Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 1

О какой нагрузке идет речь? Да о любой — релюшки, лампочки, соленоиды, двигатели, сразу несколько светодиодов или сверхмощный силовой светодиод-прожектор. Короче, все что потребляет больше 15мА и/или требует напряжения питания больше 5 вольт.

Вот взять, например, реле. Пусть это будет BS-115C. Ток обмотки порядка 80мА, напряжение обмотки 12 вольт. Максимальное напряжение контактов 250В и 10А.

Подключение реле к микроконтроллеру это задача которая возникала практически у каждого. Одна проблема — микроконтроллер не может обеспечить мощность необходимую для нормальной работы катушки. Максимальный ток который может пропустить через себя выход контроллера редко превышает 20мА и это еще считается круто — мощный выход. Обычно не более 10мА. Да напряжение у нас тут не выше 5 вольт, а релюшке требуется целых 12. Бывают, конечно, реле и на пять вольт, но тока жрут больше раза в два.

В общем, куда реле не целуй — везде жопа. Что делать?

Первое что приходит на ум — поставить транзистор. Верное решение — транзистор можно подобрать на сотни миллиампер, а то и на амперы. Если не хватает одного транзистора, то их можно включать каскадами, когда слабый открывает более сильный.

Поскольку у нас принято, что 1 это включено, а 0 выключено (это логично, хотя и противоречит моей давней привычке, пришедшей еще с архитектуры AT89C51), то 1 у нас будет подавать питание, а 0 снимать нагрузку. Возьмем биполярный транзистор. Реле требуется 80мА, поэтому ищем транзистор с коллекторным током более 80мА. В импортных даташитах этот параметр называется I_c, в наших I_к. Первое что пришло на ум — КТ315 — шедевральный совковый транзистор который применялся практически везде 🙂 Оранжевенький такой. Стоит не более одного рубля. Также прокатит КТ3107 с любым буквенным индексом или импортный BC546 (а также BC547, BC548, BC549). У транзистора, в первую очередь, надо определить назначение выводов.

Где у него коллектор, где база, а где эмиттер. Сделать это лучше всего по даташиту или справочнику. Вот, например, кусок из даташита:

Обратите внимание на коллекторный ток — I_c = 100мА (Нам подоходит!) и маркировку выводов.

Цоколевка нашего КТ315 определяется так

Если смотреть на его лицевую сторону, та что с надписями, и держать ножками вниз, то выводы, слева направо: Эмиттер, Колектор, База.

Берем транзистор и подключаем его по такой схеме:

Коллектор к нагрузке, эмиттер, тот что со стрелочкой, на землю. А базу на выход контроллера.

Транзистор это усилитель тока, то есть если мы пропустим через цепь База-Эмиттер ток, то через цепь Колектор-Эмиттер сможет пройти ток равный входному, помноженному на коэффициент усиления h_fe.
h_fe для этого транзистора составляет несколько сотен. Что то около 300, точно не помню.

Максимальное напряжение вывода микроконтроллера при подаче в порт единицы = 5 вольт (падением напряжения в 0.7 вольт на База-Эмиттерном переходе тут можно пренебречь). Сопротивление в базовой цепи равно 10000 Ом. Значит ток, по закону Ома, будет равен 5/10000=0.0005А или 0.5мА — совершенно незначительный ток от которого контроллер даже не вспотеет. А на выходе в этот момент времени будет I_c=I_be*h_fe=0.0005*300 = 0.150А. 150мА больше чем чем 100мА, но это всего лишь означает, что транзистор откроется нараспашку и выдаст максимум что может. А значит наша релюха получит питание сполна.

Все счастливы, все довольны? А вот нет, есть тут западло. В реле же в качестве исполнительного элемента используется катушка. А катушка имеет неслабую индуктивность, так что резко оборвать ток в ней невозможно. Если это попытаться сделать, то потенциальная энергия, накопленная в электромагнитом поле, вылезет в другом месте. При нулевом токе обрыва, этим местом будет напряжение — при резком прерывании тока, на катушке будет мощный всплеск напряжения, в сотни вольт. Если ток обрывается механическим контактом, то будет воздушный пробой — искра. А если обрывать транзистором, то его просто напросто угробит.

Надо что то делать, куда то девать энергию катушки. Не проблема, замкнм ее на себя же, поставив диод. При нормальной работе диод включен встречно напряжению и ток через него не идет. А при выключении напряжение на индуктивности будет уже в другую сторону и пройдет через диод.

Правда эти игры с бросками напряжения гадским образом сказываются на стабильности питающей сети устройства, поэтому имеет смысл возле катушек между плюсом и минусом питания вкрутить электролитический конденсатор на сотню другую микрофарад. Он примет на себя большую часть пульсации.

Красота! Но можно сделать еще лучше — снизить потребление. У реле довольно большой ток срывания с места, а вот ток удержания якоря меньше раза в три. Кому как, а меня давит жаба кормить катушку больше чем она того заслуживает. Это ведь и нагрев и энергозатраты и много еще чего. Берем и вставляем в цепь еще и полярный конденсатор на десяток другой микрофарад с резистором. Что теперь получается:

При открытии транзистора конденсатор С2 еще не заряжен, а значит в момент его заряда он представляет собой почти короткое замыкание и ток через катушку идет без ограничений. Недолго, но этого хватает для срыва якоря реле с места. Потом конденсатор зарядится и превратится в обрыв. А реле будет питаться через резистор ограничивающий ток. Резистор и конденсатор следует подбирать таким образом, чтобы реле четко срабатывало.
После закрытия транзистора конденсатор разряжается через резистор. Из этого следует встречное западло — если сразу же попытаться реле включить, когда конденсатор еще не разрядился, то тока на рывок может и не хватить. Так что тут надо думать с какой скоростью у нас будет щелкать реле. Кондер, конечно, разрядится за доли секунды, но иногда и этого много.

Добавим еще один апгрейд.
При размыкании реле энергия магнитного поля стравливается через диод, только вот при этом в катушке продолжает течь ток, а значит она продолжает держать якорь. Увеличивается время между снятием сигнала управления и отпаданием контактной группы. Западло. Надо сделать препятствие протеканию тока, но такое, чтобы не убило транзистор. Воткнем стабилитрон с напряжением открывания ниже предельного напряжения пробоя транзистора.

Из куска даташита видно, что предельное напряжение Коллектор-База (Collector-Base voltage) для BC549 составляет 30 вольт. Вкручиваем стабилитрон на 27 вольт — Profit!

В итоге, мы обеспечиваем бросок напряжения на катушке, но он контроллируемый и ниже критической точки пробоя. Тем самым мы значительно (в разы!) снижаем задержку на выключение.

Вот теперь можно довольно потянуться и начать мучительно чесать репу на предмет того как же весь этот хлам разместить на печатной плате… Приходится искать компромиссы и оставлять только то, что нужно в данной схеме.

Но это уже инженерное чутье и приходит с опытом.

Разумеется вместо реле можно воткнуть и лампочку и соленоид и даже моторчик, если по току проходит. Реле взято как пример. Ну и, естественно, для лампочки не потребуется весь диодно-конденсаторный обвес.

Пока хватит. В следующий раз расскажу про Дарлингтоновские сборки и MOSFET ключи.

Управление мощной нагрузкой переменного тока

Тиристор

Иногда нужно слабым сигналом с микроконтроллера включить мощную нагрузку, например лампу в комнате. Особенно эта проблема актуальна перед разработчиками умного дома. Первое что приходит на ум — реле. Но не спешите, есть способ лучше 🙂

В самом деле, реле это же сплошной гемор. Во первых они дорогие, во вторых, чтобы запитать обмотку реле нужен усиливающий транзистор, так как слабая ножка микроконтроллера не способна на такой подвиг.

Ну, а в третьих, любое реле это весьма громоздкая конструкция, особенно если это силовое реле, расчитанное на большой ток.

Если речь идет о переменном токе, то лучше использовать симисторы или тиристоры. Что это такое? А сейчас расскажу.

Симистор BT139

Схема включения из даташита на MOC3041

Если на пальцах, то тиристор похож на диод, даже обозначение сходное. Пропускает ток в одну сторону и не пускает в другую. Но есть у него одна особенность, отличающая его от диода кардинально — управляющий вход.
Если на управляющий вход не подать ток открытия, то

тиристор не пропустит ток даже в прямом направлении. Но стоит подать хоть краткий импульс, как он тотчас открывается и остается открытым до тех пор, пока есть прямое напряжение. Если напряжение снять или поменять полярность, то тиристор закроется. Полярность управляющего напряжения предпочтительно должна совпадать с полярностью напряжения на аноде.

Если соединить встречно параллельно два тиристора, то получится симистор — отличная штука для коммутации нагрузки на переменном токе.

На положительной полуволне синусоиды пропускает один, на отрицательной другой. Причем пропускают только при наличии управляющего сигнала. Если сигнал управления снять, то на следующем же периоде оба тиристора заткнутся и цепь оборвется. Крастота да и только. Вот ее и надо использовать для управления бытовой нагрузкой.

Но тут есть одна тонкость — коммутируем мы силовую высоковольтную цепь, 220 вольт. А контроллер у нас низковольтный, работает на пять вольт. Поэтому во избежание эксцессов нужно произвести потенциальную развязку. То есть сделать так, чтобы между высоковольтной и низковольтной частью не было прямого электрического соединения. Например, сделать оптическое разделение. Для этого существует специальная сборка — симисторный оптодрайвер MOC3041. Замечательная вещь!
Смотри на схему подключения — всего несколько дополнительных деталек и у тебя силовая и управляющая часть разделены между собой. Главное, чтобы напряжение на которое расчитан конденсатор было раза в полтора два выше напряжения в розетке. Можно не боятся помех по питанию при включении и выключении симистора. В самом оптодрайвере сигнал подается светодиодом, а значит можно смело зажигать его от ножки микроконтроллера без всяких дополнительных ухищрений.

Вообще, можно и без развязки и тоже будет работать, но за хороший тон считается всегда делать потенциальную развязку между силовой и управляющей частью. Это и надежность и безопасность всей системы. Промышленные решения так просто набиты оптопарами или всякими изолирующими усилителями.

Ну, а в качестве симистора рекомендую BT139 — с хорошим радиатором данная фиговина легко протащит через себя ток в 16А

Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 3.

Кроме транзисторов и сборок Дарлингтона есть еще один хороший способ рулить мощной постоянной нагрузкой — полевые МОП транзисторы.
Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал. Но, в отличии от биполярных транзисторов, тут управление идет не током, а напряжением.

МОП (по буржуйски MOSFET) расшифровывается как Метал-Оксид-Полупроводник из этого сокращения становится понятна структура этого транзистора.

Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком. Когда на затвор подают напряжение, то этот конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток — исток резко падает. Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до мизерных значений — сотые доли ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистору хана.

