Što vam je potrebno da postanete profesionalni programer programa za mikrokontrolere i dosegnete takvu razinu vještine koja će vam omogućiti da lako pronađete i dobijete posao s visokom plaćom (prosječna plaća programera mikrokontrolera u Rusiji početkom 2017. iznosi 80.000 rubalja). ...

Nastavljamo priču o povezivanju moćnog opterećenja na mikrokontroler. Već znamo kako se spojiti na mikrokontroler i. Sada je red da se pozabavimo elektromagnetskim relejem.

Na prvi pogled, povezivanje releja je najjednostavnije. Međutim, ovo je varljiva jednostavnost. Jer, prvo, većina releja troši mnogo više struje nego što mikrokontroler može pružiti na izlazu. I drugo, elektromagnetski relej je induktivno opterećenje, koje ima svoje karakteristike (više o tome kasnije). Zato početnici često onemogućuju izlaze mikrokontrolera pokušavajući na njih spojiti releje.

Kako spojiti relej na mikrokontroler i istodobno izbjeći probleme - malo kasnije. U međuvremenu, za vrlo, vrlo početnike, reći ću vam vrlo kratko

Elektromagnetski relej je poseban uređaj koji se sastoji od najmanje četiri glavna elementa (vidi sliku):

1. Zavojnica
2. Jezgra
3. Sidro
4. Kontakt grupa

Zavojnica (ovisno o vrsti releja) može biti projektirana ili za izmjenični napon ili za istosmjerni napon.

Kada se napon dovede na zavojnicu, oko njega se stvara magnetsko polje koje magnetizira jezgru. Tada se armatura privlači u jezgru i pomiče skupinu kontakata. Ovisno o dizajnu, kontakti se otvaraju, zatvaraju ili se preklapaju. Grupa kontakata može sadržavati normalno zatvorene i normalno otvorene kontakte. I mogu biti dva kontakta, ili tri ili više.

Kada se napon ukloni sa zavojnice, tada se kontakti vraćaju u prvobitni položaj.

Normalno zatvoreni (normalno zatvoreni) kontakt je kontakt koji je zatvoren kada na svitku nema napona. Normalno otvoren (normalno otvoren), odnosno, otvoren kada nema napona na zavojnici, i zatvoren kada je napon doveden na zavojnicu. Slika prikazuje normalno otvoren kontakt.

Na dijagramima i u opisima releja obično se koriste kratice: NO - normalno otvoren (normalno otvoren), NC - normalno zatvoren (normalno zatvoren).

Glavne karakteristike releja

Da biste koristili relej u svojim uređajima (ne nužno na mikrokontrolerima), morate znati je li prikladan za vaše potrebe ili ne. Da biste to učinili, morate znati karakteristike releja. Glavne karakteristike:

1. Vrsta napona zavojnice (AC ili DC). Za izravno spajanje na mikrokontroler ili preko tranzistora može se koristiti samo DC relej (kontakti releja, naravno, mogu kontrolirati i AC i DC).
2. Napon zavojnice (to jest, koji napon se mora primijeniti na zavojnicu da bi armatura bila pouzdano magnetizirana na jezgru).
3. Potrošnja struje zavojnice.
4. Nazivna struja kontakata (odnosno struja kroz kontakte releja pri kojoj će oni raditi bez oštećenja dulje vrijeme).
5. Vrijeme rada releja. Odnosno, koliko je vremena potrebno za magnetiziranje sidra.
6. Vrijeme otpuštanja releja. Odnosno, koliko je vremena potrebno za demagnetizaciju (otpuštanje) armature.

Posljednja dva parametra se obično ne uzimaju u obzir. Međutim, u slučajevima kada je potrebna određena brzina (na primjer, rad nekih zaštitnih uređaja), tada se te vrijednosti moraju uzeti u obzir.

Pa, konačno smo došli do spajanja opterećenja na mikrokontroler preko releja. Predlažem da se sjetite. Ako se sjećate, onda možete spojiti opterećenje na izlaz mikrokontrolera na dva načina: sa zajedničkim plusom i sa zajedničkim minusom.

