзисторы. Ниже приведена простая схема на транзисторе KT315 (его можно заменить аналогом на BC547), предназначенная для коммутации сетевой нагрузки 220V с помощью реле (это может быть лампа, или нагреватель, или асинхронный двигатель). Диод VD1 нужен для предотвращения повреждения транзистора высоковольтным импульсом ЭДС самоиндукции, который возникает при обесточивании обмотки реле. [Общие замечания по применению реле и транзисторов] Реле бывают с самыми разными параметрами, определяющими его назначение и область применения. Чем реле мощнее (то есть чем больше ток и напряжение, которое реле может коммутировать), тем больше размеры реле из-за увеличения размеров электромагнита и контактной группы. Чем реле больше по размеру, тем оно будет требовать бОльшей мощности для управления. Поэтому старайтесь подобрать реле, наиболее подходящее Вам по параметрам. Важно также подобрать нужное напряжение источника питания для реле. Если напряжение будет слишком низким, то реле не будет надежно срабатывать (или не будет срабатывать вовсе). Если напряжение будет слишком большим, то на обмотке реле будет рассеиваться слишком большая мощность, обмотка будет перегреваться и реле может выйти из строя. Чтобы правильно выбрать напряжение питания обмотки реле, см. параметры реле в его паспорте или даташите. Для управления реле с помощью микроконтроллера применяйте транзисторы в качестве буферных ключей. Вы могли бы задаться вопросом – в чем разница между мощными, обычными биполярными транзисторами и транзисторами MOSFET. Мощные транзисторы могут выдержать бОльшие токи и напряжения, и имеют специальные корпуса (обычно максимальные токи порядка 10 .. 20A, и напряжения до 600V и более). Корпус мощного транзистора рассчитан на крепление к теплоотводящей поверхности (например, радиатору). Обычные транзисторы имеют простые пластмассовые миниатюрные корпуса, и могут обычно выдерживать напряжения до 150V и токи до 2A. Транзистор MOSFET, несмотря на то, что принцип его работы и параметры абсолютно отличаются от традиционных биполярных транзисторов, применяются для тех же целей, что и биполярные транзисторы. Ниже приведен пример схемы для управления реле на транзисторе MOSFET. Под транзисторами MOSFET часто подразумевают мощные транзисторы. Действительно, параметры у MOSFET значительно превышают параметры биполярных транзисторов по току и напряжению. В закрытом состоянии сопротивление канала сток – исток транзисторов MOSFET близко к бесконечности, а в открытом состоянии падает практически до нуля. Поэтому транзисторы MOSFET могут безопасно работать при переключении очень больших мощностей, выделяя при этом малое количество тепла. Транзисторы MOSFET, как и биполярные, могут плавно изменять сопротивление силового канала, однако это сопротивление зависит от входного напряжения, а не от входного тока. Во многих случаях можно с небольшими модификациями схемы заменить биполярный транзистор на транзистор MOSFET. Обратная замена возможна далеко не всегда. Меня наверное можно назвать “радиоэлектронным старьевщиком”. Не могу равнодушно мимо любой выброшенной радиоэлектронной железки – хочется забрать домой, починить или хотя бы разобрать на запчасти. В старой аппаратуре можно найти реле и транзисторы, вполне работоспособные и достойные лучшей участи, чем гниение на свалке. Реле могут стоять в микроволновых печах, кондиционерах, телевизорах, холодильниках, источниках бесперебойного электропитания, музыкальных центрах, радиоуправляемых игрушках. Транзисторы встречаются почти в любой электронной аппаратуре, и последнее время все больше встречаются транзисторы с планарным монтажом на плату (SMD), а транзисторы со штыревыми выводами встречаются реже. [Что обозначают аббревиатуры SPDT, SPST, DPST, DPDT]
[Ссылки] 1. How Electronic Switches Work For Noobs: Relays and Transistors site:instructables.com. |
15A до 14A при напряжении от 50V до 500V (см. даташит на каждый конкретный транзистор), так что транзистор может переключить мощность до 7 киловатт, если на вход транзистора приложить совсем маленькую мощность – несколько милливатт.
