Kaj potrebujete, da postanete profesionalni razvijalec programov za mikrokrmilnike in dosežete tako raven spretnosti, ki vam bo omogočila enostavno iskanje in zaposlitev z visoko plačo (povprečna plača programerja mikrokrmilnikov v Rusiji v začetku leta 2017 je 80.000 rubljev). ...

Nadaljujemo zgodbo o priključitvi močne obremenitve na mikrokrmilnik. Že vemo, kako se povežemo z mikrokrmilnikom in. Zdaj je na vrsti, da se ukvarjamo z elektromagnetnim relejem.

Na prvi pogled je povezava releja najpreprostejša. Vendar je to zavajajoča preprostost. Ker, prvič, večina relejev porabi veliko več toka, kot ga lahko zagotovi mikrokrmilnik na izhodu. In drugič, elektromagnetni rele je induktivna obremenitev, ki ima svoje značilnosti (več o tem kasneje). Zato začetniki pogosto onemogočijo izhode mikrokrmilnika tako, da nanje poskušajo povezati releje.

Kako povezati rele z mikrokrmilnikom in se hkrati izogniti težavam - malo kasneje. Medtem vam bom za zelo, zelo začetnike povedal zelo na kratko

Elektromagnetni rele je posebna naprava, ki je sestavljena iz vsaj štirih glavnih elementov (glej sliko):

1. Tuljava
2. Jedro
3. Sidro
4. Kontaktna skupina

Tuljava (odvisno od vrste releja) je lahko zasnovana za izmenično ali enosmerno napetost.

Ko se na tuljavo nanese napetost, se okoli nje ustvari magnetno polje, ki magnetizira jedro. Nato se armatura pritegne v jedro in premakne skupino kontaktov. Odvisno od zasnove se kontakti odprejo, zaprejo ali preklopijo. Kontaktna skupina lahko vsebuje tako normalno zaprte kot normalno odprte kontakte. In lahko sta dva stika ali trije ali več.

Ko se napetost odstrani iz tuljave, se kontakti vrnejo v prvotni položaj.

Normalno zaprt (normalno zaprt) kontakt je kontakt, ki je zaprt, ko na tuljavi ni napetosti. Običajno odprto (normalno odprto), oziroma odprto, ko na tuljavi ni napetosti, in zaprto, ko je napetost na tuljavi. Slika prikazuje normalno odprt kontakt.

Na diagramih in v opisih releja se običajno uporabljajo okrajšave: NO - normalno odprt (normalno odprt), NC - normalno zaprt (normalno zaprt).

Glavne značilnosti releja

Če želite uporabiti rele v svojih napravah (ne nujno na mikrokrmilniških), morate vedeti, ali je primeren za vaše namene ali ne. Če želite to narediti, morate poznati značilnosti releja. Glavne značilnosti:

1. Vrsta napetosti tuljave (AC ali DC). Za neposredno povezavo z mikrokrmilnikom ali preko tranzistorja je mogoče uporabiti le enosmerni rele (kontakti releja seveda lahko krmilijo tako AC kot DC).
2. Napetost tuljave (to je, kakšna napetost je treba uporabiti na tuljavi, da je armatura zanesljivo magnetizirana na jedro).
3. Poraba toka tuljave.
4. Nazivni tok kontaktov (to je tok skozi kontakte releja, pri katerem bodo dolgo časa delovali brez poškodb).
5. Čas delovanja releja. To pomeni, koliko časa je potrebno za magnetiziranje sidra.
6. Čas sprostitve releja. To pomeni, koliko časa je potrebno za demagnetizacijo (sprostitev) armature.

Zadnja dva parametra se običajno ne upoštevata. Toda v primerih, ko je potrebna določena hitrost (na primer delovanje nekaterih zaščitnih naprav), je treba te vrednosti upoštevati.

No, končno smo prišli do povezave bremena z mikrokrmilnikom prek releja. Predlagam, da se spomnite. Če se spomnite, lahko obremenitev povežete z izhodom mikrokrmilnika na dva načina: s skupnim plusom in s skupnim minusom.