Ako želimo relej spojiti direktno na mikrokontroler, tada se najvjerojatnije eliminira metoda sa zajedničkim minusom, jer je ovom metodom mikrokontroler u stanju kontrolirati vrlo slabo opterećenje. I gotovo svi releji troše nekoliko desetaka ili čak stotina mA.

A metoda sa zajedničkim minusom također vam u većini slučajeva neće dopustiti da relej spojite izravno na mikrokontroler iz istog razloga (s ovom metodom mikrokontroler obično može osigurati 15-20 mA na izlazu, što neće biti dovoljno za većinu releja).

Rele releji obično imaju nisku potrošnju struje. Međutim, oni mogu prebaciti samo male struje.

Ali ovdje postoji jedan trik. Činjenica je da što je veći napon svitka releja, to je niža potrošnja struje. Stoga, ako vaš uređaj ima izvor napajanja, na primjer, 24 V ili više, tada možete lako odabrati relej s prihvatljivom potrošnjom struje.

Na primjer, relej Finder 32. serija troši samo 8,3 mA pri naponu svitka od 24 V.

U ovom slučaju (kada imate dva izvora napona), možete spojiti relej na sljedeći način:

Kako spojiti relej na tranzistor

Međutim, u većini slučajeva nije moguće koristiti dodatni izvor napajanja u uređaju. Stoga je obično relej spojen na izlaz mikrokontrolera. Kako to učiniti, već sam rekao. Stoga se neću ponavljati.

Sigurnosne mjere

Releji se obično koriste kada je potrebno kontrolirati veliko opterećenje i/ili visoki napon.

Stoga je ovdje potrebno zapamtiti sigurnosne mjere. Poželjno je odvojiti niskonaponski krug niske struje od kruga visokog napona. Na primjer, ugradite relej u zasebno kućište ili u zasebni izolirani pretinac kućišta tako da prilikom postavljanja uređaja slučajno ne dodirnete kontakte s visokim naponom.

Osim toga, postoji opasnost od oštećenja izlaza mikrokontrolera ili dodatnog tranzistora.

Činjenica je da je svitak releja induktivno opterećenje sa svim posljedicama koje iz toga proizlaze.

I ovdje postoje dva rizika:

1. U trenutku kada se napon dovede na zavojnicu, induktivna reaktancija zavojnice je nula, pa će doći do kratkotrajnog skoka struje, znatno veće od nazivne struje. Ali većina izlaznih tranzistora podnosi ovaj napon, tako da ne morate razmišljati o tome, ali ga morate znati i razumjeti.
2. U trenutku skidanja napona (u trenutku prekida opskrbnog kruga zavojnice) dolazi do samoindukcijske EMF, koja može onemogućiti izlazni tranzistor mikrokontrolera i/ili dodatni tranzistor na koji je spojen svitak releja. Kako bi se to izbjeglo, uvijek je potrebno spojiti zaštitnu diodu paralelno sa zavojnicom (vidi sl.). Zašto se to događa, neću reći. Koga briga, zapamti ili studiraj elektrotehniku.

VAŽNO!
Obratite pozornost na uključivanje diode. Trebalo bi se upaliti tek tako, a ne obrnuto, kako neki misle.

Mnogi radioamateri početnici počinju se upoznavati s elektronikom s jednostavnim sklopovima, kojih je puno na Internetu. Ali ako je ovo upravljački uređaj u kojem je neka vrsta aktuatora spojena na krug, a način povezivanja nije naznačen u krugu, tada početnik ima poteškoća. Ovaj je članak napisan kako bi pomogao radioamaterima početnicima u rješavanju ovog problema.

DC opterećenja.

Prvi način je spajanje preko otpornika

Najlakši način - pogodan za niskostrujna opterećenja - LED diode.