Это устаревшие биполярные транзисторы, и они не настолько эффективны, как современные транзисторы MOSFET. Однако два таких транзистора в некоторых случаях могут заменить один IRFP450, чтобы коммутировать больше 75 ватт мощности.Реле сопряжения с микроконтроллером
| Реле – это устройства, которые позволяют схемам малой мощности включать и выключать относительно высокий ток / напряжение. Для работы реле через его катушку должен быть пропущен подходящий ток включения и удержания . Как правило, катушки реле предназначены для работы от определенного напряжения, часто от 5 В до 12 В. Также на рынке доступны реле различных номиналов тока, наиболее часто используемые реле называются реле Cube с катушкой 12 В и номиналом 5 ампер.Также доступны некоторые реле с номинальным током 30 ампер. | |
Функция схемы драйвера реле заключается в обеспечении необходимого тока (обычно от 25 до 70 мА) для подачи питания на катушку реле. | |
На рисунке 1 показана основная схема драйвера реле.Как вы можете видеть, NPN-транзистор BC547 используется для управления реле. Транзистор приводится в состояние насыщения (включается), когда на ПИН-код ПОРТА записана ЛОГИКА 1, что приводит к включению реле. Реле выключается записью LOGIC 0 на выводе порта. Диод (1N4007 / 1N4148) подключен к катушке реле; это сделано для защиты транзистора от повреждения из-за ЗАДНЕЙ ЭДС , генерируемой в индуктивной катушке реле, когда транзистор выключен.Когда транзистор выключен, энергия, запасенная в катушке индуктивности, рассеивается через диод и внутреннее сопротивление катушки реле. Обычно можно использовать диод 1N4148, поскольку это быстро переключающийся диод с максимальным прямым током 300 мА. Этот диод еще называют безынерционным диодом. | |
Светодиод используется для индикации того, что РЕЛЕ ВКЛЮЧЕНО. Резистор R1 определяет ток, протекающий через светодиод, тем самым определяя интенсивность светодиода. | |
Резистор R2 используется в качестве последовательного базового резистора для установки базового тока. При работе с контроллерами 8051 я заметил, что использовать этот резистор не обязательно, поскольку контроллер имеет внутренний резистор 10 кОм, который действует как базовый резистор. | |
| Микроконтроллеры имеют внутренние подтягивающие резисторы, поэтому, когда вывод порта ВЫСОКИЙ, выходной ток проходит через этот внутренний подтягивающий резистор. Микроконтроллеры 8051 имеют внутреннее сопротивление 10 кОм. Следовательно, максимальный выходной ток будет 5 В / 10 кОм = 0,5 мА. Этого тока недостаточно, чтобы перевести транзистор в состояние насыщения и включить реле. Следовательно, используется внешний подтягивающий резистор R3. Давайте теперь вычислим значение R3. Обычно для включения реле требуется тяговый ток 70 мА. Таким образом, нашему транзистору BC547 потребуется достаточный базовый ток, чтобы он оставался насыщенным и обеспечивал необходимый ток коллектора i.е. 70ma. Коэффициент усиления (h fe ) BC547 равен 100, поэтому нам необходимо обеспечить как минимум 70 мА / 100 = 0,7 мА базового тока. На практике вам требуется примерно удвоенное значение этого тока, поэтому мы рассчитаем 1,4 мА от базового тока. | |
Базовый ток (1,4 мА) = ток отключения контроллера (0,5 мА) + 5 В / R3 | |
Из приведенного выше уравнения значение R3 получается равным 5.55 кОм. Обычно я использую резистор 4,7 кОм. | |
