De ce aveți nevoie pentru a deveni un dezvoltator profesionist de programe pentru microcontrolere și pentru a atinge un astfel de nivel de calificare care vă va permite să găsiți și să obțineți cu ușurință un loc de muncă cu un salariu mare (salariul mediu al unui programator de microcontrolere în Rusia la începutul anului 2017? este de 80.000 de ruble). ...

Continuăm povestea despre conectarea unei sarcini puternice la microcontroler. Știm deja cum să ne conectăm la microcontroler și. Acum este rândul să ne ocupăm de releul electromagnetic.

La prima vedere, conectarea releului este cea mai simplă. Cu toate acestea, aceasta este o simplitate înșelătoare. Pentru că, în primul rând, majoritatea releelor ​​consumă mult mai mult curent decât poate furniza microcontrolerul la ieșire. Și în al doilea rând, un releu electromagnetic este o sarcină inductivă, care are propriile sale caracteristici (mai multe despre asta mai târziu). De aceea, începătorii dezactivează adesea ieșirile microcontrolerului încercând să conecteze releele la acestea.

Cum să conectați un releu la un microcontroler și să evitați problemele în același timp - puțin mai târziu. Între timp, pentru cei foarte, foarte începători, vă voi spune foarte pe scurt

Un releu electromagnetic este un dispozitiv special care constă din cel puțin patru elemente principale (vezi figura):

1. Bobina
2. Miez
3. Ancoră
4. Grup de contact

Bobina (în funcție de tipul releului) poate fi proiectată fie pentru tensiune alternativă, fie pentru tensiune continuă.

Când tensiunea este aplicată bobinei, se creează un câmp magnetic în jurul acesteia, care magnetizează miezul. Apoi armătura este atrasă de miez și schimbă grupul de contacte. În funcție de design, contactele fie se deschid, fie se închid sau comută. Un grup de contacte poate conține atât contacte normal închise, cât și contacte normal deschise. Și pot exista două contacte sau trei sau mai multe.

Când tensiunea este îndepărtată din bobină, atunci contactele revin la poziția inițială.

Un contact normal închis (normal închis) este un contact care este închis atunci când nu există tensiune pe bobină. Deschis normal (deschis normal), respectiv, deschis atunci când nu există tensiune pe bobină și închideți când este aplicată tensiune la bobină. Figura arată un contact normal deschis.

Pe diagrame și în descrierile releului se folosesc de obicei abrevieri: NO - normal deschis (normal deschis), NC - normal închis (normal închis).

Principalele caracteristici ale releului

Pentru a utiliza un releu în dispozitivele dvs. (nu neapărat pe microcontrolere), trebuie să știți dacă este potrivit pentru scopurile dvs. sau nu. Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți caracteristicile releului. Caracteristici principale:

1. Tipul tensiunii bobinei (AC sau DC). Pentru a se conecta direct la microcontroler sau printr-un tranzistor, poate fi folosit doar un releu DC (contactele releului, desigur, pot controla atât AC, cât și DC).
2. Tensiunea bobinei (adică ce tensiune trebuie aplicată bobinei, astfel încât armătura să fie magnetizată în mod fiabil la miez).
3. Consumul de curent al bobinei.
4. Curentul nominal al contactelor (adică curentul prin contactele releului la care vor funcționa fără deteriorare pentru o lungă perioadă de timp).
5. Timp de funcționare a releului. Adică cât timp durează magnetizarea ancorei.
6. Timp de eliberare a releului. Adică cât timp durează demagnetizarea (eliberarea) armăturii.

Ultimii doi parametri nu sunt de obicei luați în considerare. Cu toate acestea, în cazurile în care este necesară o anumită viteză (de exemplu, funcționarea unor dispozitive de protecție), atunci aceste valori trebuie luate în considerare.

Ei bine, în sfârșit am ajuns să conectăm sarcina la microcontroler printr-un releu. Vă sugerez să vă amintiți. Dacă vă amintiți, atunci puteți conecta sarcina la ieșirea microcontrolerului în două moduri: cu un plus comun și cu un minus comun.