Rgas \u003d (U / I) - Rn

Gdje je U napon napajanja (u voltima), I je dopuštena struja kroz krug (u amperima), Rn je otpor opterećenja (u omima)

Drugi način - Bipolarni tranzistor

Ako je potrošena struja opterećenja veća od maksimalne izlazne struje vašeg uređaja, tada otpornik ovdje neće pomoći. Morate povećati struju. Za to se obično koriste tranzistori.

U ovom krugu se koristi n-p-n tranzistor, spojen prema OE krugu. Ovom metodom možete spojiti opterećenje s većim naponom napajanja od snage vašeg uređaja. Otpornik R1 je potreban za ograničavanje struje koja teče kroz tranzistor, obično postavljen na 1-10 kOhm.

Treći način je tranzistor s efektom polja

Za upravljanje opterećenjem, čija je struja desetke ampera (osobito snažni elektromotori, svjetiljke, itd.), koristi se tranzistor s efektom polja.

Otpornik R1 ograničava struju kroz kapiju. Budući da je tranzistor s efektom polja kontroliran malim strujama, i ako je izlaz vašeg uređaja na koji je spojena kapija u Z-stanju visoke impedancije, poljski uređaj će se otvarati i zatvarati nepredvidivo, hvatajući smetnje. Kako bi se eliminiralo ovo ponašanje, izlaz uređaja se "pritišće" na masu otpornikom od 10kΩ.
Tranzistor s efektom polja ima značajku - svoju sporost. Ako je dopuštena frekvencija prekoračena, pregrijat će se.

Naizmjenična struja.

Prvi način je relej.

Najjednostavniji način upravljanja AC opterećenjem je pomoću releja. Sam relej je opterećenje velike struje - trebate ga uključiti kroz bipolarni ili tranzistor s efektom polja.

Nedostaci releja su sporost i mehaničko trošenje dijelova.

Novi članci

● Projekt 12: Upravljanje relejem kroz tranzistor

U ovom eksperimentu ćemo se upoznati s relejem s kojim možete kontrolirati moćno opterećenje ne samo istosmjernom, već i izmjeničnom strujom s Arduinom.

Potrebne komponente:

Relej je električno upravljani mehanički prekidač koji ima dva odvojena kruga: upravljački krug, predstavljen kontaktima (A1, A2), i kontrolirani krug, kontakti 1, 2, 3 (vidi sliku 12.1).

Lanci nisu povezani ni na koji način. Između kontakata A1 i A2 ugrađena je metalna jezgra, a kada kroz nju teče struja, na nju se privlači pomična armatura (2). Kontakti 1 i 3 su fiksni. Vrijedi napomenuti da je armatura opterećena oprugom, i dok ne prođemo struju kroz jezgru, armatura će biti pritisnuta na pin 3. Kada se dovede struja, kao što je već spomenuto, jezgra se pretvara u elektromagnet i privlači pin 1. Kada je bez napona, opruga ponovno vraća armaturu na pin 3.

Prilikom spajanja releja na Arduino, pin mikrokontrolera ne može osigurati snagu potrebnu za ispravan rad zavojnice. Stoga je potrebno pojačati struju - staviti tranzistor. Za pojačanje je prikladnije koristiti n-p-n-tranzistor spojen prema OE krugu (vidi sliku 12.2). Ovom metodom možete spojiti opterećenje s većim naponom napajanja od napajanja mikrokontrolera.
Osnovni otpornik je ograničavajući otpornik. Može se jako razlikovati (1-10 kOhm), u svakom slučaju, tranzistor će raditi u načinu zasićenja. Bilo koji n-p-n-tranzistor se može koristiti kao tranzistor. Dobitak je praktički nebitan. Tranzistor se bira prema struji kolektora (struja koja nam je potrebna) i naponu kolektor-emiter (napon koji napaja opterećenje).