Достоинство такого транзистора, по сравнению с биполярным очевидно — на затвор надо подавать напряжение, но так как там диэлектрик, то ток будет нулевым, а значит требуемая мощность на управление этим транзистором будет мизерной, по факту он потребляет только в момент переключения, когда идет заряд и разряд конденсатора.

Недостаток же вытекает из его емкостного свойства — наличие емкости на затворе требует большого зарядного тока при открытии. В теории, равного бесконечности на бесконечно малом промежутки времени. А если ток ограничить резистором, то конденсатор будет заряжаться медленно — от постоянной времени RC цепи никуда не денешься.

МОП Транзисторы бывают P и N канальные. Принцип у них один и тот же, разница лишь в полярности носителей тока в канале. Соответственно в разном направлении управляющего напряжения и включения в цепь. Очень часто транзисторы делают в виде комплиментарных пар. То есть есть две модели с совершенно одиннаковыми характеристиками, но одна из них N, а другая P канальные. Маркировка у них, как правило, отличается на одну цифру.

Нагрузка включается в цепь стока. Вообще, в теории, полевому транзистору совершенно без разницы что считать у него истоком, а что стоком — разницы между ними нет. Но на практике есть, дело в том, что для улучшения характеристик исток и сток делают разной величины и конструкции плюс ко всему, в мощных полевиках часто есть обратный диод (его еще называют паразитным, т.к. он образуется сам собой в силу особенности техпроцесса производства).

У меня самыми ходовыми МОП транзисторами являются IRF630 (n канальный) и IRF9630 (p канальный) в свое время я намутил их с полтора десятка каждого вида. Обладая не сильно габаритным корпусом TO-92 этот транзистор может лихо протащить через себя до 9А. Сопротивление в открытом состоянии у него всего 0.35 Ома.
Впрочем, это довольно старый транзистор, сейчас уже есть вещи и покруче, например IRF7314, способный протащить те же 9А, но при этом он умещается в корпус SO8 — размером с тетрадную клеточку.

Одной из проблем состыковки MOSFET транзистора и микроконтроллера (или цифровой схемы) является то, что для полноценного открытия до полного насыщения этому транзистору надо вкатить на затвор довольно больше напряжение. Обычно это около 10 вольт, а МК может выдать максимум 5.
Тут вариантов три:

• На более мелких транзисторах сорудить цепочку, подающую питалово с высоковольтной цепи на затвор, чтобы прокачать его высоким напряжением
• применить специальную микросхему драйвер, которая сама сформирует нужный управляющий сигнал и выровняет уровни между контроллером и транзистором. Типичные примеры драйверов это, например, IR2117.

  Надо только не забывать, что есть драйверы верхнего и нижнего плеча (или совмещенные, полумостовые). Выбор драйвера зависит от схемы включения нагрузки и комутирующего транзистора. Если обратишь внимание, то увидишь что с драйвером и в верхнем и нижнем плече используются N канальные транзисторы. Просто у них лучше характеристики чем у P канальных. Но тут возникает другая проблема. Для того, чтобы открыть N канальный транзистор в верхнем плече надо ему на затвор подать напряжение выше напряжения стока, а это, по сути дела, выше напряжения питания. Для этого в драйвере верхнего плеча используется накачка напряжения. Чем собственно и отличается драйвер нижнего плеча от драйвера верхнего плеча.

• Применить транзистор с малым отпирающим напряжением. Например из серии IRL630A или им подобные. У них открывающие напряжения привязаны к логическим уровням. У них правда есть один недостаток — их порой сложно достать. Если обычные мощные полевики уже не являются проблемой, то управляемые логическим уровнем бывают далеко не всегда.

Но вообще, правильней все же ставить драйвер, ведь кроме основных функций формирования управляющих сигналов он в качестве дополнительной фенечки обеспечивает и токовую защиту, защиту от пробоя, перенапряжения, оптимизирует скорость открытия на максимум, в общем, жрет свой ток не напрасно.

Выбор транзистора тоже не очень сложен, особенно если не заморачиваться на предельные режимы. В первую очередь тебя должно волновать значение тока стока — I _Drain или I_D выбираешь транзистор по максимальному току для твоей нагрузки, лучше с запасом процентов так на 10. Следующий важный для тебя параметр это V_GS — напряжение насыщения Исток-Затвор или, проще говоря, управляющее напряжение. Иногда его пишут, но чаще приходится выглядывать из графиков. Ищешь график выходной характеристики Зависимость I_D от V_DS при разных значениях V_GS. И прикидыываешь какой у тебя будет режим.

Вот, например, надо тебе запитать двигатель на 12 вольт, с током 8А. На драйвер пожмотился и имеешь только 5 вольтовый управляющий сигнал. Первое что пришло на ум после этой статьи — IRF630. По току подходит с запасом 9А против требуемых 8. Но глянем на выходную характеристику:

Видишь, на 5 вольтах на затворе и токе в 8А падение напряжения на транзисторе составит около 4.5В По закону Ома тогда выходит, что сопротивление этого транзистора в данный момент 4.5/8=0.56Ом. А теперь посчитаем потери мощности — твой движок жрет 5А. P=I*U или, если применить тот же закон Ома, P=I²R. При 8 амперах и 0.56Оме потери составят 35Вт. Больно дофига, не кажется? Вот и мне тоже кажется что слишком. Посмотрим тогда на IRL630.

При 8 амперах и 5 вольтах на Gate напряжение на транзисторе составит около 3 вольт. Что даст нам 0.37Ом и 23Вт потерь, что заметно меньше.

Если собираешься загнать на этот ключ ШИМ, то надо поинтересоваться временем открытия и закрытия транзистора, выбрать наибольшее и относительно времени посчитать предельную частоту на которую он способен. Зовется эта величина Switch Delay или t_on,t_off, в общем, как то так. Ну, а частота это 1/t. Также не лишней будет посмотреть на емкость затвора C_iss исходя из нее, а также ограничительного резистора в затворной цепи, можно рассчитать постоянную времени заряда затворной RC цепи и прикинуть быстродействие. Если постоянная времени будет больше чем период ШИМ, то транзистор будет не открыватся/закрываться, а повиснет в некотором промежуточном состоянии, так как напряжение на его затворе будет проинтегрировано этой RC цепью в постоянное напряжение.

При обращении с этими транзисторами учитывай тот факт, что статического электричества они боятся не просто сильно, а ОЧЕНЬ СИЛЬНО. Пробить затвор статическим зарядом более чем реально. Так что как купил, сразу же в фольгу и не доставай пока не будешь запаивать. Предварительно заземлись за батарею и надень шапочку из фольги :).

А в процессе проектирования схемы запомни еще одно простое правило — ни в коем случае нельзя оставлять висеть затвор полевика просто так — иначе он нажрет помех из воздуха и сам откроется. Поэтому обязательно надо поставить резистор килоом на 10 от Gate до GND для N канального или на +V для P канального, чтобы паразитный заряд стекал. Вот вроде бы все, в следующий раз накатаю про мостовые схемы для управления движков.

062-Как подключить к микроконтроллеру нагрузку? — GetChip.net

В следующих статьях будут устройства, которые должны управлять внешней нагрузкой. Под внешней нагрузкой я понимаю все, что прицеплено к ножкам микроконтроллера – светодиоды, лампочки, реле, двигатели, исполнительные устройства … ну Вы поняли. И как бы не была заезжена данная тема, но, чтобы избежать повторений в следующих статьях, я все-же рискну быть не оригинальным — Вы уж меня простите :). Я кратенько, в рекомендательной форме, покажу наиболее распространенные способы подключения нагрузки (если Вы  что-то захотите добавить – буду только рад).
Сразу договоримся, что речь идет о цифровом сигнале (микроконтроллер все-таки цифровое устройство) и не будем отходить от общей логики: 1-включено, 0-выключено. Начнем.

 

1 НАГРУЗКА ПОСТОЯННОГО ТОКА.
Нагрузкой постоянного тока являются: светодиоды, лампы, реле, двигатели постоянного тока, сервоприводы, различные исполнительные устройства и т. д. Такая нагрузка наиболее просто (и наиболее часто) подключается к микроконтроллеру.

1.1 Подключение нагрузки через резистор.
Самый простой и, наверно, чаще всего используемый способ, если речь идет о светодиодах.

Резистор нужен для того, чтобы ограничить ток протекающий, через ножку микроконтроллера до допустимых 20мА. Его называют балластным или гасящим. Примерно рассчитать величину резистора можно зная сопротивление нагрузки Rн.

Rгасящий = (5v / 0.02A) – Rн = 250 – Rн [Om]

Как видно, даже в самом худшем случае, когда сопротивление нагрузки равно нулю достаточно 250 Ом для того, что бы ток не превысил 20мА. А значит, если неохота чего-то там считать — ставьте 300 Ом и Вы защитите порт от перегрузки. Достоинство способа очевидно – простота.

1.2 Подключение нагрузки при помощи биполярного транзистора.
Если так случилась, что Ваша нагрузка потребляет более 20мА, то, ясное дело, резистор тут не поможет. Нужно как-то увеличить (читай усилить) ток. Что применяют для усиления сигнала? Правильно. Транзистор!

Для усиления удобней применять n-p-n транзистор, включенный по схеме ОЭ. При таком способе можно подключать нагрузку с большим напряжением питания, чем питание микроконтроллера. Резистор на базе – ограничительный. Может варьироваться в широких пределах (1-10 кОм), в любом случае транзистор будет работать в режиме насыщения. Транзистор может быть любой n-p-n транзистор. Коэффициент усиления, практически не имеет значения. Выбирается транзистор по току коллектора (нужный нам ток) и напряжению коллектор-эмиттер (напряжение которым запитывается нагрузка). Еще имеет значение рассеиваемая мощность — чтоб не перегрелся.

Из распространенных и легко доступных можно заюзать BC546, BC547, BC548, BC549 с любыми буквами (100мА), да и тот-же КТ315 сойдет (это у кого со старых запасов остались).
BC547.pdf (10439 Загрузок)

1.3 Подключение нагрузки при помощи полевого транзистора.
Ну а если ток нашей нагрузки лежит в пределах десятка ампер? Биполярный транзистор применить не получиться, так как токи управления таким транзистором велики и скорей всего превысят 20мА. Выходом может служить или составной транзистор (читать ниже) или полевой транзистор (он же МОП, он же MOSFET). Полевой транзистор просто замечательная штука, так как он управляется не током, а потенциалом на затворе. Это делает возможным микроскопическим током на затворе управлять большими токами нагрузки.

Для нас подойдет любой n-канальный полевой транзистор. Выбираем, как и биполярный, по току, напряжению и рассеиваемой мощности.