Dacă vrem să conectăm releul la microcontroler direct, atunci metoda cu un minus comun este cel mai probabil eliminată, deoarece cu această metodă microcontrolerul este capabil să controleze o sarcină foarte slabă. Și aproape toate releele consumă câteva zeci sau chiar sute de mA.

Și metoda cu un minus comun, de asemenea, în cele mai multe cazuri, nu vă va permite să conectați releul direct la microcontroler din același motiv (cu această metodă, microcontrolerul poate furniza de obicei 15-20 mA la ieșire, ceea ce nu va fi suficient pentru majoritatea releelor).

Releele Reed au, de obicei, un consum redus de curent. Cu toate acestea, pot comuta doar curenți mici.

Dar există un truc aici. Faptul este că, cu cât tensiunea bobinei releului este mai mare, cu atât consumul de curent este mai mic. Prin urmare, dacă dispozitivul dvs. are o sursă de alimentare, de exemplu, 24 V sau mai mare, atunci puteți selecta cu ușurință un releu cu un consum de curent acceptabil.

De exemplu, un releu Finder Seria a 32-a consumă doar 8,3 mA la o tensiune a bobinei de 24V.

În acest caz (când aveți două surse de tensiune), puteți conecta releul astfel:

Cum se conectează un releu la un tranzistor

Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, nu este posibilă utilizarea unei surse de alimentare suplimentare în dispozitiv. Prin urmare, de obicei releul este conectat la ieșirea microcontrolerului. Cum să fac asta, am spus deja. Prin urmare, nu mă voi repeta.

Masuri de securitate

Releele sunt utilizate de obicei atunci când o sarcină mare și/sau tensiune înaltă trebuie controlată.

Prin urmare, aici este necesar să ne amintim măsurile de securitate. Este de dorit să se separe circuitul de joasă tensiune cu curent scăzut de circuitul de înaltă tensiune. De exemplu, instalați releul într-o carcasă separată sau într-un compartiment izolat separat al carcasei, astfel încât atunci când instalați dispozitivul, să nu atingeți accidental contactele cu tensiune înaltă.

În plus, există pericolul de a deteriora ieșirea microcontrolerului sau a unui tranzistor suplimentar.

Faptul este că bobina releului este o sarcină inductivă cu toate consecințele care decurg.

Și aici există două riscuri:

1. În momentul în care tensiunea este aplicată bobinei, reactanța inductivă a bobinei este zero, deci va exista o creștere a curentului pe termen scurt, depășind semnificativ curentul nominal. Dar majoritatea tranzistorilor de ieșire rezistă la această creștere, așa că nu trebuie să vă gândiți la asta, dar trebuie să o cunoașteți și să o înțelegeți.
2. În momentul îndepărtării tensiunii (în momentul întreruperii circuitului de alimentare a bobinei), apare EMF de auto-inducție, care poate dezactiva tranzistorul de ieșire al microcontrolerului și/sau un tranzistor suplimentar la care este conectată bobina releului. Pentru a evita acest lucru, este întotdeauna necesar să conectați o diodă de protecție în paralel cu bobina (vezi fig.). De ce se întâmplă asta, nu voi spune. Cui îi pasă, își amintește sau studiază inginerie electrică.

IMPORTANT!
Acordați atenție includerii diodei. Ar trebui să pornească exact așa, și nu invers, așa cum cred unii oameni.

Mulți radioamatori începători încep să se familiarizeze cu electronica cu circuite simple, care sunt pline pe Internet. Dar dacă acesta este un dispozitiv de control în care un fel de actuator este conectat la circuit, iar metoda de conectare nu este indicată în circuit, atunci începătorului îi este greu. Acest articol a fost scris pentru a ajuta radioamatorii începători să facă față acestei probleme.

Sarcini DC.

Prima modalitate este conectarea printr-un rezistor

Cel mai simplu mod - potrivit pentru sarcini de curent redus - LED-uri.