Če želimo rele priključiti neposredno na mikrokrmilnik, potem najverjetneje odpade metoda s skupnim minusom, saj je s to metodo mikrokrmilnik sposoben nadzorovati zelo šibko obremenitev. In skoraj vsi releji porabijo nekaj deset ali celo sto mA.

In metoda s skupnim minusom vam tudi v večini primerov ne bo omogočila, da bi rele priključili neposredno na mikrokrmilnik iz istega razloga (s to metodo lahko mikrokrmilnik običajno zagotovi 15-20 mA na izhodu, kar ne bo dovolj za večino relejev).

Releji imajo običajno nizko porabo toka. Vendar pa lahko preklopijo le majhne tokove.

Ampak tukaj je en trik. Dejstvo je, da višja kot je napetost tuljave releja, manjša je poraba toka. Zato, če ima vaša naprava vir napajanja, na primer 24 V ali več, lahko preprosto izberete rele s sprejemljivo porabo toka.

Na primer, rele Finder 32. serija porabi le 8,3 mA pri napetosti tuljave 24 V.

V tem primeru (če imate dva vira napetosti) lahko rele priključite takole:

Kako povezati rele s tranzistorjem

Vendar pa v napravi v večini primerov ni mogoče uporabiti dodatnega vira napajanja. Zato je običajno rele priključen na izhod mikrokrmilnika. Kako to storiti, sem že povedal. Zato se ne bom ponavljal.

Varnostni ukrepi

Releji se običajno uporabljajo, ko je treba nadzorovati veliko obremenitev in/ali visoko napetost.

Zato se je treba tukaj spomniti varnostnih ukrepov. Zaželeno je ločiti nizkotokovno nizkonapetostno vezje od visokonapetostnega. Na primer, namestite rele v ločeno ohišje ali v ločen izolirani predel ohišja, tako da se pri nastavljanju naprave ne dotaknete kontaktov z visoko napetostjo.

Poleg tega obstaja nevarnost poškodbe izhoda mikrokrmilnika ali dodatnega tranzistorja.

Dejstvo je, da je tuljava releja induktivna obremenitev z vsemi posledičnimi posledicami.

In tu obstajata dve nevarnosti:

1. V trenutku, ko je napetost na tuljavi, je induktivna reaktanca tuljave nič, zato bo prišlo do kratkotrajnega toka, ki bo znatno presegel nazivni tok. Toda večina izhodnih tranzistorjev vzdrži ta val, zato vam ni treba razmišljati o tem, ampak ga morate vedeti in razumeti.
2. V trenutku odstranitve napetosti (v trenutku prekinitve napajalnega tokokroga tuljave) pride do samoindukcijske EMF, ki lahko onemogoči izhodni tranzistor mikrokrmilnika in / ali dodatni tranzistor, na katerega je priključena tuljava releja. Da bi se temu izognili, je potrebno vedno priključiti zaščitno diodo vzporedno s tuljavo (glej sliko). Zakaj se to zgodi, ne bom povedal. Koga briga, se spomni ali študira elektrotehniko.

POMEMBNO!
Bodite pozorni na vključitev diode. Vklopiti se mora kar tako, in ne obratno, kot nekateri mislijo.

Številni radijski amaterji začetniki se začnejo seznanjati z elektroniko s preprostimi vezji, ki jih je na internetu polno. Ampak, če je to krmilna naprava, v kateri je nekakšen aktuator priključen na vezje in način povezave ni označen v vezju, potem ima začetnik težave. Ta članek je bil napisan za pomoč začetnikom radijskim amaterjem pri soočanju s to težavo.

DC obremenitve.

Prvi način je povezava prek upora

Najlažji način - primeren za nizkotočne obremenitve - LED.

