Vad krävs för att bli en professionell utvecklare av program för mikrokontroller och nå en kompetensnivå som gör det lätt att hitta och få ett jobb med hög lön (medellönen för en mikrokontrollerprogrammerare i Ryssland i början av 2017 är 80 000 rubel). ...

Vi fortsätter historien om att ansluta en kraftfull belastning till mikrokontrollern. Vi vet redan hur man ansluter till mikrokontrollern och. Nu är det turen att ta itu med det elektromagnetiska reläet.

Vid första anblicken är det enklast att ansluta reläet. Detta är dock en vilseledande enkelhet. För det första förbrukar de flesta reläer mycket mer ström än vad mikrokontrollern kan ge vid utgången. Och för det andra är ett elektromagnetiskt relä en induktiv belastning, som har sina egna egenskaper (mer om det senare). Det är därför nybörjare ofta inaktiverar mikrokontrollerutgångar genom att försöka ansluta reläer till dem.

Hur man kopplar ett relä till en mikrokontroller och undviker problem samtidigt - lite senare. Under tiden, för de mycket, mycket nybörjare, kommer jag att berätta mycket kort

Ett elektromagnetiskt relä är en speciell enhet som består av minst fyra huvudelement (se figur):

1. Spole
2. Kärna
3. Ankare
4. Kontaktgrupp

Spolen (beroende på typ av relä) kan utformas antingen för växelspänning eller för likspänning.

När spänning läggs på spolen skapas ett magnetfält runt den, som magnetiserar kärnan. Då attraheras ankaret till kärnan och förskjuter gruppen av kontakter. Beroende på designen öppnas, stänger eller växlar kontakterna. En kontaktgrupp kan innehålla både normalt slutna och normalt öppna kontakter. Och det kan vara två kontakter, eller tre eller fler.

När spänningen tas bort från spolen återgår kontakterna till sitt ursprungliga läge.

En normalt sluten (normalt sluten) kontakt är en kontakt som är sluten när det inte finns någon spänning på spolen. Normalt öppen (normalt öppen) respektive öppen när det inte finns någon spänning på spolen och stäng när spänning läggs på spolen. Bilden visar en normalt öppen kontakt.

På diagrammen och i beskrivningarna av reläet används vanligtvis förkortningar: NO - normalt öppet (normalt öppet), NC - normalt stängt (normalt stängt).

Huvudegenskaper hos reläet

För att kunna använda ett relä i dina enheter (inte nödvändigtvis på mikrokontroller) måste du veta om det är lämpligt för dina ändamål eller inte. För att göra detta måste du känna till reläets egenskaper. Huvuddragen:

1. Typ av spolespänning (AC eller DC). För att ansluta direkt till mikrokontrollern eller genom en transistor kan endast ett DC-relä användas (reläkontakter kan naturligtvis styra både AC och DC).
2. Spolespänning (det vill säga vilken spänning måste läggas på spolen så att ankaret magnetiseras tillförlitligt till kärnan).
3. Spolens strömförbrukning.
4. Kontakternas märkström (det vill säga strömmen genom reläkontakterna där de kommer att fungera utan skada under lång tid).
5. Reläets drifttid. Det vill säga hur lång tid det tar att magnetisera ankaret.
6. Reläsläpptid. Det vill säga hur lång tid det tar att avmagnetisera (släppa) ankaret.

De två sista parametrarna tas vanligtvis inte med i beräkningen. Men i fall där en viss hastighet krävs (till exempel driften av vissa skyddsanordningar), måste dessa värden beaktas.

Nåväl, äntligen fick vi ansluta belastningen till mikrokontrollern genom ett relä. Jag föreslår att du kommer ihåg. Om du kommer ihåg kan du ansluta belastningen till mikrokontrollerns utgång på två sätt: med ett gemensamt plus och med ett gemensamt minus.