Rgas \u003d (U / I) - Rн

Unde U este tensiunea de alimentare (în Volți), I este curentul admisibil prin circuit (în Amperi), Rn este rezistența de sarcină (în Ohmi)

A doua cale - tranzistor bipolar

Dacă curentul de sarcină consumat este mai mare decât curentul maxim de ieșire al dispozitivului dvs., atunci rezistorul nu va ajuta aici. Trebuie să măriți curentul. Pentru aceasta, se folosesc de obicei tranzistori.

În acest circuit, se folosește un tranzistor n-p-n, conectat conform circuitului OE. Cu această metodă, puteți conecta o sarcină cu o tensiune de alimentare mai mare decât puterea dispozitivului dvs. Rezistorul R1 este necesar pentru a limita curentul care trece prin tranzistor, de obicei setat la 1-10 kOhm.

A treia cale este un tranzistor cu efect de câmp

Pentru a controla sarcina, al cărei curent este de zeci de amperi (în special motoare electrice puternice, lămpi etc.), se folosește un tranzistor cu efect de câmp.

Rezistorul R1 limitează curentul prin poartă. Deoarece tranzistorul cu efect de câmp este controlat de curenți mici și dacă ieșirea dispozitivului dvs. la care este conectată poarta este într-o stare Z de impedanță mare, dispozitivul de câmp se va deschide și se va închide imprevizibil, captând interferențe. Pentru a elimina acest comportament, ieșirea dispozitivului este „presată” la pământ cu un rezistor de 10kΩ.
Tranzistorul cu efect de câmp are o caracteristică - încetineala sa. Dacă frecvența admisă este depășită, acesta se va supraîncălzi.

Curent alternativ.

Prima cale este un releu.

Cel mai simplu mod de a controla o sarcină AC este cu un releu. Releul în sine este o sarcină de curent mare - trebuie să-l porniți printr-un tranzistor bipolar sau cu efect de câmp.

Dezavantajele releului sunt încetineala și uzura mecanică a pieselor.

Articole noi

● Proiectul 12: Controlul unui releu printr-un tranzistor

În acest experiment, ne vom familiariza cu un releu cu care puteți controla o sarcină puternică nu numai curent direct, ci și alternativ cu Arduino.

Componente necesare:

Releul este un comutator mecanic controlat electric care are două circuite separate: un circuit de comandă, reprezentat de contacte (A1, A2) și un circuit controlat, contactele 1, 2, 3 (vezi Fig. 12.1).

Lanțurile nu sunt conectate în niciun fel. Între contactele A1 și A2 este instalat un miez metalic, când curentul trece prin el, o armătură mobilă (2) este atrasă de el. Contactele 1 și 3 sunt fixe. Este de remarcat faptul că armătura este încărcată cu arc și până când trecem curentul prin miez, armătura va fi apăsată împotriva pinului 3. Când se aplică curent, așa cum sa menționat deja, miezul se transformă într-un electromagnet și este atras de pin. 1. Când este dezactivat, arcul readuce armătura la pinul 3 din nou.

Când conectați un releu la Arduino, pinul microcontrolerului nu poate furniza puterea necesară pentru ca bobina să funcționeze corect. Prin urmare, este necesar să amplificați curentul - puneți un tranzistor. Pentru amplificare, este mai convenabil să folosiți un tranzistor n-p-n conectat conform circuitului OE (vezi Fig. 12.2). Cu această metodă, puteți conecta o sarcină cu o tensiune de alimentare mai mare decât sursa de alimentare a microcontrolerului.
Rezistorul de bază este un rezistor limitator. Poate varia mult (1-10 kOhm), în orice caz, tranzistorul va funcționa în modul de saturație. Orice n-p-n-tranzistor poate fi folosit ca tranzistor. Câștigul este practic irelevant. Tranzistorul este selectat în funcție de curentul colectorului (curentul de care avem nevoie) și de tensiunea colector-emițător (tensiunea care alimentează sarcina).