Rgas \u003d (U / I) - Rн

Kjer je U napajalna napetost (v voltih), I je dovoljeni tok skozi vezje (v amperih), Rн je upor obremenitve (v ohmih)

Drugi način - Bipolarni tranzistor

Če je porabljeni tok obremenitve večji od največjega izhodnega toka vaše naprave, potem upor tukaj ne bo pomagal. Povečati morate tok. Za to se običajno uporabljajo tranzistorji.

V tem vezju se uporablja n-p-n tranzistor, povezan po vezju OE. S to metodo lahko priključite obremenitev z višjo napajalno napetostjo od moči vaše naprave. Upor R1 je potreben za omejitev toka, ki teče skozi tranzistor, običajno nastavljen na 1-10 kOhm.

Tretji način je tranzistor z učinkom polja

Za nadzor obremenitve, katere tok je desetine amperov (zlasti močni elektromotorji, svetilke itd.), se uporablja tranzistor z učinkom polja.

Upor R1 omejuje tok skozi vrata. Ker je tranzistor z učinkom polja nadzorovan z majhnimi tokovi in ​​če je izhod vaše naprave, na katero so povezana vrata, v Z-stanju z visoko impedanco, se bo poljska naprava nepredvidljivo odpirala in zapirala ter ujela motnje. Da bi odpravili to vedenje, je izhod naprave "pritisnjen" na tla z uporom 10kΩ.
Tranzistor z učinkom polja ima posebnost - njegovo počasnost. Če je dovoljena frekvenca presežena, se bo pregrel.

Izmenični tok.

Prvi način je rele.

Najpreprostejši način za nadzor obremenitve AC je z relejem. Sam rele je visokotokovna obremenitev - vklopiti ga morate skozi bipolarni ali poljski tranzistor.

Pomanjkljivosti releja so počasnost in mehanska obraba delov.

Novi članki

● Projekt 12: Krmiljenje releja prek tranzistorja

V tem poskusu se bomo seznanili z relejem, s katerim lahko krmilite močno obremenitev ne le enosmernega, temveč tudi izmeničnega toka z Arduinom.

Zahtevane komponente:

Rele je električno krmiljeno mehansko stikalo, ki ima dva ločena tokokroga: krmilno vezje, ki ga predstavljajo kontakti (A1, A2), in krmiljeno vezje, kontakti 1, 2, 3 (glej sliko 12.1).

Verige niso na noben način povezane. Med kontaktoma A1 in A2 je nameščeno kovinsko jedro, ko skozenj teče tok, se nanj pritegne premična armatura (2). Kontakta 1 in 3 sta fiksna. Omeniti velja, da je armatura vzmetna in dokler ne preidemo toka skozi jedro, bo armatura pritisnjena na zatič 3. Ko je tok uporabljen, kot je bilo že omenjeno, se jedro spremeni v elektromagnet in ga privlači zatič 1. Ko je brez napetosti, vzmet ponovno vrne armaturo na zatič 3.

Ko priključite rele na Arduino, zatič mikrokrmilnika ne more zagotoviti moči, potrebne za pravilno delovanje tuljave. Zato je treba ojačati tok - postaviti tranzistor. Za ojačanje je bolj priročno uporabiti n-p-n-tranzistor, povezan po vezju OE (glej sliko 12.2). S to metodo lahko priključite obremenitev z višjo napajalno napetostjo kot napajalnik mikrokrmilnika.
Osnovni upor je omejevalni upor. Lahko se zelo razlikuje (1-10 kOhm), v vsakem primeru pa bo tranzistor deloval v načinu nasičenosti. Vsak n-p-n-tranzistor se lahko uporablja kot tranzistor. Dobiček je praktično nepomemben. Tranzistor je izbran glede na tok kolektorja (tok, ki ga potrebujemo) in napetost kolektor-emiter (napetost, ki napaja obremenitev).