| Всякий раз, когда микроконтроллер 8051 изначально включается, контроллер находится в состоянии сброса, и все выводы контроллера находятся в ВЫСОКОМ состоянии , что приведет к ВКЛЮЧЕНИЮ реле при каждом включении питания или при колебаниях мощности. Это также может повредить устройство, подключенное к реле, чтобы избежать этой проблемы, между контроллером и предыдущим транзистором был добавлен другой транзистор Q2. Этот транзистор действует как инвертор.На рисунке 2 показана обновленная схема драйвера реле. Итак, теперь, когда с контроллера подается высокий уровень, транзистор Q2 включается, поэтому база транзистора Q1 получает 0, поэтому транзистор Q1 выключается, а реле выключается. И когда с контроллера подается НИЗКИЙ уровень, транзистор Q2 выключается, поэтому база транзистора Q1 получает высокое напряжение через резистор R2, поэтому транзистор Q1 включается, что включает реле | .|
Таким образом, Q2 и R2 действуют как инвертор. | |
Если вы хотите подключить больше реле к микроконтроллеру, вы можете использовать ULN 2003 для подключения семи реле или ULN 2803 для подключения восьми реле. На рисунке 3 показано, как подключить реле к микроконтроллеру с помощью ULN 2003 / ULN 2803. Эти ИС представляют собой массивы высоковольтных, сильноточных транзисторов Дарлингтона с выходами с открытым коллектором и фиксирующими диодами свободного хода, поэтому нет необходимости в диоде на реле.Также нет необходимости в последовательном базовом резисторе, так как IC имеет внутренний резистор 2,7 кОм . |
.
По сценарию Амола Шаха Релейный модуль, взаимодействующий с микроконтроллером pic16f877a
Релейный модуль , взаимодействующий с микроконтроллером pic16f877a, В этом руководстве по микроконтроллеру pic вы узнаете, как связать модуль реле с любым микроконтроллером pic или любым микроконтроллером? Как управлять нагрузкой переменного тока с помощью реле? Как включить и выключить реле с микроконтроллером pic с помощью цифровых выходных портов микроконтроллера pic16f877a.вы увидите, что реле очень просто сопрягать с микроконтроллером pic16f877a. Relay имеет множество применений в проектах на базе микроконтроллеров pic и проектах встроенных систем . Вы можете найти его приложения в проектах домашней автоматизации . Ознакомьтесь со следующими статьями по взаимодействию реле:
Теперь давайте начнем с введения реле и того, как реле работает, а в конце статьи мы увидим, как связать модуль реле с микроконтроллером pic.
Что такое реле?Реле – это электромагнитный переключатель, который управляется небольшим током и используется для включения или выключения высоких электрических цепей или приборов. Означает, что его магнитная катушка включается или выключается небольшим током, но его магнитные контакты используются для управления большими токами. Обычно используются два типа релейных модулей, первый – это релейный модуль переменного тока, магнитная катушка которого работает от переменного напряжения. Точно так же второй модуль реле постоянного тока, магнитная катушка которого работает от постоянного напряжения.Оба релейных модуля легко доступны на рынке или в интернет-магазине. Но в этой статье мы поговорим только о модуле реле постоянного напряжения. Простое реле, работающее от постоянного напряжения, показано на рисунке 1
.Рис.1 Простой релейный модуль постоянного тока
Конфигурация контактов релейного модуля Релейные модулидоступны с разными каналами, такими как одноканальный и многоканальный и т. Д. Один канал состоит только из одного реле, а многоканальный состоит из нескольких реле, которые соединены параллельно друг другу.Каждое реле обычно состоит из трех входных контактов, таких как VCC, GND и signal и т. Д. Точно так же оно также состоит из трех выходных контактов, таких как NC (нормально замкнутый), NO (нормально разомкнутый) и COM (общий). Напряжение питания подается на выводы VCC и GND, которые обычно составляют 5 В постоянного тока, а сигнальные напряжения прикладываются к сигнальному выводу. Каждый релейный модуль также состоит из двух светодиодов, которые показывают, что реле включено или выключено.