При включении полевого транзистора нужно учесть ряд моментов:
— так как затвор, фактически, является конденсатором, то в моменты переключения транзистора через него текут большие токи (кратковременно). Для того чтобы ограничить эти токи в затвор ставиться ограничивающий резистор.
— транзистор управляется малыми токами и если выход микроконтроллера, к которому подключен затвор, окажется в высокоимпедансном Z-состоянии полевик начнет открываться-закрываться непредсказуемо, вылавливая помехи. Для устранения такого поведения ножку микроконтроллера нужно «прижать» к земле резистором порядка 10кОм.
У полевого транзистора на фоне всех его положительных качеств есть недостаток. Платой за управление малым током является медлительность транзистора. ШИМ, конечно, он потянет, но на превышение допустимой частоты он Вам ответит перегревом.

Для применения можно порекомендовать мощные транзисторы IRF630, IRF640. Их часто используют и поэтому их легко достать.
IRF640.pdf (17573 Загрузки)

1.4 Подключение нагрузки при помощи составного транзистора Дарлингтона.
Альтернативой применения полевого транзистора при сильноточной нагрузке является применение составного транзистора Дарлингтона. Внешне это такой-же транзистор, как скажем, биполярный, но внутри для управления мощным выходным транзистором используется предварительная усилительная схема. Это позволяет малыми токами управлять мощной нагрузкой. Применение транзистора Дарлингтона не так интересно, как применение сборки таких транзисторов. Есть такая замечательная микросхема как ULN2003. В ее составе аж 7 транзисторов Дарлингтона, причем каждый можно нагрузить током до 500мА, причем их можно включать параллельно для увеличения тока.

Микросхема очень легко подключается к микроконтроллеру (просто ножка к ножке) имеет удобную разводку (вход напротив выхода) и не требует дополнительной обвязки. В результате такой удачной конструкции ULN2003 широко используется в радиолюбительской практике. Соответственно достать ее не составит труда.
ULN2003.pdf (19254 Загрузки)

 

2 НАГРУЗКА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.
Если Вам нужно управлять устройствами переменного тока (чаще всего 220v), то тут все сложней, но не на много.

2.1 Подключение нагрузки при помощи реле.
Самым простым и, наверное, самым надежным есть подключение при помощи реле. Катушка реле, сама собой, является сильноточной нагрузкой, поэтому напрямую к микроконтроллеру ее не включишь. Реле можно подключить через транзистор полевой или биполярный или через туже ULN2003, если нужно несколько каналов.

Достоинства такого способа большой коммутируемый ток (зависит от выбранного реле), гальваническая развязка. Недостатки: ограниченная скорость/частота включения и механический износ деталей.
Что-то рекомендовать для применения не имеет смысла — реле много, выбирайте по нужным параметрам и цене.

2.2 Подключение нагрузки при помощи симистора (триака).
Если нужно управлять мощной нагрузкой переменного тока а особенно если нужно управлять мощностью выдаваемой на нагрузку (димеры), то Вам просто не обойтись без применения симистора (или триака). Симистор открывается коротким импульсом тока через управляющий электрод (причем как для отрицательной, так и для положительной полуволны  напряжения). Закрывается симистор сам, в момент отсутствия напряжения на нем (при переходе напряжения через ноль). Вот тут начинаются сложности. Микроконтроллер должен контролировать момент перехода через ноль напряжения и в точно определенный момент подавать импульс для открытия симистора — это постоянная занятость контроллера. Еще одна сложность это отсутствие гальванической развязки у симистора. Приходится ее делать на отдельных элементах усложняя схему.

Хотя современные симисторы управляются довольно малым током и их можно подключить напрямую (через ограничительный резистор) к микроконтроллеру, из соображений безопасности приходится их включать через оптические развязывающие приборы. Причем это касается не только цепей управления симистором, но и цепей контроля нуля.

Довольно неоднозначный способ подключения нагрузки. Так как с одной стороны требует активного участия микроконтроллера и относительно сложного схемотехнического решения. С другой стороны позволяет очень гибко манипулировать нагрузкой. Еще один недостаток применения симисторов — большое количество цифрового шума, создаваемого при их работе — нужны цепи подавления.

Симисторы довольно широко используются, а в некоторых областях просто незаменимы, поэтому достать их не составляет каких либо проблем. Очень часто в радиолюбительстве применяют симисторы  типа BT138.
BT138.pdf (6522 Загрузки)

2.3 Подключение нагрузки при помощи твердотельного реле.
С недавних пор у радиолюбителей появилась очень замечательная штука — твердотельные реле. Представляют они из себя оптические приборы (еще их называют оптореле), с одной стороны, в общем случае, стоит светодиод, а с другой полевой транзистор со светочувствительным затвором. Управляется эта штука малым током, а манипулировать может значительной нагрузкой.

Подключать твердотельное реле к микроконтроллеру очень просто — как светодиод — через резистор.
Достоинства налицо: малые размеры, отсутствие механического износа, возможность манипулировать большим током и напряжением и самое главное оптическая развязка от опасного напряжения. Нагрузка может быть как постоянного, так и переменного тока в зависимости от конструкции реле. Из недостатков следует отметить относительную медлительность (чаще всего для коммутации используется полевик) и довольно значительную стоимость реле.

Если не гнаться за завышенными характеристиками можно подобрать себе прибор по приемлемой цене. Например, реле CPC1030N управляется током от 2мА, при этом способно коммутировать нагрузку переменного и постоянного тока 120мА и 350v (очень полезная для радиолюбителей вещь!)
CPC1030N.pdf (14364 Загрузки)

 

(Visited 147 875 times, 18 visits today)

062-Как подключить к микроконтроллеру нагрузку? — GetChip.net

В следующих статьях будут устройства, которые должны управлять внешней нагрузкой. Под внешней нагрузкой я понимаю все, что прицеплено к ножкам микроконтроллера – светодиоды, лампочки, реле, двигатели, исполнительные устройства … ну Вы поняли. И как бы не была заезжена данная тема, но, чтобы избежать повторений в следующих статьях, я все-же рискну быть не оригинальным — Вы уж меня простите :). Я кратенько, в рекомендательной форме, покажу наиболее распространенные способы подключения нагрузки (если Вы  что-то захотите добавить – буду только рад).
Сразу договоримся, что речь идет о цифровом сигнале (микроконтроллер все-таки цифровое устройство) и не будем отходить от общей логики: 1-включено, 0-выключено. Начнем.

 

1 НАГРУЗКА ПОСТОЯННОГО ТОКА.
Нагрузкой постоянного тока являются: светодиоды, лампы, реле, двигатели постоянного тока, сервоприводы, различные исполнительные устройства и т.д. Такая нагрузка наиболее просто (и наиболее часто) подключается к микроконтроллеру.

1.1 Подключение нагрузки через резистор.
Самый простой и, наверно, чаще всего используемый способ, если речь идет о светодиодах.

Резистор нужен для того, чтобы ограничить ток протекающий, через ножку микроконтроллера до допустимых 20мА. Его называют балластным или гасящим. Примерно рассчитать величину резистора можно зная сопротивление нагрузки Rн.

Rгасящий = (5v / 0.02A) – Rн = 250 – Rн [Om]

Как видно, даже в самом худшем случае, когда сопротивление нагрузки равно нулю достаточно 250 Ом для того, что бы ток не превысил 20мА. А значит, если неохота чего-то там считать — ставьте 300 Ом и Вы защитите порт от перегрузки. Достоинство способа очевидно – простота.

1.2 Подключение нагрузки при помощи биполярного транзистора.
Если так случилась, что Ваша нагрузка потребляет более 20мА, то, ясное дело, резистор тут не поможет. Нужно как-то увеличить (читай усилить) ток. Что применяют для усиления сигнала? Правильно. Транзистор!

Для усиления удобней применять n-p-n транзистор, включенный по схеме ОЭ. При таком способе можно подключать нагрузку с большим напряжением питания, чем питание микроконтроллера. Резистор на базе – ограничительный. Может варьироваться в широких пределах (1-10 кОм), в любом случае транзистор будет работать в режиме насыщения. Транзистор может быть любой n-p-n транзистор. Коэффициент усиления, практически не имеет значения. Выбирается транзистор по току коллектора (нужный нам ток) и напряжению коллектор-эмиттер (напряжение которым запитывается нагрузка). Еще имеет значение рассеиваемая мощность — чтоб не перегрелся.

Из распространенных и легко доступных можно заюзать BC546, BC547, BC548, BC549 с любыми буквами (100мА), да и тот-же КТ315 сойдет (это у кого со старых запасов остались).
BC547.pdf (10439 Загрузок)

1.3 Подключение нагрузки при помощи полевого транзистора.
Ну а если ток нашей нагрузки лежит в пределах десятка ампер? Биполярный транзистор применить не получиться, так как токи управления таким транзистором велики и скорей всего превысят 20мА. Выходом может служить или составной транзистор (читать ниже) или полевой транзистор (он же МОП, он же MOSFET). Полевой транзистор просто замечательная штука, так как он управляется не током, а потенциалом на затворе. Это делает возможным микроскопическим током на затворе управлять большими токами нагрузки.

Для нас подойдет любой n-канальный полевой транзистор. Выбираем, как и биполярный, по току, напряжению и рассеиваемой мощности.

При включении полевого транзистора нужно учесть ряд моментов:
— так как затвор, фактически, является конденсатором, то в моменты переключения транзистора через него текут большие токи (кратковременно). Для того чтобы ограничить эти токи в затвор ставиться ограничивающий резистор.
— транзистор управляется малыми токами и если выход микроконтроллера, к которому подключен затвор, окажется в высокоимпедансном Z-состоянии полевик начнет открываться-закрываться непредсказуемо, вылавливая помехи. Для устранения такого поведения ножку микроконтроллера нужно «прижать» к земле резистором порядка 10кОм.
У полевого транзистора на фоне всех его положительных качеств есть недостаток. Платой за управление малым током является медлительность транзистора. ШИМ, конечно, он потянет, но на превышение допустимой частоты он Вам ответит перегревом.

Для применения можно порекомендовать мощные транзисторы IRF630, IRF640. Их часто используют и поэтому их легко достать.
IRF640.pdf (17573 Загрузки)

1.4 Подключение нагрузки при помощи составного транзистора Дарлингтона.
Альтернативой применения полевого транзистора при сильноточной нагрузке является применение составного транзистора Дарлингтона. Внешне это такой-же транзистор, как скажем, биполярный, но внутри для управления мощным выходным транзистором используется предварительная усилительная схема. Это позволяет малыми токами управлять мощной нагрузкой. Применение транзистора Дарлингтона не так интересно, как применение сборки таких транзисторов. Есть такая замечательная микросхема как ULN2003. В ее составе аж 7 транзисторов Дарлингтона, причем каждый можно нагрузить током до 500мА, причем их можно включать параллельно для увеличения тока.