Om vi ​​vill ansluta reläet till mikrokontrollern direkt, elimineras metoden med ett gemensamt minus troligen, eftersom mikrokontrollern med denna metod kan styra en mycket svag belastning. Och nästan alla reläer förbrukar flera tiotals eller till och med hundratals mA.

Och metoden med ett vanligt minus tillåter dig i de flesta fall inte att ansluta reläet direkt till mikrokontrollern av samma anledning (med denna metod kan mikrokontrollern vanligtvis ge 15-20 mA vid utgången, vilket inte kommer att räcka till för de flesta reläer).

Reed reläer har vanligtvis låg strömförbrukning. De kan dock bara byta små strömmar.

Men det finns ett knep här. Faktum är att ju högre spänning reläspolen har, desto lägre strömförbrukning. Därför, om din enhet har en strömkälla, till exempel 24 V eller högre, kan du enkelt välja ett relä med en acceptabel strömförbrukning.

Till exempel ett relä Upphittare Den 32:a serien förbrukar endast 8,3 mA vid en spolespänning på 24V.

I det här fallet (när du har två spänningskällor) kan du ansluta reläet så här:

Hur man ansluter ett relä till en transistor

Det är dock inte möjligt att använda en extra strömkälla i enheten i de flesta fall. Därför är reläet vanligtvis anslutet till utgången på mikrokontrollern. Hur man gör detta har jag redan berättat. Därför kommer jag inte att upprepa mig.

Säkerhetsåtgärder

Reläer används vanligtvis när en stor belastning och/eller hög spänning behöver kontrolleras.

Därför är det nödvändigt att komma ihåg säkerhetsåtgärderna. Det är önskvärt att separera lågspänningskretsen med låg ström från högspänningskretsen. Installera till exempel reläet i ett separat hölje eller i ett separat isolerat fack i höljet så att du inte råkar vidröra kontakter med hög spänning när du installerar enheten.

Dessutom finns det en fara för att skada utgången på mikrokontrollern eller en extra transistor.

Faktum är att reläspolen är en induktiv belastning med alla följder.

Och det finns två risker här:

1. I det ögonblick som spänningen appliceras på spolen är spolens induktiva reaktans noll, så det kommer att uppstå en kortvarig strömökning, som avsevärt överstiger märkströmmen. Men de flesta utgångstransistorer klarar denna ökning, så du behöver inte tänka på det, men du behöver veta och förstå det.
2. I ögonblicket för spänningsborttagning (vid ögonblicket för att bryta spolförsörjningskretsen) inträffar självinduktions-EMK, vilket kan inaktivera utgångstransistorn på mikrokontrollern och / eller en extra transistor till vilken reläspolen är ansluten. För att undvika detta är det alltid nödvändigt att ansluta en skyddsdiod parallellt med spolen (se bild). Varför detta händer ska jag inte berätta. Vem bryr sig, kom ihåg eller studera elektroteknik.

VIKTIG!
Var uppmärksam på införandet av dioden. Det ska slå på precis så, och inte tvärtom, som vissa tror.

Många nybörjare radioamatörer börjar bekanta sig med elektronik med enkla kretsar, som är fulla på Internet. Men om detta är en kontrollenhet där någon form av ställdon är ansluten till kretsen, och anslutningsmetoden inte anges i kretsen, har nybörjaren svårt. Den här artikeln skrevs för att hjälpa nybörjare radioamatörer att hantera detta problem.

DC-laster.

Det första sättet är att ansluta genom ett motstånd

Det enklaste sättet - lämplig för lågströmsbelastningar - lysdioder.

Rgas \u003d (U / I) - Rн

Där U är matningsspänningen (i volt), I är den tillåtna strömmen genom kretsen (i ampere), Rн är belastningsresistansen (i ohm)

Det andra sättet - Bipolär transistor

Om den förbrukade belastningsströmmen är större än den maximala utströmmen på din enhet, hjälper inte motståndet här. Du måste öka strömmen. För detta används vanligtvis transistorer.