Принцип работы релейного модуляРеле работает по принципу электромагнитного переключателя.Когда напряжение подается на его входные контакты, такие как VCC и GND, это реле включено, что означает, что оно переходит в активное положение. Потому что он состоит из нормально разомкнутых (NO) и нормально замкнутых (NC) контактов, которые используются для управления сильным током, и этот ток может быть переменным или постоянным. Оба положения, например, когда напряжение подается на входные контакты и когда напряжение не подается на входные контакты, показаны на рисунке 2
.Рисунок 2 Положения активированного и деактивированного релейного модуля
Согласно рисунку 2, когда напряжение постоянного тока не подается на входные контакты модуля реле, это реле не переходит в активное положение и общая точка остается соединенной с точкой NC, означает с нормально закрытой точкой.В этом положении, если какой-либо ток присутствует в общей точке, то этот ток проходит через нормально закрытую точку. Затем цепь или предмет, который связан с нормально закрытой точкой, переводится во включенное положение, в противном случае остается в выключенном положении. Точно так же, когда напряжение подается на входные контакты реле, это реле переходит в активное положение. Это означает, что когда напряжение подается на клеммы катушки, создается электромагнитное поле.
Это электромагнитное поле притягивает арматуру – печень, соединенную пружиной.В этом положении общая точка соединяется с нормально разомкнутой точкой, затем ток проходит через общую точку в нормально разомкнутую точку, показанную на рисунке 2. Затем цепь или объект, который соединен с нормально разомкнутой точкой, в противном случае перейдет во включенное положение. он останется в выключенном состоянии. Точно так же через этот релейный модуль контролируются высокие токи. Они доступны в различных текущих рейтингах. Принципиальная схема релейного модуля приведена ниже:
Как подключить релейный модуль к микроконтроллеру PIC16f877aДля сопряжения микроконтроллера pic с реле нам необходимо использовать порт цифрового вывода микроконтроллера pic 16F877A.Когда мы подаем цифровой сигнал высокого уровня на реле, реле включается, а когда мы подаем цифровой сигнал низкого уровня на реле, реле выключается. Как мы обсуждали в предыдущем абзаце, для включения модуля реле требуются напряжения, которые обычно составляют 5 В постоянного тока, и это напряжение может быть снято с любого контроллера, такого как микроконтроллер или Arduino и т. Д. Здесь мы снимаем эти напряжения с любого порта микроконтроллера pic. Он запрограммирован на языке c с помощью программного обеспечения mikro / c, а также питается от постоянного тока 5 В.
Этот микроконтроллер управлял реле так эффективно и разумно. Принципиальная схема взаимодействия релейного модуля с микроконтроллером pic16f877a приведена ниже. Я соединил кнопку с микроконтроллером pic, которая будет использоваться для включения и выключения модуля реле.
Предположим, мы хотим включить релейный модуль на какое-то определенное время, а затем мы командуем микроконтроллеру посредством программирования, чтобы он включил релейный модуль на некоторое время. Затем этот микроконтроллер автоматически подает напряжение постоянного тока 5 В на определенное время для включения модуля реле.Таким образом, мы можем легко управлять релейным модулем с помощью микроконтроллера pic 16f877a. Посмотрите видео для полной демонстрации того, как работает интерфейс релейного модуля с микроконтроллером pic.
Код для взаимодействия реле с микроконтроллером pic16f877a
Код для взаимодействия с реле написан с использованием компилятора Mikor c для pic. Один вывод микроконтроллера используется как вывод цифрового входа, а второй вывод используется как вывод цифрового вывода.
void main ()
{
ADCON1 = 0X0F;
TRISB.B1 = 0;
TRISE.B0 = 1;
в то время как (1)
{
если (PORTE.B0 == 1)
{
PORTB.B1 = 1;
}
еще
{
PORTB.B1 = 0;
}
}
} Реле сопряжения с PIC16F877A | EmbeTronicX
В этом руководстве мы изучим взаимодействие реле с PIC16F877A. Реле – очень важный компонент для взаимодействия с тяжелой техникой с помощью микроконтроллера.