Микросхема очень легко подключается к микроконтроллеру (просто ножка к ножке) имеет удобную разводку (вход напротив выхода) и не требует дополнительной обвязки. В результате такой удачной конструкции ULN2003 широко используется в радиолюбительской практике. Соответственно достать ее не составит труда.
ULN2003.pdf (19254 Загрузки)

 

2 НАГРУЗКА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.
Если Вам нужно управлять устройствами переменного тока (чаще всего 220v), то тут все сложней, но не на много.

2.1 Подключение нагрузки при помощи реле.
Самым простым и, наверное, самым надежным есть подключение при помощи реле. Катушка реле, сама собой, является сильноточной нагрузкой, поэтому напрямую к микроконтроллеру ее не включишь. Реле можно подключить через транзистор полевой или биполярный или через туже ULN2003, если нужно несколько каналов.

Достоинства такого способа большой коммутируемый ток (зависит от выбранного реле), гальваническая развязка. Недостатки: ограниченная скорость/частота включения и механический износ деталей.
Что-то рекомендовать для применения не имеет смысла — реле много, выбирайте по нужным параметрам и цене.

2.2 Подключение нагрузки при помощи симистора (триака).
Если нужно управлять мощной нагрузкой переменного тока а особенно если нужно управлять мощностью выдаваемой на нагрузку (димеры), то Вам просто не обойтись без применения симистора (или триака). Симистор открывается коротким импульсом тока через управляющий электрод (причем как для отрицательной, так и для положительной полуволны  напряжения). Закрывается симистор сам, в момент отсутствия напряжения на нем (при переходе напряжения через ноль). Вот тут начинаются сложности. Микроконтроллер должен контролировать момент перехода через ноль напряжения и в точно определенный момент подавать импульс для открытия симистора — это постоянная занятость контроллера. Еще одна сложность это отсутствие гальванической развязки у симистора. Приходится ее делать на отдельных элементах усложняя схему.

Хотя современные симисторы управляются довольно малым током и их можно подключить напрямую (через ограничительный резистор) к микроконтроллеру, из соображений безопасности приходится их включать через оптические развязывающие приборы. Причем это касается не только цепей управления симистором, но и цепей контроля нуля.

Довольно неоднозначный способ подключения нагрузки. Так как с одной стороны требует активного участия микроконтроллера и относительно сложного схемотехнического решения. С другой стороны позволяет очень гибко манипулировать нагрузкой. Еще один недостаток применения симисторов — большое количество цифрового шума, создаваемого при их работе — нужны цепи подавления.

Симисторы довольно широко используются, а в некоторых областях просто незаменимы, поэтому достать их не составляет каких либо проблем. Очень часто в радиолюбительстве применяют симисторы  типа BT138.
BT138.pdf (6522 Загрузки)

2. 3 Подключение нагрузки при помощи твердотельного реле.
С недавних пор у радиолюбителей появилась очень замечательная штука — твердотельные реле. Представляют они из себя оптические приборы (еще их называют оптореле), с одной стороны, в общем случае, стоит светодиод, а с другой полевой транзистор со светочувствительным затвором. Управляется эта штука малым током, а манипулировать может значительной нагрузкой.

Подключать твердотельное реле к микроконтроллеру очень просто — как светодиод — через резистор.
Достоинства налицо: малые размеры, отсутствие механического износа, возможность манипулировать большим током и напряжением и самое главное оптическая развязка от опасного напряжения. Нагрузка может быть как постоянного, так и переменного тока в зависимости от конструкции реле. Из недостатков следует отметить относительную медлительность (чаще всего для коммутации используется полевик) и довольно значительную стоимость реле.

Если не гнаться за завышенными характеристиками можно подобрать себе прибор по приемлемой цене. Например, реле CPC1030N управляется током от 2мА, при этом способно коммутировать нагрузку переменного и постоянного тока 120мА и 350v (очень полезная для радиолюбителей вещь!)
CPC1030N.pdf (14364 Загрузки)

 

(Visited 147 875 times, 18 visits today)

062-Как подключить к микроконтроллеру нагрузку? — GetChip.net

В следующих статьях будут устройства, которые должны управлять внешней нагрузкой. Под внешней нагрузкой я понимаю все, что прицеплено к ножкам микроконтроллера – светодиоды, лампочки, реле, двигатели, исполнительные устройства … ну Вы поняли. И как бы не была заезжена данная тема, но, чтобы избежать повторений в следующих статьях, я все-же рискну быть не оригинальным — Вы уж меня простите :). Я кратенько, в рекомендательной форме, покажу наиболее распространенные способы подключения нагрузки (если Вы  что-то захотите добавить – буду только рад).
Сразу договоримся, что речь идет о цифровом сигнале (микроконтроллер все-таки цифровое устройство) и не будем отходить от общей логики: 1-включено, 0-выключено. Начнем.

 

1 НАГРУЗКА ПОСТОЯННОГО ТОКА.
Нагрузкой постоянного тока являются: светодиоды, лампы, реле, двигатели постоянного тока, сервоприводы, различные исполнительные устройства и т.д. Такая нагрузка наиболее просто (и наиболее часто) подключается к микроконтроллеру.

1.1 Подключение нагрузки через резистор.
Самый простой и, наверно, чаще всего используемый способ, если речь идет о светодиодах.

Резистор нужен для того, чтобы ограничить ток протекающий, через ножку микроконтроллера до допустимых 20мА. Его называют балластным или гасящим. Примерно рассчитать величину резистора можно зная сопротивление нагрузки Rн.

Rгасящий = (5v / 0.02A) – Rн = 250 – Rн [Om]

Как видно, даже в самом худшем случае, когда сопротивление нагрузки равно нулю достаточно 250 Ом для того, что бы ток не превысил 20мА. А значит, если неохота чего-то там считать — ставьте 300 Ом и Вы защитите порт от перегрузки. Достоинство способа очевидно – простота.

1.2 Подключение нагрузки при помощи биполярного транзистора.
Если так случилась, что Ваша нагрузка потребляет более 20мА, то, ясное дело, резистор тут не поможет. Нужно как-то увеличить (читай усилить) ток. Что применяют для усиления сигнала? Правильно. Транзистор!

Для усиления удобней применять n-p-n транзистор, включенный по схеме ОЭ. При таком способе можно подключать нагрузку с большим напряжением питания, чем питание микроконтроллера. Резистор на базе – ограничительный. Может варьироваться в широких пределах (1-10 кОм), в любом случае транзистор будет работать в режиме насыщения. Транзистор может быть любой n-p-n транзистор. Коэффициент усиления, практически не имеет значения. Выбирается транзистор по току коллектора (нужный нам ток) и напряжению коллектор-эмиттер (напряжение которым запитывается нагрузка). Еще имеет значение рассеиваемая мощность — чтоб не перегрелся.

Из распространенных и легко доступных можно заюзать BC546, BC547, BC548, BC549 с любыми буквами (100мА), да и тот-же КТ315 сойдет (это у кого со старых запасов остались).
BC547.pdf (10439 Загрузок)

1.3 Подключение нагрузки при помощи полевого транзистора.
Ну а если ток нашей нагрузки лежит в пределах десятка ампер? Биполярный транзистор применить не получиться, так как токи управления таким транзистором велики и скорей всего превысят 20мА. Выходом может служить или составной транзистор (читать ниже) или полевой транзистор (он же МОП, он же MOSFET). Полевой транзистор просто замечательная штука, так как он управляется не током, а потенциалом на затворе. Это делает возможным микроскопическим током на затворе управлять большими токами нагрузки.

Для нас подойдет любой n-канальный полевой транзистор. Выбираем, как и биполярный, по току, напряжению и рассеиваемой мощности.

При включении полевого транзистора нужно учесть ряд моментов:
— так как затвор, фактически, является конденсатором, то в моменты переключения транзистора через него текут большие токи (кратковременно). Для того чтобы ограничить эти токи в затвор ставиться ограничивающий резистор.
— транзистор управляется малыми токами и если выход микроконтроллера, к которому подключен затвор, окажется в высокоимпедансном Z-состоянии полевик начнет открываться-закрываться непредсказуемо, вылавливая помехи. Для устранения такого поведения ножку микроконтроллера нужно «прижать» к земле резистором порядка 10кОм.
У полевого транзистора на фоне всех его положительных качеств есть недостаток. Платой за управление малым током является медлительность транзистора. ШИМ, конечно, он потянет, но на превышение допустимой частоты он Вам ответит перегревом.

Для применения можно порекомендовать мощные транзисторы IRF630, IRF640. Их часто используют и поэтому их легко достать.
IRF640.pdf (17573 Загрузки)

1.4 Подключение нагрузки при помощи составного транзистора Дарлингтона.
Альтернативой применения полевого транзистора при сильноточной нагрузке является применение составного транзистора Дарлингтона. Внешне это такой-же транзистор, как скажем, биполярный, но внутри для управления мощным выходным транзистором используется предварительная усилительная схема. Это позволяет малыми токами управлять мощной нагрузкой. Применение транзистора Дарлингтона не так интересно, как применение сборки таких транзисторов. Есть такая замечательная микросхема как ULN2003. В ее составе аж 7 транзисторов Дарлингтона, причем каждый можно нагрузить током до 500мА, причем их можно включать параллельно для увеличения тока.

Микросхема очень легко подключается к микроконтроллеру (просто ножка к ножке) имеет удобную разводку (вход напротив выхода) и не требует дополнительной обвязки. В результате такой удачной конструкции ULN2003 широко используется в радиолюбительской практике. Соответственно достать ее не составит труда.
ULN2003.pdf (19254 Загрузки)

 

2 НАГРУЗКА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.
Если Вам нужно управлять устройствами переменного тока (чаще всего 220v), то тут все сложней, но не на много.

2.1 Подключение нагрузки при помощи реле.
Самым простым и, наверное, самым надежным есть подключение при помощи реле. Катушка реле, сама собой, является сильноточной нагрузкой, поэтому напрямую к микроконтроллеру ее не включишь. Реле можно подключить через транзистор полевой или биполярный или через туже ULN2003, если нужно несколько каналов.

Достоинства такого способа большой коммутируемый ток (зависит от выбранного реле), гальваническая развязка. Недостатки: ограниченная скорость/частота включения и механический износ деталей.
Что-то рекомендовать для применения не имеет смысла — реле много, выбирайте по нужным параметрам и цене.

2.2 Подключение нагрузки при помощи симистора (триака).
Если нужно управлять мощной нагрузкой переменного тока а особенно если нужно управлять мощностью выдаваемой на нагрузку (димеры), то Вам просто не обойтись без применения симистора (или триака). Симистор открывается коротким импульсом тока через управляющий электрод (причем как для отрицательной, так и для положительной полуволны  напряжения). Закрывается симистор сам, в момент отсутствия напряжения на нем (при переходе напряжения через ноль). Вот тут начинаются сложности. Микроконтроллер должен контролировать момент перехода через ноль напряжения и в точно определенный момент подавать импульс для открытия симистора — это постоянная занятость контроллера. Еще одна сложность это отсутствие гальванической развязки у симистора. Приходится ее делать на отдельных элементах усложняя схему.