Pentru a porni releul conectat conform schemei cu OE, trebuie să aplicați 1 pinului Arduino, pentru a-l opri - 0. Să conectăm releul la placa Arduino conform diagramei din fig. 12.3 și scrieți o schiță de control al releului. La fiecare 5 secunde releul se va porni (pornit/oprit). La comutarea releului, se aude un clic caracteristic.
Conținutul schiței este prezentat în Lista 12.1.

int relayPin = 10 ; // se conectează la pinul D10 al Arduino void setup()( pinMode(relayPin, OUTPUT); // configurează ieșirea ca ieșire (IEȘIRE) } // funcția este executată ciclic de un număr infinit de ori buclă goală ()( digitalWrite(relayPin, HIGH); // activează întârzierea releului(5000); digitalWrite(relayPin, LOW); // opriți releulîntârziere (5000); )

Ordine de conectare:

1. Conectăm elementele la placa Arduino conform diagramei din fig. 12.3.
2. Încărcați schița din Lista 12.1 pe placa Arduino.
3. La fiecare 5 secunde există un clic de comutare a releului dacă conectați contactele releului, de exemplu, în golul unui cartuş cu o lampă incandescentă conectată la o rețea de 220 V, vom vedea procesul de pornire / oprire a incandescentului lampă la fiecare 5 secunde (Fig. 12.3).

Acest articol discută driverele importante și circuitele adecvate necesare pentru a conecta în siguranță dispozitivele externe la I/O ale unui MCU (Microcontroller Unit, MCU).

Introducere

Odată ce aveți o idee pentru un proiect, este foarte tentant să treceți direct la conectarea Arduino la circuite și dispozitive precum LED-uri, relee și difuzoare. Cu toate acestea, a face acest lucru fără circuitul corect poate fi fatal pentru microcontroler.

Multe dispozitive I/O consumă mult curent (> 100 mA) pe care majoritatea microcontrolerelor nu îl pot furniza în modul sigur și, atunci când încearcă să furnizeze această cantitate de curent, se întrerup adesea. Aici venim în ajutorul unor scheme speciale numite „drivers” (în engleză – drivers). Driverele sunt circuite care pot prelua un semnal mic și slab de la un microcontroler și apoi pot folosi acel semnal pentru a conduce un fel de dispozitiv consumator de energie.

Pentru ca microcontrolerele să funcționeze corect cu dispozitive externe, uneori sunt necesare circuite speciale. Aceste dispozitive externe includ:

• Circuite driver
• Scheme de protecție a intrărilor
• Circuite de protecție la ieșire
• Circuite de izolare

Deci, să aruncăm o privire la unele dintre aceste scheme și să vedem cum funcționează!

Driver simplu pentru diodă emițătoare de lumină (LED).

Acest circuit simplu este convenabil pentru a conduce LED-uri de mare putere cu microcontrolere unde ieșirea microcontrolerului este conectată la „IN”.

Când microcontrolerul iese 0, tranzistorul Q1 se oprește și la fel și LED-ul D1. Când microcontrolerul scoate 1, tranzistorul pornește și astfel se pornește și D1. Valoarea lui R1 depinde de tensiunea de ieșire a microcontrolerului, dar valorile între 1KΩ ~ 10KΩ funcționează adesea bine. Valoarea lui R2 depinde de dimensiunea sarcinii pe care o alimentați, iar acest circuit este potrivit pentru alimentarea dispozitivelor de până la 1 A și nu mai mult.

Driver de releu simplu

Dispozitivele care consumă mai mult de 1 A de curent și se vor porni și se vor opri la fiecare câteva secunde sunt mai potrivite pentru relee.

Deși releele sunt destul de simple (un electromagnet mic care atrage o pârghie metalică pentru a închide circuitul), acestea nu pot fi controlate direct de un microcontroler.

Releele normale necesită curenți în jur de 60mA ~ 100mA, ceea ce este prea mare pentru majoritatea microcontrolerelor, astfel încât releele necesită un circuit care utilizează controlul tranzistorului (așa cum se arată mai sus). Cu toate acestea, în loc de un rezistor care să fie utilizat pentru a limita curentul, este necesară o diodă de protecție inversă (D1).

Când microcontrolerul (conectat la „IN”) emite un 1, atunci tranzistorul Q1 pornește. Aceasta pornește releul RL1 și, ca rezultat, lampa (R2) se aprinde. Dacă microcontrolerul dă 0, atunci tranzistorul Q1 se oprește, ceea ce oprește releul și, prin urmare, lampa se stinge.