Реле – это устройства, которые позволяют схемам малой мощности переключать относительно высокого тока / напряжения ВКЛ / ВЫКЛ.Релейная схема обычно представляет собой меньший переключатель или устройство, которое приводит в действие (размыкает / замыкает) электрический переключатель, способный пропускать гораздо большие токи.
Принцип
Ток, протекающий через катушку реле, создает магнитное поле, которое притягивает рычаг и изменяет контакты переключателя. Ток катушки может быть включен или выключен, поэтому реле имеют два положения переключения, и большинство из них имеют переключающие контакты с двойным ходом.
Конструкция и работа
Реле состоят из электромагнита и набора контактов, как правило, на основе метода переключения с однополюсным двойным переключением (SPDT) или двухполюсным двойным переключением (DPDT).Он имеет 3 контакта для выполнения функции –
- COM = Общий, всегда подключается к NC; это подвижная часть переключателя.
- NC = нормально замкнутый, к нему подключен COM, когда катушка реле выключена.
- NO = нормально открытый, COM подключен к этому, когда катушка реле включена.
Вы можете легко понять концепцию реле, посмотрев на это изображение ниже.
Перед установкой интерфейса каждый должен знать о драйвере реле, который используется для сопряжения реле с микроконтроллером.
Принципиальная схема
В этом руководстве я подключаю одно реле к порту B.0. И коммутатор подключен к порту B.1.
Код
Если вы хотите включить реле, просто подайте высокий сигнал (1) на тот контакт, который подключен к ULN2803. Концепция этого кода заключается в том, чтобы просто включить реле при нажатии кнопки.
#include#define relay RB0 #define sw RB1 пустая функция() { TRISB0 = 0; TRISB1 = 1; в то время как (1) { if (sw == 1) { реле = 1; } еще { реле = 0; } } }
Выходные данные
[Образец вывода можно найти здесь]
Итак, программировать очень просто.Это похоже на светодиодную программу. Но в отношении аппаратного обеспечения нам следует быть осторожными. Потому что мы можем подключить сюда устройства питания переменного тока. Так что будьте осторожны, ребята. Вы можете подключить вентилятор, двигатель переменного тока, лампу и т. Д. К реле.
СвязанныеИнтерфейсное реле с микроконтроллером PIC
Эта схема является примером сопряжения реле с микроконтроллером с использованием транзистора. Технически реле представляет собой электромагнитный переключатель, который обычно используется для переключения высокого напряжения или тока с использованием цепей малой мощности.Устройство изолирует цепи малой мощности от цепей высокой мощности, запитывая катушку, намотанную на сердечник из мягкого железа. Он использует микроконтроллер PIC16F887, 8-битный микроконтроллер на основе CMOS FLASH с прецизионным внутренним генератором, который можно перепрограммировать под управлением программного обеспечения. Однако его нельзя напрямую подключать к реле, поскольку он не может обеспечивать ток, необходимый для управления реле. Его максимальный ток составляет 25 мА, в то время как реле требует тока от 50 до 100 мА. Кроме того, поскольку подача питания на его катушку активирует реле, микроконтроллер может перестать работать из-за отрицательного напряжения, создаваемого в реле из-за его обратной ЭДС.
Реле можно легко связать с микроконтроллером с помощью транзистора. В представленной схеме транзистор подключен как переключатель, по которому проходит ток, необходимый для работы реле. Когда на выводе RB7 микроконтроллера PIC появляется высокий уровень, транзистор BC547 включается, и ток течет через реле. Диод D1 используется для защиты транзистора и микроконтроллера от обратной ЭДС, генерируемой в катушке реле. Обычно предпочтительным является 1N4148, поскольку это быстросменный диод с пиковым прямым током 450 мА.Этот диод также известен как диод свободного хода.