Хотя современные симисторы управляются довольно малым током и их можно подключить напрямую (через ограничительный резистор) к микроконтроллеру, из соображений безопасности приходится их включать через оптические развязывающие приборы. Причем это касается не только цепей управления симистором, но и цепей контроля нуля.

Довольно неоднозначный способ подключения нагрузки. Так как с одной стороны требует активного участия микроконтроллера и относительно сложного схемотехнического решения. С другой стороны позволяет очень гибко манипулировать нагрузкой. Еще один недостаток применения симисторов — большое количество цифрового шума, создаваемого при их работе — нужны цепи подавления.

Симисторы довольно широко используются, а в некоторых областях просто незаменимы, поэтому достать их не составляет каких либо проблем. Очень часто в радиолюбительстве применяют симисторы  типа BT138.
BT138.pdf (6522 Загрузки)

2.3 Подключение нагрузки при помощи твердотельного реле.
С недавних пор у радиолюбителей появилась очень замечательная штука — твердотельные реле. Представляют они из себя оптические приборы (еще их называют оптореле), с одной стороны, в общем случае, стоит светодиод, а с другой полевой транзистор со светочувствительным затвором. Управляется эта штука малым током, а манипулировать может значительной нагрузкой.

Подключать твердотельное реле к микроконтроллеру очень просто — как светодиод — через резистор.
Достоинства налицо: малые размеры, отсутствие механического износа, возможность манипулировать большим током и напряжением и самое главное оптическая развязка от опасного напряжения. Нагрузка может быть как постоянного, так и переменного тока в зависимости от конструкции реле. Из недостатков следует отметить относительную медлительность (чаще всего для коммутации используется полевик) и довольно значительную стоимость реле.

Если не гнаться за завышенными характеристиками можно подобрать себе прибор по приемлемой цене. Например, реле CPC1030N управляется током от 2мА, при этом способно коммутировать нагрузку переменного и постоянного тока 120мА и 350v (очень полезная для радиолюбителей вещь!)
CPC1030N.pdf (14364 Загрузки)

 

(Visited 147 875 times, 18 visits today)

Как управлять реле с помощью микроконтроллеров

В этой статье будет рассказано, как можно управлять реле с помощью микроконтроллеров, таких как AVR. Концепции одинаковы для любого другого микроконтроллера, используемого либо в автономном режиме, либо встроенного в плату для разработки, такую ​​как Netduino или Arduino.

Прежде чем мы начнем, я хочу представить вам реле. Если вы уже знаете, то можете пропустить этот раздел.

Что такое реле

Реле — это электрический выключатель, который включается или выключается в зависимости от внешнего электрического сигнала.Это похоже на обычный выключатель, который мы видим в наших домах. Единственное отличие состоит в том, что вместо того, чтобы включать или выключать его, переключение управляется внешним электрическим сигналом. При подаче внешнего сигнала реле срабатывает и переключатель включается, а когда внешний электрический сигнал снимается, реле обесточивается и переключатель выключен.

Есть два типа реле — механические, основанные на катушке, и твердотельные. В большинстве случаев вы будете иметь дело с механическими реле, поскольку они дешевы и легко доступны по сравнению с твердотельными реле.

Обозначения и типы реле

Изображение слева — это ссылка на статью в Википедии о реле (здесь). В большинстве магазинов товаров для хобби вы найдете реле SPDT (однополюсное двойное переключение). Принцип работы прост (посмотрите на картинку SPDT слева) — когда катушка не находится под напряжением (это означает, что через нее не проходит электричество), точки B и C соединяются. Когда электричество проходит через катушку, точки A и C соединяются (электромагнит). Теперь, если вы подключите светодиод между A и C, светодиод по умолчанию будет выключен.Когда вы подаете питание на катушку, точки A и C соединяются, и светодиод загорается. Это так просто.

Рисунок ниже демонстрирует простую концепцию. Чтобы включить или выключить реле, вам необходимо убедиться, что ток течет через катушку или остановлен.

Светодиод привода от реле

Перед тем, как подключить реле к микроконтроллеру, вам нужно сначала принять несколько решений. Основные из них перечислены ниже:

1. Что будет подключено к релейному выходу и какой ток требуется для релейного выхода.

2. Какой ток требуется для включения реле и каково номинальное напряжение.

Для большинства хобби-проектов выход, который будет управлять реле, вероятно, будет небольшим, может составлять несколько сотен миллиампер или, в некоторых случаях, пару ампер. Напряжение и ток, необходимые для включения реле, также должны быть в аналогичном диапазоне (например, 5 В — 12 В постоянного тока). Реле хобби или маленькие реле бывают разных форм и размеров. Вы должны выбрать те, которые могут работать от 5 В (поскольку вы можете использовать тот же источник питания, что и микроконтроллер).Большинство реле, с которыми мне приходилось сталкиваться, рассчитаны на 6 В, но нормально работают и на 5 В. Вам также следует попробовать установить реле для монтажа на печатную плату, так как их легко припаять к плате печатной платы.

А теперь рассмотрим типичный пример реле для хобби. Изображение справа — это ссылка на сайт Sparkfun.

Реле SPDT, 5 В постоянного тока

Я надеюсь, что этот продукт будет существовать еще долго, пока этот пост не будет длиться, и они не снимут изображение 🙂 Это оценивается как 5VDC, 5A. Это означает, что катушке требуется около 5 В для подачи питания, а точки (A, B, C) могут принимать ток нагрузки до 5 А. Остается один вопрос, какой ток требуется для включения реле. Некоторые продавцы напишут «Номинальный ток катушки», иначе сверьтесь с таблицей данных. Номинальный ток катушки для этой модели согласно паспорту был около 40 мА. Следовательно, нам необходимо обеспечить 5 В постоянного тока, и тока примерно (макс.) 40 мА должно быть достаточно для включения реле.

Вот где вам теперь нужно решить — способен ли микроконтроллер, который вы используете, обеспечивать ток 40 мА? Вероятно, нет, и даже если это так, не рекомендуется напрямую управлять реле с микроконтроллера.

А вот и следующий предмет — силовой транзистор. Мы будем использовать транзистор в качестве драйвера, чтобы обеспечить требуемый ток на реле. Убедитесь, что номинальные параметры транзистора намного превышают номинальные характеристики катушки реле (это означает, что напряжение CE должно быть намного больше 5 В постоянного тока, а ток коллектора должен быть намного больше 40 мА).

Как создать схему драйвера

Когда-то таким транзистором будет BD 139. Будем использовать этот транзистор как переключатель. Микроконтроллер будет подавать сигнал включения / выключения на базу этого транзистора.Этот транзистор перейдет в состояние насыщения, и начнет течь полный ток. На рисунке ниже представлена ​​схема.

Драйвер реле

Коллектор транзистора подключен к катушке реле. База транзистора управляется выводом микроконтроллера. Когда микроконтроллер хочет включить реле, он обеспечивает 5 В (высокий логический уровень) на своем выходном контакте. Выходной контакт подключен к базе транзистора. Транзистор переходит в состояние насыщения, и ток начинает течь от Vcc к земле (логически) через катушку и транзистор (CE).Это активирует реле, и точка C теперь переключается и подключается к точке A, замыкая цепь светодиода. Если сигнал отсутствует, то транзистор отключен, ток не течет через катушку реле, и, таким образом, точка C находится в контакте с точкой B, поэтому светодиод выключен.

Как рассчитать значения компонентов

Здесь следует отметить один важный аспект: каково значение резистора R. Рассмотрим это так, если вы управляете точкой M с микроконтроллера, который работает от 5 В (поскольку в наши дни они также работают от 3.3 В), то падение на сопротивлении составляет 5 В — 0,7 В = 4,3 В (0,7 В падает на BE транзистора).

Если h _FE транзистора (типичное значение) равно 63 (см. Техническое описание вашего транзистора), то это означает, что базовый ток усиливается в 63 раза, и это означает, что ток течет в коллекторе. Теперь для данного реле нам нужно около 40 мА. Следовательно, базовый ток должен быть:

I _b = I _C / h _FE
Вставляя значения, мы получаем I _b = 40 мА / 63
или I _b = 0.6 мА

Теперь вам нужно 0,6 мА на 4,3 В, что соответствует сопротивлению около 7 кОм.
Конечная точка — 0,6 мА — это то, что необходимо на базе, и оно должно поступать от микроконтроллера. Любой микроконтроллер сможет это сделать!

Примечание. Между катушками (Vcc и коллектором) следует установить диод, который имеет обратное смещение, чтобы предотвратить обратную ЭДС при выключении.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Самодельные релейные коробки для управления питанием 120 В с помощью микроконтроллера

Для одного из моих недавних проектов мне понадобился способ управления некоторыми светильниками, питающимися от бытовой розетки на 120 В.Вместо того, чтобы реконструировать некоторые коммерческие «умные розетки» для этой задачи, я решил попробовать сделать это по старинке, встраивая реле в электрические коробки.

План

Волшебное устройство в центре этих ящиков — реле. Реле — это, по сути, электромагнитный переключатель, который позволяет мне управлять большим количеством энергии высокого напряжения (10 А при 120 В), используя небольшое количество энергии низкого напряжения (~ 5 мА при 3,3 В). Кроме того, реле сохраняет обе системы электрически изолированными, что значительно снижает вероятность случайного перехода любого высокого напряжения.

Я купил недорогой релейный выход на Amazon и протестировал его с помощью Arduino Uno и «мигающего» скетча. Хотя я мог бы просто соединить эту плату реле с удлинителем, я хотел построить что-то более надежное (и более безопасное лот и ). Я подумал, что было бы неплохо интегрировать реле в электрическую коробку, чтобы я мог подключить его и сразу приступить к управлению, не ходя на цыпочках по оголенной проводке.

Заявление об ограничении ответственности

Прежде чем идти дальше, я действительно должен подчеркнуть следующее: СЕТЕВОЕ ПИТАНИЕ НЕВЕРОЯТНО ОПАСНО. Это не ваш друг, и если вы не будете осторожны, он может убить вас. Хотя я считаю, что сделал все возможное, чтобы сделать его безопасным в использовании, я не являюсь сертифицированным электриком.

Эти боксы строятся для определенной цели и будут использоваться временно и в контролируемой среде. Если вы нашли этот пост в поисках более постоянного решения, я настоятельно рекомендую изучить розетки с контролем Wi-Fi и другие технологии «умного дома», сертифицированные UL.

Я пишу этот пост, чтобы задокументировать то, что я построил. Эта информация не проверялась, и конструкция не была сертифицирована как безопасная. Если вы используете любую из этой информации для создания собственных релейных блоков, вы делаете это на свой страх и риск. В этой связи я не собираюсь предоставлять какие-либо файлы для 3D-печатных дизайнов, которые я использовал. Я не хочу нести ответственность за то, что кому-то больно.