Releele sunt foarte frecvente în circuitele care necesită comutarea circuitelor de alimentare CA și sunt disponibile pentru comutarea 230V și 13A (potrivite pentru prăjitoare de pâine, ceainice, computere și aspiratoare).

Butoane

Când conectați un buton la un microcontroler, uneori pot apărea probleme simple. Prima (și cea mai enervantă) problemă vine sub formă de saritură, unde butonul trimite o mulțime de semnale atunci când este apăsat și eliberat.

Butoanele sunt de obicei o bucată de metal care intră în contact cu un alt metal, dar atunci când butoanele intră în contact, deseori sar (deși de cele mai multe ori sunt mici). Această săritură înseamnă că butonul se conectează și se deconectează de câteva ori înainte de a se bloca, rezultând un rezultat care pare pentru scurt timp aleatoriu. Deoarece microcontrolerele sunt foarte rapide, pot prinde această săritură și pot executa evenimente de apăsare a butoanelor de mai multe ori. Pentru a scăpa de săritura, puteți folosi diagrama de mai jos. Circuitul prezentat aici este un circuit foarte banal care funcționează bine și este ușor de construit.

Protecție intrare: tensiune

Nu toate dispozitivele de intrare vor fi prietenoase cu microcontrolerul și unele surse pot fi chiar dăunătoare. Dacă aveți surse de intrare care provin din mediul înconjurător (de exemplu, senzor de tensiune, senzor de ploaie, contact uman) sau surse de intrare care pot scoate tensiuni peste ceea ce poate gestiona microcontrolerul (de exemplu, circuite inductoare), atunci va trebui să activați unele intrări. protectie la tensiune. Circuitul prezentat mai jos folosește diode zener de 5 V pentru a limita tensiunile de intrare, astfel încât tensiunea de intrare să nu depășească 5 V și sub 0 V. Rezistorul 100R este utilizat pentru a preveni prea mult curent atunci când dioda Zener preia tensiunea de intrare.

Protecție I/O: curent

Intrările și ieșirile microcontrolerelor pot fi uneori protejate de prea mult curent. Dacă un dispozitiv, cum ar fi un LED, consumă mai puțin curent decât curentul maxim de ieșire de la microcontroler, atunci LED-ul poate fi conectat direct la microcontroler. Cu toate acestea, va fi în continuare nevoie de un rezistor în serie, așa cum se arată mai jos, iar valorile comune ale rezistenței în serie pentru LED-uri includ 470 ohmi, 1 k ohmi și chiar 2,2 k ohmi. Seriile de rezistoare sunt utile și pentru pinii de intrare în cazuri rare în care pinii microcontrolerului sunt defecte sau dispozitivul de intrare se confruntă cu o creștere a curentului de ieșire.

Traductoare de nivel

În trecut, majoritatea semnalelor dintr-un circuit funcționau la aceeași tensiune, iar această tensiune era de obicei de 5 V. Cu toate acestea, odată cu creșterea capacităților tehnologice ale electronicii moderne, tensiunea pe dispozitivele noi este în scădere. Din acest motiv, multe circuite includ semnale mixte, unde piesele mai vechi pot funcționa la 5V, în timp ce părțile mai noi funcționează la 3,3V.

Deși multe radioamatoare ar prefera să folosească un singur nivel de tensiune, adevărul este că piesele mai vechi de 5 volți pot să nu funcționeze la 3,3 volți, în timp ce unitățile mai noi de 3,3 volți nu pot funcționa la tensiune mai mare 5 Q. Dacă un dispozitiv de 5V și un dispozitiv de 3,3V doresc pentru a comunica, atunci este necesară schimbarea nivelului, care convertește un semnal de tensiune în altul. Unele dispozitive de 3,3 V au „toleranță” de 5 V, ceea ce înseamnă că un semnal de 5 V se poate conecta direct la un semnal de 3,3 V, dar majoritatea dispozitivelor de 5 V nu pot transporta 3,3 V. Pentru a acoperi ambele opțiuni, mai jos schemele arată conversia de la 5 V la 3,3 V și viceversa.