Некоторым электронным устройствам требовалось переключение для управления высоким напряжением или большим током для оптимизации максимальной производительности. При этом можно использовать реле, которое существенно усиливает сигнал, переключая большую мощность с небольшой рабочей мощностью. Реле имеют различные применения, такие как модемы, усилители звука, соленоид стартера автомобиля или могут быть телеграфным реле, повторяя слабый сигнал, полученный на конце длинного провода.Кроме того, это может быть реле защиты, которое можно заметить в автоматических выключателях.
Реле: интерфейс реле с микроконтроллерами | Практические руководства по электронике
Здравствуйте, друзья,
Это третья часть моей серии руководств по реле . В последних двух уроках мы узнали, что такое реле и как они работают. В этой части мы рассмотрим их интерфейс с микроконтроллерами.
Выводы выходного порта микроконтроллеров могут подавать только несколько миллиампер тока, поэтому их нельзя напрямую использовать для включения реле.Чтобы решить эту проблему и связать реле с любым микроконтроллером или другими логическими микросхемами, нам понадобится транзистор.
Транзистор
Транзистор – это трехконтактный электронный компонент. Два общих транзистора показаны на изображении ниже. У одного пластиковый корпус, у другого – металлический.
Пластиковый корпус и металлический корпус транзисторов
Есть два типа транзисторов: NPN и PNP. Мы не будем подробно останавливаться на транзисторах. Для сопряжения реле обычно предпочтительнее использовать NPN-транзистор.На изображении ниже показан схематический символ транзистора NPN.
Принцип транзистора
Очень маленький ток, протекающий от Base к Emitter , вызывает большой ток от Collector к Emitter . Итак, мы подключаем вывод нашего микроконтроллера к Base транзистора. Полная принципиальная схема показана ниже.
Схема релейного интерфейса
Здесь видно, что выход микроконтроллера поступает в транзистор через резистор R1 (4К7).Этот резистор ограничивает ток, и только очень небольшой ток течет от базы к эмиттеру. Когда выходной порт микроконтроллера находится в низком состоянии (0), ток не течет к базе и транзистор находится в выключенном состоянии. Когда микроконтроллер устанавливает высокий уровень на выходной линии (двоичная 1), транзистор включается. Ток течет от входа 12 В к реле, а затем к земле через штырь коллектора транзистора. Этот ток включает реле, которое, в свою очередь, включает нагрузку переменного тока (лампочку)
Диод D1 (1N4007) используется как обратный диод.Каждый раз, когда индуктивная нагрузка (катушки реле) отключается, на ее выводе генерируется большое напряжение. Это напряжение может повредить транзистор. Чтобы защитить транзистор, мы помещаем диод таким образом, чтобы он замыкал это напряжение.
Релейная плата
Плата реле имеет указанную выше схему, построенную на небольшой печатной плате, чтобы облегчить вам жизнь. Вы можете купить его в eXtremeElectronics. Легко подключается к любой макетной плате микроконтроллера.
Мы сердечно благодарим следующих людей, которые поделились этой страницей в различных социальных сетях и вдохновили нас на разработку более качественного контента!
Уильям, Сделай сам Гай, АНАНДАН КР, Рахул,
Как управлять реле с помощью Arduino?
Почему мы не можем управлять реле напрямую с помощью Arduino или любого другого микроконтроллера?
Давайте посмотрим, что написано в даташите Arduino Uno:
| Технические характеристики Arduino (изображение любезно предоставлено farnell.com) |
| Технический паспорт ATmega328P (изображение любезно предоставлено, микрочип / атмел) |
| Неправильное соединение реле с микроконтроллером |
Итак, есть несколько вариантов, которые мы можем использовать для подключения реле. Мы рассмотрим несколько решений.
Подключение реле через транзистор,В этом методе реле электрически не изолировано от микроконтроллера.Для защиты транзистора рекомендуется использовать диод с обратным ходом. Выходной контакт должен быть высоким для питания катушки реле.