Da biste uključili relej spojen prema shemi s OE, trebate primijeniti 1 na Arduino pin, da biste ga isključili - 0. Spojimo relej na Arduino ploču prema dijagramu na sl. 12.3 i napišite skicu upravljanja relejem. Svakih 5 sekundi relej će se uključiti/isključiti. Prilikom prebacivanja releja čuje se karakterističan klik.
Sadržaj skice prikazan je u Listingu 12.1.

int relayPin = 10; // spojite na pin D10 Arduina void setup()( pinMode (relayPin, OUTPUT); // konfiguriraj izlaz kao izlaz (OUTPUT) } // funkcija se izvršava ciklički beskonačan broj puta void petlja()( digitalWrite(relayPin, HIGH); // omogući kašnjenje releja (5000 ); digitalWrite(relayPin, LOW); // isključiti relej kašnjenje (5000 ); )

Redoslijed povezivanja:

1. Elemente spajamo na Arduino ploču prema dijagramu na sl. 12.3.
2. Učitajte skicu iz Listinga 12.1 u Arduino ploču.
3. Svakih 5 sekundi dolazi do klika za prebacivanje releja ako spojite kontakte releja, na primjer, u razmak uloška sa žarnom niti spojenom na mrežu od 220 V, vidjet ćemo proces uključivanja / isključivanja žarulje sa žarnom niti lampica svakih 5 sekundi (slika 12.3).

Ovaj članak govori o važnim upravljačkim programima i odgovarajućim sklopovima potrebnim za sigurno povezivanje vanjskih uređaja na I/O MCU (Mikrokontrolerska jedinica, MCU).

Uvod

Nakon što imate ideju za projekt, vrlo je primamljivo skočiti izravno na povezivanje Arduina s krugovima i uređajima kao što su LED diode, releji i zvučnici. Međutim, ako to učinite bez ispravnog sklopa, može biti kobno za vaš mikrokontroler.

Mnogi I/O uređaji crpe veliku struju (> 100 mA) koju većina mikrokontrolera ne može opskrbiti u sigurnom načinu rada, a kada pokušaju osigurati ovu količinu struje, često se pokvare. Ovdje dolazimo u pomoć posebnim shemama pod nazivom "vozači" (engleski - vozači). Driveri su sklopovi koji mogu uzeti mali, slab signal od mikrokontrolera i zatim koristiti taj signal za pokretanje neke vrste uređaja koji troši energiju.

Da bi mikrokontroleri ispravno radili s vanjskim uređajima, ponekad su potrebni posebni sklopovi. Ovi vanjski uređaji uključuju:

• Sklopovi pokretača
• Sheme zaštite ulaza
• Izlazni zaštitni krugovi
• Izolacijski krugovi

Pa pogledajmo neke od ovih shema i vidimo kako rade!

Jednostavan drajver za diode koje emitiraju svjetlo (LED).

Ovaj jednostavan sklop pogodan je za pogon LED dioda velike snage s mikrokontrolerima gdje je izlaz mikrokontrolera spojen na "IN".

Kada mikrokontroler daje 0, tranzistor Q1 se gasi, a isto tako i LED D1. Kada mikrokontroler daje izlaz 1, tranzistor se uključuje i tako se uključuje i D1. Vrijednost R1 ovisi o izlaznom naponu vašeg mikrokontrolera, ali vrijednosti između 1KΩ ~ 10KΩ često rade dobro. Vrijednost R2 ovisi o veličini opterećenja koje napajate, a ovaj krug je prikladan za napajanje uređaja do 1A i ne više.

Jednostavan drajver releja

Uređaji koji crpe više od 1A struje i koji se uključuju i gase svakih nekoliko sekundi su prikladniji za releje.

Iako su releji prilično jednostavni (mali elektromagnet koji privlači metalnu ruku da zatvori krug), njima se ne može izravno upravljati mikrokontrolerom.

Normalni releji zahtijevaju struje oko 60 mA ~ 100 mA, što je previsoko za većinu mikrokontrolera, tako da releji zahtijevaju sklop koji koristi kontrolu tranzistora (kao što je prikazano gore). Međutim, umjesto otpornika koji će se koristiti za ograničavanje struje, potrebna je zaštitna dioda (D1).