I denna krets används en n-p-n-transistor, ansluten enligt OE-kretsen. Med den här metoden kan du ansluta en last med en högre matningsspänning än enhetens effekt. Motstånd R1 behövs för att begränsa strömmen som flyter genom transistorn, vanligtvis inställd på 1-10 kOhm.

Det tredje sättet är en fälteffekttransistor

För att styra belastningen, vars ström är tiotals ampere (särskilt kraftfulla elmotorer, lampor, etc.), används en fälteffekttransistor.

Motstånd R1 begränsar strömmen genom grinden. Eftersom fälteffekttransistorn styrs av små strömmar, och om utgången på din enhet som grinden är ansluten till är i ett högimpedans Z-tillstånd, kommer fältenheten att öppna och stänga oförutsägbart och fånga störningar. För att eliminera detta beteende "pressas" enhetens utgång till marken med ett 10kΩ-motstånd.
Fälteffekttransistorn har en funktion - dess långsamhet. Om den tillåtna frekvensen överskrids kommer den att bli överhettad.

Växelström.

Det första sättet är ett relä.

Det enklaste sättet att styra en AC-belastning är med ett relä. Reläet i sig är en högströmsbelastning - du måste slå på det genom en bipolär eller fälteffekttransistor.

Nackdelarna med reläet är dess långsamhet och mekaniska slitage på delar.

Nya artiklar

● Projekt 12: Styra ett relä genom en transistor

I det här experimentet kommer vi att bekanta oss med ett relä med vilket du kan styra en kraftfull belastning inte bara direkt utan också växelström med Arduino.

Nödvändiga komponenter:

Reläet är en elektriskt styrd, mekanisk omkopplare som har två separata kretsar: en styrkrets, representerad av kontakter (A1, A2), och en kontrollerad krets, kontakter 1, 2, 3 (se fig. 12.1).

Kedjorna hänger inte ihop på något sätt. En metallkärna är installerad mellan kontakterna A1 och A2, när ström flyter genom den, dras en rörlig ankare (2) till den. Kontakterna 1 och 3 är fasta. Det är värt att notera att ankaret är fjäderbelastat, och tills vi passerar ström genom kärnan kommer ankaret att pressas mot stift 3. När ström appliceras, som redan nämnts, förvandlas kärnan till en elektromagnet och dras till stiftet. 1. När den är strömlös återför fjädern ankaret till stift 3 igen.

När du ansluter ett relä till Arduino kan mikrokontrollerstiftet inte ge den kraft som behövs för att få spolen att fungera korrekt. Därför är det nödvändigt att förstärka strömmen - sätta en transistor. För förstärkning är det bekvämare att använda en n-p-n-transistor ansluten enligt OE-kretsen (se fig. 12.2). Med denna metod kan du ansluta en last med högre matningsspänning än mikrokontrollerns strömförsörjning.
Basmotståndet är ett begränsningsmotstånd. Det kan variera mycket (1-10 kOhm), i vilket fall som helst kommer transistorn att fungera i mättnadsläge. Vilken n-p-n-transistor som helst kan användas som en transistor. Vinsten är praktiskt taget irrelevant. Transistorn väljs enligt kollektorströmmen (strömmen vi behöver) och kollektor-emitterspänningen (spänningen som driver belastningen).

För att slå på reläet anslutet enligt schemat med OE, måste du applicera 1 på Arduino-stiftet, för att stänga av det - 0. Låt oss ansluta reläet till Arduino-kortet enligt diagrammet i fig. 12.3 och skriv en relästyrskiss. Var 5:e sekund kopplas reläet (på/av). Vid omkoppling av reläet hörs ett karakteristiskt klick.
Innehållet i skissen visas i Lista 12.1.

int relayPin = 10 ; // anslut till stift D10 på Arduino void setup()(pinMode(relayPin, OUTPUT); // konfigurera utgång som utgång (OUTPUT) } // funktionen exekveras cykliskt ett oändligt antal gånger void loop()(digitalWrite(relayPin, HIGH); // aktivera reläfördröjningen(5000); digitalWrite(relayPin, LOW); // stäng av reläet delay(5000); )