Подключение реле к микроконтроллеру с помощью транзистора |
| Реле срабатывания через транзистор |
В этом методе реле также электрически не изолировано от микроконтроллера.Однако это будет один из лучших вариантов, когда нам нужно подключить серию реле для микроконтроллера. Поскольку выбранный мной массив Дарлингтона имеет встроенные диоды свободного хода , нет необходимости добавлять для этого обратную защиту.
| Подключение реле к микроконтроллеру с помощью массива Дарлингтона |
| Управление реле с использованием массива Дарлингтона |
Хотя эта схема немного дороже, чем предыдущие методы, она имеет большое преимущество перед предыдущими методами.Если ваша схема микроконтроллера хрупкая, чувствительная к шуму или чувствительная, оптопары в этой схеме электрически изолируют сигнальную сторону от реле. (подключен оптически)
Давайте посмотрим, как мы его подключим, если выберем переключение заземления. В этом методе выход 0 В будет управлять реле. Преимущество этого метода в том, что мы можем выбрать напряжение питания микроконтроллера / отдельного источника напряжения для работы реле.
| Подключение реле к микроконтроллеру с помощью оптопар, нижняя сторона |
Также мы можем переключить верхнюю часть оптопары, где реле будет работать при высоком уровне выходного сигнала.На схеме ниже также показана электрическая изоляция.
| Подключение реле к микроконтроллеру с помощью оптопары, High Side |
| Управление реле с помощью оптопары |
Как использовать реле 5 В на Arduino
Arduino – это макетная плата на основе микроконтроллера, работающая от небольшого источника постоянного тока. Реле – это устройство, которое помогает микроконтроллерам (или платам на основе микроконтроллеров), таким как Arduino, включать и выключать различные бытовые приборы, такие как двигатели, освещение, водонагреватели, телевизор, вентиляторы и т. Д.
Сегодня Arduino используется для широкого спектра приложений, таких как управление светодиодами, мониторинг температуры, регистрация данных, включение двигателей и т. Д. Другой важной задачей, которую может выполнить Arduino, является управление реле 5 В для управления высоковольтными приборами переменного тока. и устройства.
Семейство микроконтроллеров Arduino, таких как UNO, Nano и Mega и т. Д., Можно запрограммировать для управления простым реле 5 В, т.е. включать или выключать его при нажатии кнопки, считывании значения температуры с термистора или просто путем установки до предустановленного таймера.
В этом проекте мы увидим простую схему, в которой Arduino UNO будет управлять реле 5 В, которое, в свою очередь, будет лампой.
Примечание: Мы использовали Arduino UNO в этом проекте, поскольку она более популярна, чем другие платы Arduino, и новички в электронике могут легко ее использовать. Если у вас есть другая плата, такая как Arduino Nano или Arduino Mega, вы можете использовать ее без каких-либо проблем.
Внимание: Мы собираемся подключить источник питания 240 В (или 110 В в зависимости от того, где вы живете) к модулю реле 5 В, чтобы включить лампу.Вы должны быть очень осторожны и осторожны при подключении к сети. Если у вас есть хотя бы малейшие сомнения по поводу подключения, не стесняйтесь обращаться за помощью к профессионалу.
Принципиальная схема
Давайте посмотрим на принципиальную схему проекта. Несмотря на то, что мы использовали релейный модуль на 5 В, соединения на этой принципиальной схеме будут описывать полную установку.
Необходимые компоненты
- Arduino UNO (или любая другая плата Arduino) [Купить здесь]
- Реле 5 В
- 1N4007 Диод
- BC547 – транзистор NPN
- Красный светодиод (может использоваться как индикатор включения питания)
- Зеленый светодиод (может использоваться в качестве светодиода включения реле)
- 2 резистора по 1 кОм (1/4 Вт – для красных и зеленых светодиодов)
- Лампа
- Провода для подключения компонентов постоянного напряжения
- Провода для подключения переменного тока Сеть и лампа
Описание схемы
Давайте теперь посмотрим, как устроена схема.Во-первых, в этом проекте мы использовали реле на 5 В. Это упрощает задачу, так как Arduino может напрямую включать реле. Если вы использовали реле на 12 В, как мы использовали в этом проекте Arduino Relay Control, вам необходимо использовать отдельный источник питания для реле.