Электричество опасно. Будьте умны, будьте осторожны.

Сбор материалов

Имея примерное представление о том, что мне нужно, я начал искать строительные материалы.

Я хотел, чтобы все было компактно и надежно, поэтому я выбрал металлический одноканальный электрический шкаф («удобный ящик»). Стальная конструкция должна сделать ее более устойчивой к ударам с течением времени, а также обеспечить путь заземления, делающий всю систему более безопасной. Если один из горячих проводов каким-то образом отсоединяется от платы реле, он должен безопасно закоротить на коробку и отключить автоматический выключатель.

По сравнению с пластмассовой электрической коробкой, металлическая коробка также позволяет мне использовать кабельный зажим для надежного крепления удлинителя.Он также меньше прогибается, что снижает вероятность поломки приклеенных креплений.

Релейная плата и детали микроконтроллера уже были у меня в руках, так что остальные расходные материалы представляли собой обычную домашнюю проводку. Я купил дуплексную розетку, пластиковую лицевую панель и дополнительный черный многожильный провод 14 калибра для подключения к реле.

Тщательно очистив коробку от заусенцев напильником и наждачной бумагой, пора было приступить к работе.

Добавление микроконтроллера Access

Хотя этот проект предназначен для переключения питания 120 В, вся проводка для этого будет добавлена ​​только в самом конце.Во-первых, мне нужно позаботиться о настройке управления реле с помощью микроконтроллера.

Для реле требуется три пина от микроконтроллера:

• Сигнал: 0 В — 5 В сигнал для определения, активно реле или нет. Активный высокий.
• Питание: Питание + 5В.
• Земля: Нерегулируемое соединение с заземлением 0 В.

На разъеме реле они предусмотрены в виде трех прямоугольных штифтов с шагом 0,1 дюйма на задней панели. Из соображений безопасности я не хотел, чтобы из коробки торчали штыри, которые потенциально могут быть заряжены до 120 В.Я бы предпочел гнездовую розетку, которая безопаснее и меньше гнется.

Я использую обычную 3-контактную розетку DuPont без поляризации. Я использую это в основном потому, что он у меня есть под рукой, но его шаг 0,1 дюйма делает его идеальным для взаимодействия с этими вездесущими тестовыми перемычками. Было бы лучше использовать поляризованный разъем, но, поскольку я единственный, кто использует эти коробки, меня это не слишком беспокоит.

Изготовление крепления

У меня было несколько идей, как подключить розетку к коробке, но в конце концов я остановился на этой: крепление, напечатанное на 3D-принтере, в тандеме с куском перфорированной платы.

Я начал с того, что вырезал в боковой части коробки отверстие для 3-контактного разъема. Важно, чтобы это крепление располагалось низко в коробке и не мешало попаданию в основную розетку. Само отверстие было проделано путем просверливания пары небольших отверстий, а затем его квадратной формы с помощью набора надфилей до тех пор, пока гнездо не стало едва подходить.

Крепление для розетки было разработано в CAD и напечатано из черного ABS. Для готового крепления требуются две гайки M2, которые я вставил сзади и затянул крепежными винтами.Добавление здесь стальных гаек позволяет избежать нарезания крошечных ниток в пластике.

Для этого слайд-шоу требуется JavaScript.

Поскольку задняя сторона крепления покрыта эпоксидной смолой к электрической коробке, я вставил винты на глубину и добавил немного невысыхающей пластилиновой глины. Это защитит гайки, пока деталь покрыта эпоксидной смолой.

После черновой обработки коробки наждачной бумагой с зернистостью 60 я использовал 5-минутную эпоксидную смолу, чтобы прикрепить крепление к коробке.

Perf Connection

Установив крепление для розетки, пришло время построить косичку.Я начал с того, что отрезал перфокарт по размеру: 9 отверстий в ширину и 3 отверстия в высоту. Это было сделано с помощью пары прямых ножниц, а края зачищены наждачной бумагой. (Как всегда, стекловолокно — штука мерзкая. Наденьте респиратор!)

Перфорированная плита, вырезанная по размеру и просверленная.

Затем были просверлены монтажные отверстия (расстояние 0,6 дюйма) под винты M2 с помощью электродрели и сверла 3/32 дюйма. 3-контактный разъем был припаян к одной стороне, а затем были добавлены три многожильных провода: входящий со стороны разъема и изгибающийся, чтобы коснуться припаянных контактов на обратной стороне платы.Они были соединены с контактами розетки с помощью здоровой порции припоя.

Использование здесь перфокарта дает мне надежную точку крепления и позволяет направлять соединительные провода вниз, экономя драгоценное пространство. Это также означает, что при необходимости я могу заменить весь пигтейл — чего не было бы, если бы я установил розетку непосредственно на электрическую коробку. (Мне нравится строить такие вещи по модульному принципу. Это позволяет легко заменить деталь, если что-то пойдет не так, вместо того, чтобы начинать с нуля.)

Подключение косичек

Поскольку эта проводка должна была быть смешана с проводкой переменного тока от удлинителя, мне пришлось проявить немного творчества с цветовым кодированием. В США мы используем черный для горячего, белый для нейтрали и зеленый для заземления с питанием переменного тока. Соответственно, я использую красный для + 5 В, синий для сигнального провода и зеленый для заземления.

Комплектный 3-х проводный разъем. Включено обильное нанесение жидкой изоленты.

Также стоит отметить, что я скрутил провода, чтобы изменить порядок оголенного внешнего разъема.В то время как порядок контактов в разрыве реле — сигнал / питание / земля, я изменил внешний разъем на питание / сигнал / заземление. Это более стандартизированный порядок, по крайней мере, тот, с которым я более знаком.

После обрезки проводов до нужной длины я добавил соответствующий 3-контактный разъем к другой стороне, без промежуточной платы. Это для подключения к существующим контактам на плате реле, которые я согнул вверх плоскогубцами для экономии места. Пигтейл был обработан небольшой термоусадкой.

Монтаж реле

Само реле будет размещено на основании электрической коробки, также в собственном индивидуальном 3D-печатном креплении. К счастью, в релейный блок уже встроены монтажные отверстия. Они рассчитаны на болты M2,5, но достаточно велики, чтобы вместить болты M3, которые у меня есть.

Я напечатал свое нестандартное крепление из черного АБС-пластика и проделал отверстия насквозь. Хотя я не доверяю пластику, напечатанному на 3D-принтере с резьбой M2, он, похоже, отлично выдерживает резьбу M3.Особенно с 4-мя болтами, удерживающими такую ​​легкую деталь.

Перед нанесением эпоксидной краски на крепление реле к коробке я также добавил небольшой кусок 0,030 ″ белого стирола, чтобы закрыть монтажные отверстия на задней стороне коробки. Он был прикреплен двумя небольшими отрезками двусторонней ленты 3M. Это в основном для защиты от мусора.

Как и в случае трехконтактного гнезда, место для крепления было подготовлено наждачной бумагой с зернистостью 60, а отверстия под болты на нижней стороне были покрыты крошечным кусочком пластилиновой глины.Он был покрыт эпоксидной смолой около дна коробки с левой стороны, сразу после того, как скругленные края стали плоскими.

Все системы GO!

С прикрепленным держателем реле я прикрутил 3-контактное гнездо двумя болтами M2-6 и прикрепил реле 4 болтами M3-5. Затем я проверил соединение реле, убедившись, что все по-прежнему работает так, как задумано.

Герметизация низковольтной электроники

Установив 3-контактный разъем и установив реле, я могу завершить установку низкого напряжения, запечатав всю открытую электронику.

Если все подключено правильно и надежно, в этом нет необходимости. Но по закону нашего хорошего друга Мерфи, делая все возможное, чтобы разделить низкое и высокое напряжение, сохранит этот проект в безопасности. Никогда не забывайте: высокое напряжение опасно.

Для начала я покрыл заднюю часть 3-контактной перфорированной платы здоровым слоем жидкой изоленты. Я использовал полные 4 слоя, чтобы держать эти открытые контакты вдали от посторонних глаз с напряжением 120 В.После того, как перфокарта была прикручена болтами, я также покрыл внешнюю сторону соединения несколькими слоями изоленты.

Саму плату реле было проще опломбировать. Для сквозных соединений на левой стороне было намотано несколько небольших кусочков изоленты, обернутых вокруг нижней стороны платы. Они зажаты держателем, который должен надежно удерживать их на месте. Нижняя сторона платы полностью закрыта креплением и не требует дополнительного покрытия.

Единственный низковольтный компонент, который все еще открыт, — это светодиод SMD на задней стороне коммутационного разъема, который я оставил открытым в качестве индикатора.Это должно быть безопасно, так как он находится на задней стороне реле, и единственный провод переменного тока удаленно поблизости — это заземление переменного тока.

Опасно, опасность: высокое напряжение!

Низковольтная электроника закончена и собрана в электрическом ящике. Пришло время добавить высоковольтные компоненты.

Удлинитель хвостовика

Сначала идет провод от электрического блока к розетке. Первоначально я намеревался отрезать удлинитель, но у меня остались некоторые кабели от установки новых светильников в гараже, которые работали отлично.Они были длиной около 3 футов, многожильные и имели провод заземления.

Сняв оболочку с кабеля, я вытащил верхний разрыв в распределительной коробке и зажал шнур на месте. Таким образом, в коробке осталось около 6 дюймов провода для каждого подключения, что более чем достаточно.

Подключение реле

Первыми прокладываемыми проводами переменного тока являются черные «горячие» провода, которые обеспечивают источник тока 120 В. Они будут проходить через реле, и переключая соединение с розетками, вы можете контролировать, получает ли устройство питание.

Этот релейный выход подключается через переходник с винтовыми клеммами. Центральная стойка является источником, левая стойка является «нормально закрытой» (NC), а правая стойка — «нормально открытой» (NO). Когда реле обесточено, клеммы источника и закрытые соединены. При переключении реле источник и открытые клеммы соединяются.

Я отрезал два отрезка черного многожильного провода (14 AWG) ~ 5 дюймов или около того и обнажил концы. Они вместе с черным проводом от удлинителя были слегка скручены и залужены тонким слоем припоя.Этот припой удерживает жилы вместе и предотвращает их растекание при затягивании винтовых клемм.

Вставив соответствующие провода, я затянул винтовые клеммы и потянул каждую из них, чтобы убедиться, что она надежно закреплена. Затем я осторожно наложил небольшую стяжку вокруг трех горячих проводов, которая должна удерживать их вместе на случай, если один из них каким-то образом выйдет из винтовой клеммы. В качестве меры предосторожности я добавил несколько слоев изоленты поверх винтовых клемм.

Выходные соединения

Со всем остальным на месте пора было подключить розетку!