Izolare: optoizolator

Uneori, circuitul cu care trebuie să comunice microcontrolerul poate prezenta prea multe probleme, cum ar fi descărcarea electrostatică (ESD), fluctuațiile mari de tensiune și imprevizibilitatea. În astfel de situații, putem folosi un dispozitiv numit optoizolator, care permite a două circuite să comunice fără a fi conectate fizic între ele prin fire.

Optoizolatoarele comunică folosind lumină, unde un circuit emite lumină care este apoi detectată de un alt circuit. Aceasta înseamnă că optoizolatoarele nu sunt utilizate pentru comunicații analogice (de exemplu, nivelurile de tensiune), ci în schimb pentru comunicarea digitală, unde ieșirea este activată sau oprită. Optoizolatoarele pot fi utilizate atât pentru intrări, cât și pentru ieșiri ale microcontrolerelor, unde intrările sau ieșirile ar putea fi potențial periculoase pentru microcontroler. Interesant este că optoizolatoarele pot fi folosite și pentru schimbarea nivelului!

Gunther Kraut, Germania

Logic „1”, logic „0” și impedanță ridicată. Trei stări de ieșire corespund celor trei stări ale motorului: „înainte”, „înapoi” și „oprire”

Pentru a controla două sarcini independente, cum ar fi releele, sunt de obicei necesare două porturi I/O pentru microcontroler. În acest caz, aveți posibilitatea să porniți două relee, să porniți unul și să îl opriți pe celălalt sau să le opriți pe ambele. Dacă nu trebuie să porniți două relee în același timp, puteți controla celelalte trei stări folosind o ieșire a microcontrolerului. Aceasta folosește starea de ieșire de înaltă impedanță.

Acest circuit poate fi utilizat, de exemplu, în controlul motoarelor electrice. Sensul de rotație al motorului depinde de care dintre cele două faze ale sale este selectată. Pentru comutarea fazelor, pot fi utilizate atât releele electromecanice clasice, cât și releele MOS în stare solidă. Oricum, deschiderea ambelor relee va opri motorul.

Pentru a controla releele electromecanice, se folosește circuitul prezentat în figura 1. Când logica „1” la ieșirea microcontrolerului, tranzistorul Q 1 pornește releul REL 1, care permite motorului să se rotească în direcția înainte. Când ieșirea comută la „0”, tranzistorul Q 3 se deschide. Acest lucru face ca contactele REL 2 să se închidă și motorul începe să se rotească în direcția opusă. Dacă portul microcontrolerului este într-o stare de impedanță ridicată, tranzistoarele Q 1 , Q 2 și Q 3 se opresc, deoarece tensiunea de 1 V la baza lui Q 2 este mai mică decât suma tensiunilor de prag ale joncțiunilor bază-emițător. a Q 1 și Q 2 și căderea de tensiune pe dioda D 1 . Ambele relee se opresc și motorul se oprește. O tensiune de 1 V poate fi obținută folosind un divizor de tensiune sau un emițător follower. Diodele D 2 și D 3 servesc la protejarea colectoarelor Q 1 și Q 2 de supratensiunile care apar atunci când releul este oprit. Aproape orice tranzistoare NPN și PNP de putere redusă pot fi utilizate în circuit. Alegerea lui D 1 este, de asemenea, fără principii.

Circuitul pentru acționarea releului MOS este mai simplu, deoarece LED-urile pot fi conectate direct la ieșirea aproape oricărui microcontroler (Figura 2). "1" logic pornește LED-ul releului S 1 și "0" logic - S 2, deschizând triacurile de ieșire corespunzătoare. Când portul intră în starea de impedanță ridicată, ambele LED-uri se sting deoarece tensiunea de 1,2 V DC este mai mică decât suma tensiunilor de prag ale celor două LED-uri. Varistoarele R3, R5 şi circuitul amortizor C1, R4, C2, R6 servesc la protejarea releului MOS. Parametrii acestor elemente sunt selectați în funcție de sarcină.