Что касается конструкции схемы, она очень проста, поскольку мы использовали модуль реле на 5 В, а не отдельные компоненты. Хотя принципиальная схема объясняет подробные подключения, на практике нам не нужно было выполнять все подключения.
Большинство релейных модулей (5 В или 12 В) поставляются с вышеупомянутым подключением, и, следовательно, все, что вам нужно, это подать питание на модуль реле i.е. 5V и GND и подключите управляющий сигнал от Arduino к управляющему выводу на плате реле.
Подходя к нагрузочной части, то есть к лампе, горячий провод от сети подключается к одному выводу лампы. Другой вывод лампы подключен к нормально разомкнутому (NO) контакту реле 5V. Наконец, нейтральный провод от сети подключается к общему контакту (COMM) реле.
Небольшой датчик света в виде LDR (светозависимого резистора) используется для автоматического включения или выключения света.Выходной сигнал датчика LDR подается на вывод аналогового входа A0.
Описание компонентов
Реле
Преимущество использования реле 5 В в этом проекте заключается в том, что питание для реле может подаваться напрямую с самой платы Arduino UNO. Давайте теперь посмотрим некоторые основы реле. Реле – это тип переключателя, который действует как интерфейс между микроконтроллерами и нагрузками переменного тока.
Простое однополюсное – одноходовое реле (SPST), подобное тому, которое используется в этом проекте, состоит из 5 клемм: 5 В, GND, нормально разомкнутый (NO), нормально замкнутый (NC) и общий (COMM).Поскольку нам нужно управлять этим реле с помощью Arduino, используется транзистор с дополнительным выводом, называемым контрольным выводом, на модуле реле.
Работа над проектом
Здесь объясняется простой проект, в котором Arduino UNO управляет реле 5В. Работа проекта основана на функционировании реле и способности Arduino управлять реле. Обсудим, как работает проект.
Как упоминалось ранее, сопрягая Arduino с модулем реле 5 В, мы намереваемся управлять нагрузкой переменного тока, например лампой.Вместо того, чтобы использовать его напрямую, мы разработали небольшое приложение, в котором LDR используется для определения интенсивности света и автоматического включения или выключения реле.
При нормальных условиях освещения выходной сигнал LDR будет в диапазоне 80–90 (диапазон 0–255). Когда условия освещения становятся темными (это можно сделать, накрыв LDR рукой), выходной сигнал LDR перескакивает на 130–140. Это состояние можно использовать для срабатывания реле 5 В и включения света.
КОД
Преимущества и недостатки
Преимущества: Основным и важным преимуществом подключения реле 5V к Arduino является то, что оно может питаться от самой Arduino.
Недостатки : Транзисторное реле может не подойти для длительного использования, так как в катушке реле всегда будет шум. Подходящим вариантом будет использование дополнительной изоляции, такой как оптоизолятор, или полное устранение электромеханического реле и его замена твердотельным реле.
Приложения
- Взаимодействие реле 5 В с Arduino открывает двери для огромного количества приложений. Хотя основная задача реле – управлять нагрузкой, то, как это реле управляется Arduino, делает его интересным проектом.
- Вот некоторые из техник и методов, с помощью которых мы можем управлять реле: Bluetooth, инфракрасный (ИК) пульт дистанционного управления, РЧ-передатчик-приемник или даже через Интернет.
- Домашняя автоматизация на базе Arduino требует комбинации Arduino и множества релейных модулей (в зависимости от количества нагрузок).
Видео о конструкции и выходе
Рекомендуемое чтение:
.