Прежде всего мне нужно было установить «дуплексное» соединение между двумя выводами горячего терминала. Это позволяет мне запитать каждую розетку отдельно и, следовательно, изменить их поведение. Я собираюсь оставить верхний выпуск как «нормально закрытый» (NC), а нижний выпуск как «нормально открытый» (NO). Пара бокорезов быстро справилась с этим мостом.

Релейный блок полностью подключен, ожидает окончательной сборки.

В остальном проводка была простой: белый — серебристый, зеленый — зеленый, черный — латунный. Все провода имеют достаточную длину, чтобы вывести розетку из корпуса на несколько дюймов, при этом они не пересекаются друг с другом, когда они находятся в собранном виде в коробке. Закрепив провода, я на всякий случай обернул розетку двумя слоями изоленты.

Обратите внимание, что я специально решил не добавлять дополнительную заземляющую проводку. Это связано с тем, что провод источника от удлинителя скручен, и я был обеспокоен тем, что затяжка выходного винта на двух многожильных проводах не будет такой надежной.Металл коробки прочно заземлен через розетку.

С учетом того, как я спроектировал коробку реле, между реле и задней частью розетки остается зазор всего в 1 мм или около того. Убедился, что при сборке ничего не защемлено, но плотно прилегает точно!

Тестирование

Перед тем, как взять его на тест-драйв, я приложил все усилия, чтобы убедиться, что соединения надежны и не закорочены.

Я измерил непрерывность между всеми проводами и их конечными точками, а также между всеми комбинациями потенциальных соединений, включая переменный ток и постоянный ток.Подключив его в первый раз, я также использовал тестер цепей переменного тока, чтобы трижды проверить правильность моих подключений и то, что я все-таки переключаю горячий провод.

(При тестировании непрерывности у меня чуть не случился сердечный приступ, когда я измерил очень сильное соединение между горячим портом NC и заземлением. Оказалось, что косичка удлинительного шнура намоталась вокруг, а горячая вилка касалась внешней стороны коробки. Плюсы заземления!)

К счастью, все эти тесты прошли без ошибок, и я смог продолжить.Я подключил две светодиодные лампы мощностью 60 Вт и с удовольствием наблюдал, как они переключаются взад и вперед, как на железнодорожном переезде. Миссия выполнена!

Последние штрихи

Когда электрические компоненты закончены, самое время поставить лицевую панель и назвать этот проект завершенным. Но не раньше, чем добавить пару последних штрихов, просто чтобы немного отполировать эти коробки.

Светодиодный индикатор

На коммутационной плате реле, которую я использую, есть ярко-красный светодиод, который загорается при переключении реле, и по прихоти я подумал, что было бы круто увидеть этот светодиодный индикатор через лицевую панель.

Диффузор на тыльной стороне лицевой панели.

Я просверлил небольшое (1/8 ″) отверстие в углу пластины над светодиодом. Сзади я приклеил небольшой кусок прозрачного стирола толщиной 0,030 дюйма в качестве диффузора. Его обработали абразивом 800, чтобы придать ему легкую глазурь.

В результате красный светодиод хорошо виден снаружи и ярко загорается, давая мне понять, что нижняя розетка активна.

Этикетки с тиснением

Полностью придерживаясь эстетики сумасшедшего ученого, я недавно купил винтажную машину для тиснения Dymo.Итак, в качестве последнего шага эти коробки прошли полную обработку этикеток: классический белый на красном:

• Розетки имеют метки «NC» и «NO» на лицевой панели, сообщающие вам, какая розетка запитана при включении реле.
• Доступный для микроконтроллера разъем на боковой стороне коробки помечен «VIN SIG GND», сокращенно от V oltage In , Sig nal и G rou nd .
• Каждая коробка имеет пронумерованную этикетку по верхнему краю для идентификации.

Вся документация в мире бесполезна, если у вас нет ее под рукой. Как бы мне ни хотелось думать, что я точно помню, какой провод куда идет, а какая розетка какая, никогда не помешает иметь удобную ссылку.

Заключение

Коробки реле собраны и работают! Общая стоимость каждой коробки составила ~ 15 долларов, не считая расходов на разные расходные материалы (например, эпоксидную смолу и изоленту). В основном это была цена розетки (6 долларов) и реле (5 долларов).80). Это делает их дешевле, чем коммерческое решение, но, вероятно, недостаточно дешево, чтобы оправдать время на их создание или риски, связанные с решением DIY.

Хотя я приложил все усилия, чтобы убедиться, что они максимально безопасны, они определенно предназначены только для временного использования, и я все равно буду отключать их от сети перед перемещением или подключением / отключением устройств. И даже несмотря на то, что реле рассчитано на 10 А, а провода калибра 16 — на большее, я также снижаю номинальные характеристики сборки до абсолютного максимума 5 А в качестве предохранительного буфера.Как бы я ни был уверен в безопасности их конструкции, не помешает быть излишне осторожным.

Для проекта, который я имел в виду, я переключаю только некоторые маломощные светодиодные лампы (~ 0,1 А), что означает, что этих релейных коробок, вероятно, слишком много. Но их было интересно делать, и они являются полезным инструментом в наборе инструментов. После того, как я закончу проект, для которого я использую их, я обязательно напишу следующий пост, показывающий их в действии. До скорого!

---

Список запчастей

Как обычно, я изо всех сил старался связывать вещи во всем посте, когда я их упоминаю.Но на случай, если вам нужна сокращенная версия, вот список деталей:

Электрический шкаф:

Подключение реле + микроконтроллера:

Для полного раскрытия информации обратите внимание, что некоторые из приведенных выше ссылок являются реферальными ссылками Amazon, которые помогают финансировать контент на этом сайте. Спасибо за поддержку!

В этот список не входят различные расходные материалы, такие как эпоксидная смола или пластик, хотя большинство этих продуктов я использовал только потому, что они были у меня под рукой. Опять же, некоторые из них связаны по всему посту по мере их использования.

Как это работает?

Несколько слов об Arduino и линейных приводах

Arduino — это особое сообщество \ компания \ проект с открытым исходным кодом, который специализируется на микроконтроллерах, их построении и программировании. Arduino также предлагает наборы, которые могут быть собраны людьми, которые будут их использовать. Что такое микроконтроллер Arduino? Это небольшие контроллеры микрочипов и плат, которые позволяют дистанционно управлять определенными элементами оборудования. Эти микроконтроллеры бывают как цифровыми, так и аналоговыми, что означает, что они могут использоваться для широкого спектра оборудования, независимо от того, является ли это оборудование цифровым или аналоговым.Эти микроконтроллеры могут использоваться с линейными приводами как средство управления ими.

Линейные приводы 12v — это приводы, которые превращают круговое движение, которое обычно создается электродвигателем, в линейное движение, то есть движение, которое происходит по прямой линии. Приводы — это элементы оборудования, которые используются во все большем количестве отраслей из-за их простоты и их общего превосходства над более старой технологией. Еще одна причина того, что линейные приводы на 12 В настолько популярны, заключается в том, что их можно бесконечно настраивать, с огромным количеством добавлений и замен для различных типов работ, для которых используются приводы.Одним из этих настраиваемых элементов является микроконтроллер, и использование Arduino для управления линейным исполнительным механизмом позволяет использовать исполнительный механизм в оборудовании, к которому будет трудно получить доступ вручную, поскольку к нему можно отдавать удаленные команды через контроллер.

Что такое микроконтроллер Arduino?

Как и в другом оборудовании, разработанном Arduino, микроконтроллеры имеют ряд микропроцессоров, установленных в них, чтобы помочь соединить линейный привод и Arduino. Все платы имеют контакты и процессы, которые, как было сказано выше, позволяют им получать доступ к аналоговому оборудованию, а также к оборудованию, которое является цифровым, что позволяет им взаимодействовать с максимально возможным количеством других схем.В микроконтроллерах заранее запрограммирована определенная программа-загрузчик; это позволяет улучшить управление линейным приводом с помощью Arduino, поскольку упрощает процесс добавления программ, управляющих оборудованием.

Все микропроцессоры имеют свою операционную систему, и все они оснащены стандартизированным USB-портом для переноса приложений с компьютера на сам микропроцессор. Более новые версии процессора устанавливаются с технологией Bluetooth, что дает еще один способ загрузки на него необходимых программ.Микропроцессоры — это очень крошечные компьютерные процессоры, в которых вся мощность центрального процессора компьютера загружена на одну интегральную схему для управления оборудованием, в данном случае для управления линейным приводом с помощью Arduino. Это многоцелевая схема (или совокупность схем), которая использует двоичные данные для обработки информации и вывода данных.

Что вам нужно для управления линейным приводом с помощью Arduino?

Arduino сложнее, чем может показаться на первый взгляд: вместо простого подключения двигателя, особенно большого, к контактам на плате, пользователи должны очень тщательно контролировать текущую нагрузку.Существует возможность использования моторного привода или H-образного привода, но при использовании конкретно управления линейным приводом Arduino есть еще две возможности, которые следует учитывать. Один из них — использовать реле для непосредственного управления током, протекающим в самом приводе; другой — создать замкнутый контур с использованием очень специфического привода на 12 В, называемого приводом обратной связи. Привод обратной связи работает, позволяя оборудованию управлять положением вала. Метод управления с помощью релейной платы проще и поэтому, скорее всего, проще для большинства пользователей линейных приводов.Поскольку сама плата реле имеет реле SPDT, этого простого руководства достаточно для создания метода управления линейным приводом с использованием микропроцессора Arduino:

• Реле SPDT должно иметь три реле:
  • Common (COM).
  • Нормально открытый (НЕТ).
  • Нормально закрытый (NC).
• Пользователям потребуются два отдельных реле для управления линейным приводом с помощью Arduino, поскольку это позволяет приводу запускать, останавливать и изменять направление.
• Нормально замкнутые реле подключены к 12 В постоянного тока, а нормально открытые реле подключены к + 12 В постоянного тока.
• Чтобы разделить провод на две части, используйте разветвление или специально подобранную перемычку.
• Два провода исполнительного механизма подключаются к реле по два за раз.

Процесс управления линейным приводом с помощью Arduino

Реле управляют тем, как и где привод движется и работает, активируя электромагниты, через которые можно управлять током. У линейных приводов Arduino этот процесс сопровождается вытягиванием переключателя, чтобы позволить току должным образом перенаправить на противоположное реле.Двухканальная релейная система работает лучше всего, когда дело доходит до управления линейным приводом Arduino. Реле должны иметь контакты, пронумерованные до восьми, в зависимости от модели, и всем реле для правильной работы требуется не менее 5 В. Подключите источник питания к реле и выровняйте его с контактами VCC и GND. Подключите каждый вывод IN к соответствующему выводу Arduino — это обеспечит правильную работу реле при подаче питания на привод. В этом случае важно правильно подключить контакты, так как если они соединены неправильно, питание будет переключаться между контактами, что отличается от нормальной настройки.Помните:

• питание будет подключаться между NC и COM, если контакт IN не подключен;
• питание будет подключаться между клеммами NO и COM, если контакт IN подключен к контакту GND.