Če želite vklopiti rele, ki je povezan po shemi z OE, morate na zatič Arduino uporabiti 1, za izklop - 0. Povežimo rele na ploščo Arduino v skladu s diagramom na sl. 12.3 in napišite skico krmiljenja releja. Vsakih 5 sekund se rele vklopi/izklopi. Pri preklopu releja se sliši značilen klik.
Vsebina skice je prikazana v listingu 12.1.

int relayPin = 10; // povežite se s pin D10 Arduino void setup()( pinMode (relayPin, OUTPUT); // konfiguriraj izhod kot izhod (OUTPUT) } // funkcija se ciklično izvaja neskončno število krat void loop()( digitalWrite(relayPin, HIGH); // omogoči zakasnitev releja (5000); digitalWrite(relayPin, LOW); // izklopi rele zamuda (5000); )

Vrstni red povezave:

1. Elemente povežemo z Arduino ploščo po diagramu na sl. 12.3.
2. Skico iz seznama 12.1 naložite v ploščo Arduino.
3. Vsakih 5 sekund pride do klika preklopa releja, če kontakte releja povežete, na primer, v režo kartuše z žarnico, priključeno na 220 V omrežje, bomo videli postopek vklopa / izklopa žarnice lučka vsakih 5 sekund (slika 12.3).

Ta članek obravnava pomembne gonilnike in ustrezna vezja, ki so potrebna za varno povezavo zunanjih naprav z V/I MCU (mikrokrmilniška enota, MCU).

Uvod

Ko imate idejo za projekt, je zelo mamljivo skočiti naravnost v povezovanje Arduina z vezji in napravami, kot so LED diode, releji in zvočniki. Vendar pa je to brez pravilnega vezja lahko usodno za vaš mikrokrmilnik.

Številne V/I naprave črpajo veliko toka (> 100 mA), ki ga večina mikrokrmilnikov ne more zagotoviti v varnem načinu, in ko poskušajo zagotoviti to količino toka, se pogosto zlomijo. Tu nam na pomoč priskočijo posebne sheme, imenovane "vozniki" (angleško - vozniki). Gonilniki so vezja, ki lahko sprejmejo majhen, šibek signal iz mikrokrmilnika in nato uporabijo ta signal za pogon neke vrste naprave, ki porabi veliko energije.

Za pravilno delovanje mikrokrmilnikov z zunanjimi napravami so včasih potrebna posebna vezja. Te zunanje naprave vključujejo:

• Vozniška vezja
• Sheme zaščite vhodov
• Izhodna zaščitna vezja
• Izolacijska vezja

Oglejmo si torej nekatere od teh shem in poglejmo, kako delujejo!

Preprost gonilnik svetleče diode (LED).

To preprosto vezje je priročno za pogon LED diod velike moči z mikrokrmilniki, kjer je izhod mikrokrmilnika povezan z "IN".

Ko mikrokrmilnik odda 0, se tranzistor Q1 ugasne in prav tako LED D1. Ko mikrokrmilnik odda 1, se tranzistor vklopi in tako se vklopi tudi D1. Vrednost R1 je odvisna od izhodne napetosti vašega mikrokrmilnika, vendar vrednosti med 1KΩ ~ 10KΩ pogosto delujejo dobro. Vrednost R2 je odvisna od velikosti obremenitve, ki jo napajate, in to vezje je primerno za napajanje naprav do 1 A in ne več.

Preprost gonilnik releja

Naprave, ki črpajo več kot 1 A toka in se vklopijo in izklopijo vsakih nekaj sekund, so bolj primerne za releje.

Čeprav so releji precej preprosti (majhen elektromagnet, ki pritegne kovinski vzvod, da zapre vezje), jih ni mogoče neposredno krmiliti z mikrokrmilnikom.

Običajni releji zahtevajo tokove okoli 60 mA ~ 100 mA, kar je previsoko za večino mikrokrmilnikov, zato releji zahtevajo vezje s krmiljenjem tranzistorja (kot je prikazano zgoraj). Vendar je namesto upora, ki se uporablja za omejevanje toka, potrebna povratna zaščitna dioda (D1).

Ko mikrokrmilnik (priključen na "IN") odda 1, se tranzistor Q1 vklopi. To vklopi rele RL1 in posledično zasveti lučka (R2). Če mikrokrmilnik odda 0, se tranzistor Q1 izklopi, kar izklopi rele, zato se lučka ugasne.