Kada mikrokontroler (spojen na "IN") daje 1, tada se uključuje tranzistor Q1. Time se uključuje relej RL1 i kao rezultat svijetli lampica (R2). Ako mikrokontroler daje 0, tada se tranzistor Q1 isključuje, što isključuje relej, a samim tim se gasi i lampa.

Releji su vrlo česti u krugovima koji zahtijevaju prebacivanje strujnih krugova izmjenične struje i dostupni su za uključivanje 230V i 13A (prikladno za tostere, kuhala za vodu, računala i usisavače).

Gumbi

Prilikom spajanja gumba na mikrokontroler ponekad se mogu pojaviti jednostavni problemi. Prvi (i najneugodniji) problem dolazi u obliku odbijanja, gdje tipka šalje mnogo signala kada se pritisne i otpusti.

Gumbi su obično komad metala koji dolazi u dodir s nekim drugim metalom, ali kada gumbi dođu u kontakt često se odbijaju (iako su najčešće maleni). Ovo odbijanje znači da se gumb nekoliko puta povezuje i odspaja prije zaključavanja, što rezultira rezultatom koji nakratko izgleda nasumično. Budući da su mikrokontroleri vrlo brzi, mogu uhvatiti ovo odbijanje i izvršiti događaje pritiska na gumb više puta. Da biste se riješili odbijanja, možete koristiti dijagram u nastavku. Ovdje prikazani krug je vrlo trivijalan krug koji dobro radi i koji je lako izgraditi.

Ulazna zaštita: napon

Neće svi ulazni uređaji biti prijateljski raspoloženi prema vašem mikrokontroleru, a neki izvori mogu biti čak i štetni. Ako imate ulazne izvore koji dolaze iz okoline (npr. senzor napona, senzor kiše, ljudski kontakt) ili ulazne izvore koji mogu proizvesti napone koji su veći od onoga što mikrokontroler može podnijeti (npr. sklopovi induktora), tada ćete morati omogućiti neki ulaz zaštita od napona. Dolje prikazan krug koristi zener diode od 5 V za ograničavanje ulaznih napona tako da ulazni napon ne može ići iznad 5 V i ispod 0 V. Otpornik 100R se koristi za sprječavanje prevelike struje kada Zener dioda pokupi ulazni napon.

I/O zaštita: strujna

Ulazi i izlazi mikrokontrolera ponekad mogu biti zaštićeni od prevelike struje. Ako uređaj kao što je LED crpi manju struju od maksimalne izlazne struje iz mikrokontrolera, tada se LED može izravno spojiti na mikrokontroler. Međutim, i dalje će biti potreban serijski otpornik, kao što je prikazano u nastavku, a uobičajene vrijednosti serijskog otpornika za LED diode uključuju 470 ohma, 1 k ohma, pa čak i 2,2 k ohma. Serija otpornika također je korisna za ulazne pinove u rijetkim slučajevima kada su pinovi mikrokontrolera loši ili ulazni uređaj doživljava skok izlazne struje.

Pretvornici razine

U prošlosti bi većina signala u krugu radila na istom naponu, a taj je napon obično bio 5 V. Međutim, s povećanjem tehnoloških mogućnosti moderne elektronike, napon na novim uređajima se smanjuje. Zbog toga mnogi sklopovi uključuju mješovite signale gdje stariji dijelovi mogu raditi na 5V dok noviji dijelovi rade na 3.3V.

Iako bi mnogi radioamateri radije koristili jednu razinu napona, istina je da stariji dijelovi od 5 volti možda neće raditi na 3,3 volta dok novije jedinice od 3,3 volta ne mogu raditi na višem naponu 5 Q. Ako uređaj od 5 V i uređaj od 3,3 V žele za komunikaciju, tada je potrebno pomicanje razine, koje pretvara jedan signal napona u drugi. Neki uređaji od 3,3 V imaju "toleranciju" od 5 V, što znači da se signal od 5 V može izravno povezati sa signalom od 3,3 V, ali većina uređaja od 5 V ne može nositi 3,3 V. Da bismo pokrili obje opcije, ispod sheme prikazuju pretvorbu iz 5 V u 3,3 V i obratno.