Однако следует также помнить, что подключение напрямую к контакту IN будет означать, что питание будет подключаться также между контактами NC и COM. В этом случае код Arduino линейного привода должен выглядеть так, как показано ниже:

Заключение

Линейные приводы становятся все более распространенными в различных отраслях промышленности и технологических областях, поэтому все больше и больше технологий создается вокруг них и их использования.Управление линейным приводом Arduino — это то, о чем просят многие люди, потому что уровень контроля он дает пользователям линейных приводов. Микропроцессоры — это способ объединения всей процессорной части компьютера в единую схему или группу из них, что позволяет пользователю соединять линейные приводы с пультами дистанционного управления, с процессорами и иным образом предоставлять себе больший контроль над способами, которыми Линейный привод Arduino перемещается, выполняя работу, для которой он был разработан.

Хотя существует множество способов подключения микроконтроллеров к линейным исполнительным механизмам для Arduino, описанная выше двусторонняя релейная система является одной из самых простых и удобных для людей, которые настраивают свои исполнительные механизмы, поскольку она предлагает множество способов для мощность, необходимая для привода и микропроцессора, что позволяет им выполнять свою работу как можно более правильно и эффективно.

Беспроводное управление реле через Bluetooth

Аннотация

В этом документе представлено приложение для управления беспроводным реле, то есть через Bluetooth, Zigbee или WI-FI. У нас есть множество приложений, использующих проект управления реле. Система основана на встроенной системе и может выступать в роли охранника дома. Его можно использовать для управления электроприборами дома. Технология Bluetooth обрабатывает беспроводную часть канала связи; он передает и принимает данные между этими устройствами по беспроводной сети.Он доставляет полученные данные и принимает данные для передачи в хост-систему и из нее через интерфейс хост-контроллера (HCI). Самым популярным интерфейсом хост-контроллера на сегодняшний день является UART или USB. Вся система дешевле, но обеспечивает полноценную функцию управления устройством.

Концепт

Этот проект в основном основан на связи мобильного телефона с микроконтроллером через Bluetooth. Соедините модуль Bluetooth с микроконтроллером, используя связь через последовательный порт.Затем скопируйте следующий код во флэш-память контроллера и подключите Bluetooth 2 к ПК и откройте HyperTerminal, откройте его, выберите com-порт и установите скорость передачи или выберите восстановление по умолчанию. Затем начните сопряжение модуля Bluetooth со стороны ПК, передайте сообщение от передатчика, и на стороне приемника сообщение будет отображаться на ЖК-дисплее. В этот проект также добавлено управляющее приложение, мы можем ВКЛЮЧАТЬ / ВЫКЛЮЧАТЬ устройство со стороны передатчика. Из модуля Bluetooth 1 начните вводить сообщение всякий раз, когда вводится и отправляется сообщение «3», реле будет включено, а если мы отправим «4», реле будет выключено.Используя реле, мы можем включить / выключить электрическое устройство.

Блок-схема

Изображение выхода беспроводного реле

Введение в Bluetooth EVK

PS-Bluetooth EVK питается от LM TECH-LM400, а Parani-ESD210 — это компактные встроенные последовательные модули Bluetooth класса 2 для замены кабеля RS-232. По умолчанию они поддерживают расстояние беспроводной передачи 30 метров. Parani-ESD210 имеет возможность расширения, так что пользователи могут увеличить дальность передачи до 300 метров с помощью дополнительных антенн.Пользователи могут настраивать LM Tech-LM400 Series с помощью простых в использовании служебных программ на базе Windows или с помощью стандартного набора AT-команд.

Подключите устройство Bluetooth к микроконтроллеру

Чтобы подключить устройство Bluetooth, вам необходимо найти контакты Rx и TX на микроконтроллере. Убедитесь, что вы пересекаете провода, подключив контакт Rx на вашем устройстве Bluetooth к контакту TX на микроконтроллере, а контакт TX на вашем устройстве Bluetooth с контактом Rx на микроконтроллере.Установите программное обеспечение Bluetooth SPP в мобильном устройстве на базе Android, выполните сопряжение устройства и начните обмен данными между мобильным устройством и микроконтроллером. Bluetooth SPP обеспечивает подключение по Bluetooth для всех приложений Android

Требования к оборудованию

• (оценочная плата 8051)
• Источник питания (адаптер 9 В, адаптер 5 В)
• Модули Bluetooth
• Релейный интерфейс (пользователь может взаимодействовать с любыми устройствами в соответствии со своими потребностями / приложениями)

Требования к программному обеспечению

• Язык программирования: встроенный C
• KEIL U Vision IDE
• Волшебная вспышка
• Orcad 16.3

Настройка модуля Bluetooth с помощью ПК

Настройка модуля Bluetooth с помощью 8051

Заключение

Беспроводное управление реле — это приложение, которое можно использовать для нескольких приложений. Его можно использовать для управления электроприборами через Bluetooth или с мобильного телефона. Система в целом более дешевая, но обеспечивает полноценную функцию управления устройством. Мы думаем, что у этого продукта есть большой потенциал для маркетинга в будущем.

Контроллер и индикатор уровня воды

с использованием микроконтроллера 8051

Контроллер уровня воды

с использованием микроконтроллера 8051 поможет в автоматическом управлении водяным двигателем путем измерения уровня воды в резервуаре. В этой статье объясняется, как определять и контролировать уровень воды в верхнем баке или любом другом контейнере. Эта система контролирует уровень воды в баке и автоматически включает двигатель, когда бак пуст.

Двигатель выключается, когда верхний бак или контейнер ЗАПОЛНЕН.Здесь уровень воды в резервуаре отображается на ЖК-дисплее (жидкокристаллическом дисплее). Используя эту систему, мы можем избежать перелива воды.

Мы уже видели Как работает схема индикатора уровня воды с использованием микроконтроллера AVR в предыдущем посте. Но здесь мы разрабатываем схему, которая используется для автоматического определения и контроля уровня воды в верхнем резервуаре с помощью микроконтроллера 8051.

В этой системе измерение уровня воды может быть выполнено с помощью набора из 4 проводов, которые расположены на разных уровнях в резервуаре.Зонд питания постоянного тока размещен в основании резервуара.

Конструкция и выходное видео

Контроллер уровня воды, использующий принцип цепи 8051

Эта система в основном работает по принципу «вода проводит электричество». Четыре провода, погруженные в резервуар, будут указывать на разные уровни воды. На основе выводов этих проводов микроконтроллер отображает уровень воды на ЖК-дисплее, а также управляет двигателем.

Первоначально, когда резервуар пустой, на ЖК-дисплее отображается сообщение LOW, и двигатель запускается автоматически.Когда уровень воды достигает половины уровня, на ЖК-дисплее отображается ПОЛОВИНА, а двигатель продолжает работать.

Когда резервуар полон, на ЖК-дисплее отображается FULL, и двигатель автоматически останавливается. И снова двигатель запускается, когда уровень воды в баке становится НИЗКИМ.

Контроллер уровня воды

с использованием схемы микроконтроллера 8051

Компоненты, необходимые для контроллера уровня воды с микроконтроллером 8051

• Микроконтроллер AT89C51 (или любой микроконтроллер на базе 8051)
• 8051 Программатор (плата программирования)
• 11.0592 МГц Кристалл кварца
• Конденсатор 2 x 33 пФ
• Резистор 2 x 10 кОм (1/4 Вт)
• Конденсатор 10 мкФ
• Кнопка
• Комплект резисторов 1 кОм x 8 (для подтягивания)
• ЖК-дисплей 16 x 2
• Реле 5 В
• 4 x 2N2222 (NPN) Транзисторы
• Двигатель постоянного тока (для демонстрации)
• Потенциометр 10 кОм
• 1N4007 PN Соединительный диод
• Кабель для программирования
• Соединительные провода
• Блок питания
• Keil µVision IDE
• Willar Software (для записи кода)
• Proteus (для принципиальной схемы)

Как спроектировать схему для контроллера уровня воды с использованием микроконтроллера 8051?

Сердцем контроллера уровня воды, использующего микроконтроллер 8051, является микроконтроллер AT89C51.Датчики уровня воды подключены к P0.0, P0.1 и P0.2 через транзисторы (они подключены к базе транзисторов через соответствующие токоограничивающие резисторы). P0.0 для LOW уровня, P0.1 для HALF уровня и P0.2 для HIGH уровня.

Клеммы коллектора транзисторов подключены к VCC, а клеммы эмиттера подключены к клеммам PORT0 (P0.0, P0.1 и P0.2).

PORT1 микроконтроллера подключен к контактам данных ЖК-дисплея, а контакты управления RS, RW и EN ЖК-дисплея подключены к P3.6, GND и P3.7 соответственно.

В демонстрационных целях мы использовали простой двигатель постоянного тока. Он подключен к реле, и на вход реле подается сигнал от P0.7 через транзистор.

Связанное сообщение: Также прочтите интересную концепцию о том, как работает схема сигнализации уровня воды с использованием таймера 555.

Алгоритм для цепи контроллера уровня воды

• Сначала настройте выводы контроллера P0.0, P0.1 и P0.2 как входы и P0.7 как выход.
• Теперь инициализируйте ЖК-дисплей.
• Постоянно проверяйте входные штыри уровня воды P0.0, P0.1 и P0.2.
• Если на всех выводах низкий уровень, то отобразите резервуар как «ПУСТОЙ» на ЖК-дисплее и установите на выводе P0.7 ВЫСОКИЙ уровень для автоматического запуска двигателя.
• Если уровень низкий, т. Е. Если P0.0 ВЫСОКИЙ, отобразите уровень воды как «НИЗКИЙ» и продолжите работу двигателя.
• ВЫСОКИЙ импульс на выводе P0.1 указывает, что вода достигла половины уровня.Итак, отобразите то же самое на ЖК-дисплее и запустите двигатель в обычном режиме.
• Если P0.2 ВЫСОКИЙ, значит, уровень воды в баке ПОЛНЫЙ.
• Теперь установите на выводе P0.7 значение НИЗКОГО, чтобы двигатель автоматически выключился.

Контроллер уровня воды с использованием 8051 Видео моделирования цепи

СКАЧАТЬ КОД ПРОЕКТА

Как управлять схемой контроллера уровня воды с помощью микроконтроллера 8051?

1. Сначала напишите программу для контроллера уровня воды в Keil µVision IDE и сгенерируйте файл.шестнадцатеричный файл.
2. Запишите программу (файл .hex) на микроконтроллер с помощью внешнего программатора и программного обеспечения Willar.
3. Теперь выполните соединения согласно принципиальной схеме.
4. При подаче коннекта

Страница не найдена

Документы

Моя библиотека

раз

• • Моя библиотека

  «» Настройки файлов cookie .