Releji so zelo pogosti v tokokrogih, ki zahtevajo preklapljanje izmeničnih napajalnih tokokrogov in so na voljo za preklapljanje 230V in 13A (primerno za toasterje, kotličke, računalnike in sesalnike).

Gumbi

Pri priključitvi gumba na mikrokrmilnik se včasih lahko pojavijo preproste težave. Prva (in najbolj nadležna) težava se pojavi v obliki odbijanja, kjer gumb ob pritisku in spuščanju pošlje veliko signalov.

Gumbi so običajno kos kovine, ki pride v stik z neko drugo kovino, a ko se gumbi dotaknejo, se pogosto odbijejo (čeprav so najpogosteje majhni). Ta odboj pomeni, da se gumb nekajkrat poveže in izklopi, preden se zaklene, kar ima za posledico rezultat, ki je na kratko videti naključen. Ker so mikrokrmilniki zelo hitri, lahko ujamejo ta odboj in večkrat izvedejo dogodke pritiska na gumb. Če se želite znebiti odbijanja, lahko uporabite spodnji diagram. Tukaj prikazano vezje je zelo trivialno vezje, ki dobro deluje in ga je enostavno zgraditi.

Zaščita vhoda: napetost

Vse vhodne naprave ne bodo prijazne do vašega mikrokrmilnika, nekateri viri pa so lahko celo škodljivi. Če imate vhodne vire, ki prihajajo iz okolja (npr. senzor napetosti, senzor za dež, človeški stik) ali vhodne vire, ki lahko oddajajo napetosti, ki presegajo tisto, kar mikrokrmilnik zmore (npr. induktorska vezja), boste morali omogočiti nekaj vnosa napetostna zaščita. Spodaj prikazano vezje uporablja 5 V zener diode za omejitev vhodnih napetosti, tako da vhodna napetost ne more preseči 5 V in pod 0 V. Upor 100R se uporablja za preprečevanje prevelikega toka, ko Zener dioda pobere vhodno napetost.

V/I zaščita: tok

Vhodi in izhodi mikrokrmilnikov so včasih lahko zaščiteni pred prevelikim tokom. Če naprava, kot je LED, črpa manjši tok od največjega izhodnega toka iz mikrokrmilnika, potem je LED lahko neposredno povezana z mikrokrmilnikom. Vendar pa bo še vedno potreben serijski upor, kot je prikazano spodaj, običajne vrednosti serijskih uporov za LED diode pa vključujejo 470 ohmov, 1 k ohmov in celo 2,2 k ohmov. Serija uporov je uporabna tudi za vhodne nožice v redkih primerih, ko so zatiči mikrokrmilnika slabi ali vhodna naprava doživlja skok izhodnega toka.

Pretvorniki nivoja

V preteklosti bi večina signalov v vezju delovala pri isti napetosti, ta napetost pa je bila tipično 5 V. Vendar se z naraščajočimi tehnološkimi zmogljivostmi sodobne elektronike napetost na novih napravah znižuje. Zaradi tega številna vezja vključujejo mešane signale, kjer lahko starejši deli delujejo pri 5 V, medtem ko novejši deli delujejo pri 3,3 V.

Čeprav bi veliko radijskih radijskih postaj raje uporabljalo eno napetostno raven, je resnica, da starejši 5-voltni deli morda ne bodo delovali pri 3,3 voltih, medtem ko novejše 3,3-voltne enote ne morejo delovati pri višji napetosti 5 Q. Če želita 5-voltna naprava in 3,3-voltna naprava za komunikacijo je potreben premik nivoja, ki pretvori en napetostni signal v drugega. Nekatere 3,3 V naprave imajo "toleranco" 5 V, kar pomeni, da se 5 V signal lahko neposredno poveže s signalom 3,3 V, vendar večina naprav 5 V ne more prenašati 3,3 V. Za pokrivanje obeh možnosti je pod shemami prikazana pretvorba iz 5 V v 3,3 V in obratno.