Izolacija: Optoizolator

Ponekad krug s kojim mikrokontroler treba komunicirati može predstavljati previše problema, kao što su elektrostatičko pražnjenje (ESD), velike fluktuacije napona i nepredvidljivost. U takvim situacijama možemo koristiti uređaj koji se zove opto-izolator, koji omogućuje komunikaciju dvaju krugova bez da su međusobno fizički povezani žicama.

Optoizolatori komuniciraju pomoću svjetlosti, pri čemu jedan krug emitira svjetlost koju zatim detektira drugi krug. To znači da se optoizolatori ne koriste za analognu komunikaciju (npr. razine napona), već za digitalnu komunikaciju, gdje je izlaz uključen ili isključen. Optoizolatori se mogu koristiti i za ulaze i izlaze mikrokontrolera gdje bi ulazi ili izlazi mogli biti potencijalno opasni za mikrokontroler. Zanimljivo je da se za pomicanje razine mogu koristiti i optoizolatori!

Gunther Kraut, Njemačka

Logička "1", logička "0" i visoka impedancija. Tri izlazna stanja odgovaraju tri stanja motora: "naprijed", "nazad" i "stop"

Za upravljanje dvama neovisnim opterećenjima, kao što su releji, obično su potrebna dva ulazno/izlazna priključka mikrokontrolera. U tom slučaju imate priliku uključiti dva releja, uključiti jedan i isključiti drugi ili isključiti oba. Ako ne trebate uključiti dva releja istovremeno, možete kontrolirati preostala tri stanja pomoću jednog izlaza mikrokontrolera. Ovo koristi izlazno stanje visoke impedancije.

Ova se shema može koristiti, na primjer, u upravljanju elektromotorima. Smjer vrtnje motora ovisi o tome koja je od njegovih dviju faza odabrana. Za fazno prebacivanje mogu se koristiti i klasični elektromehanički i poluprovodnički MOS releji. U svakom slučaju, otvaranje oba releja će zaustaviti motor.

Za upravljanje elektromehaničkim relejima koristi se sklop prikazan na slici 1. Kada se na izlazu mikrokontrolera pojavi logička "1", tranzistor Q 1 uključuje relej REL 1, koji omogućuje rotaciju motora u smjeru naprijed. Kada se izlaz prebaci na "0", tranzistor Q 3 se otvara. To uzrokuje zatvaranje kontakata REL 2 i motor se počinje okretati u suprotnom smjeru. Ako je priključak mikrokontrolera u stanju visoke impedancije, tranzistori Q 1 , Q 2 i Q 3 se isključuju jer je napon od 1 V na bazi Q 2 manji od zbroja napona praga spojeva baza-emiter od Q 1 i Q 2 i pad napona na diodi D 1 . Oba se releja isključuju i motor se zaustavlja. Napon od 1 V može se dobiti pomoću djelitelja napona ili emitera. Diode D 2 i D 3 služe za zaštitu kolektora Q 1 i Q 2 od prenapona koji nastaju kada je relej isključen. U krugu se mogu koristiti gotovo svi NPN i PNP tranzistori male snage. Izbor D 1 je također neprincipijelan.

Krug za pokretanje MOS releja je jednostavniji, budući da se LED diode mogu spojiti izravno na izlaz gotovo svakog mikrokontrolera (slika 2). Logika "1" uključuje relej LED S 1, a logička "0" - S 2, otvarajući odgovarajuće izlazne trijake. Kada port uđe u stanje visoke impedancije, obje se LED diode gase jer je napon od 1,2 V DC manji od zbroja graničnih napona dvije LED diode. Varistori R 3 , R 5 i prigušni krug C 1 , R 4 , C 2 , R 6 služe za zaštitu MOS releja. Parametri ovih elemenata odabiru se u skladu s opterećenjem.