Izolacija: Optoizolator

Včasih lahko vezje, s katerim mora komunicirati mikrokrmilnik, povzroči preveč težav, kot so elektrostatična razelektritev (ESD), velika nihanja napetosti in nepredvidljivost. V takih situacijah lahko uporabimo napravo, imenovano opto-izolator, ki omogoča komunikacijo dveh vezij, ne da bi bila med seboj fizično povezana z žicami.

Optoizolatorji komunicirajo z uporabo svetlobe, pri čemer eno vezje oddaja svetlobo, ki jo nato zazna drugo vezje. To pomeni, da se optoizolatorji ne uporabljajo za analogno komunikacijo (npr. nivoji napetosti), temveč za digitalno komunikacijo, kjer je izhod vklopljen ali izklopljen. Optoizolatorji se lahko uporabljajo za vhode in izhode mikrokrmilnikov, kjer bi lahko bili vhodi ali izhodi potencialno nevarni za mikrokrmilnik. Zanimivo je, da se optoizolatorji lahko uporabljajo tudi za premikanje nivoja!

Gunther Kraut, Nemčija

Logična "1", logična "0" in visoka impedanca. Tri izhodna stanja ustrezajo trem stanjem motorja: "naprej", "nazaj" in "stop"

Za nadzor dveh neodvisnih bremen, kot sta releja, sta običajno potrebna dva mikrokrmilniška V/I vrata. V tem primeru imate možnost vklopiti dva releja, vklopiti enega in izklopiti drugega ali izklopiti oba. Če vam ni treba vklopiti dveh relejev hkrati, lahko preostala tri stanja krmilite z enim izhodom mikrokrmilnika. To uporablja izhodno stanje z visoko impedanco.

To vezje se lahko uporablja na primer pri krmiljenju elektromotorjev. Smer vrtenja motorja je odvisna od tega, katera od njegovih dveh faz je izbrana. Za fazno preklapljanje se lahko uporabljajo tako klasični elektromehanski kot polprevodniški MOS releji. V vsakem primeru bo odpiranje obeh relejev ustavilo motor.

Za krmiljenje elektromehanskih relejev se uporablja vezje, prikazano na sliki 1. Ko je na izhodu mikrokrmilnika logična "1", tranzistor Q 1 vklopi rele REL 1, ki omogoča vrtenje motorja v smeri naprej. Ko se izhod preklopi na "0", se tranzistor Q 3 odpre. To povzroči, da se kontakti REL 2 zaprejo in motor se začne vrteti v nasprotni smeri. Če so vrata mikrokrmilnika v stanju visoke impedance, se tranzistorji Q 1 , Q 2 in Q 3 izklopijo, saj je 1 V napetost na dnu Q 2 manjša od vsote mejnih napetosti stikov baza-emiter Q 1 in Q 2 ter padec napetosti na diodi D 1 . Oba releja se izklopita in motor se ustavi. Napetost 1 V je mogoče dobiti s pomočjo delilnika napetosti ali sledilnika oddajnika. Diodi D 2 in D 3 služita za zaščito kolektorjev Q 1 in Q 2 pred napetostnimi sunki, ki se pojavijo, ko je rele izklopljen. V vezju je mogoče uporabiti skoraj vse tranzistorje NPN in PNP z majhno močjo. Tudi izbira D 1 je nenačelna.

Vezje za pogon MOS releja je enostavnejše, saj je LED diode mogoče priključiti neposredno na izhod skoraj vsakega mikrokrmilnika (slika 2). Logična "1" vklopi rele LED S 1 in logična "0" - S 2, odpre ustrezne izhodne triake. Ko vrata preidejo v stanje visoke impedance, se obe LED diodi ugasneta, ker je napetost 1,2 V DC manjša od vsote mejnih napetosti obeh LED. Varistorji R 3 , R 5 in dušilno vezje C 1 , R 4 , C 2 , R 6 služijo za zaščito MOS releja. Parametri teh elementov so izbrani v skladu z obremenitvijo.