Anslutningsordning:

1. Vi ansluter elementen till Arduino-kortet enligt diagrammet i fig. 12.3.
2. Ladda skissen från Listing 12.1 i Arduino-kortet.
3. Var 5:e sekund är det ett reläkopplingsklick om du ansluter reläkontakterna, till exempel i gapet på en patron med en glödlampa ansluten till ett 220 V-nätverk, kommer vi att se processen att slå på / av glödlampan lampa var 5:e sekund (Fig. 12.3).

Den här artikeln diskuterar viktiga drivrutiner och korrekta kretsar som behövs för att säkert ansluta externa enheter till I/O på en MCU (Microcontroller Unit, MCU).

Introduktion

När du väl har en idé för ett projekt är det väldigt frestande att hoppa direkt till att ansluta Arduino till kretsar och enheter som lysdioder, reläer och högtalare. Men att göra detta utan rätt kretsar kan vara ödesdigert för din mikrokontroller.

Många I/O-enheter drar mycket ström (> 100 mA) som de flesta mikrokontroller inte kan leverera i felsäkert läge, och när de försöker ge denna mängd ström går de ofta sönder. Här kommer vi till hjälp av speciella system som kallas "förare" (engelska - förare). Drivrutiner är kretsar som kan ta en liten, svag signal från en mikrokontroller och sedan använda den signalen för att driva någon form av strömförbrukande enhet.

För att mikrokontroller ska fungera korrekt med externa enheter krävs ibland speciella kretsar. Dessa externa enheter inkluderar:

• Drivrutiner kretsar
• System för ingångsskydd
• Utgångsskyddskretsar
• Isoleringskretsar

Så låt oss ta en titt på några av dessa system och se hur de fungerar!

Enkel drivrutin för lysdiod (LED).

Denna enkla krets är bekväm för att driva högeffekts-LED med mikrokontroller där utgången på mikrokontrollern är ansluten till "IN".

När mikrokontrollern matar ut 0 stängs transistorn Q1 av och det gör även LED D1. När mikrokontrollern matar ut 1 slås transistorn på och så slås D1 på också. Värdet på R1 beror på utspänningen från din mikrokontroller, men värden mellan 1KΩ ~ 10KΩ fungerar ofta bra. Värdet på R2 beror på storleken på lasten du driver, och den här kretsen är lämplig för att driva enheter upp till 1A och inte mer.

Enkel relädrivrutin

Enheter som drar mer än 1A ström och kommer att slås på och stängas av med några sekunders mellanrum är bättre lämpade för reläer.

Även om reläer är ganska enkla (en liten elektromagnet som drar till sig en metallspak för att stänga kretsen), kan de inte styras direkt av en mikrokontroller.

Normala reläer kräver strömmar runt 60mA ~ 100mA, vilket är för högt för de flesta mikrokontroller, så reläerna kräver en krets som använder transistorstyrning (som visas ovan). Men istället för ett motstånd som ska användas för att begränsa strömmen krävs en omvänd skyddsdiod (D1).

När mikrokontrollern (ansluten till "IN") matar ut en 1, slås transistor Q1 på. Detta slår på reläet RL1 och som ett resultat av detta tänds lampan (R2). Om mikrokontrollern matar ut 0 stängs transistorn Q1 av, vilket stänger av reläet, och därför stängs lampan av.

Reläer är mycket vanliga i kretsar som kräver byte av växelströmskretsar och finns för att koppla om 230V och 13A (lämpliga för brödrostar, vattenkokare, datorer och dammsugare).

Knappar

När man ansluter en knapp till en mikrokontroller kan det ibland uppstå enkla problem. Det första (och mest irriterande) problemet kommer i form av studs, där knappen skickar många signaler när den trycks ner och släpps.

Knappar är vanligtvis en metallbit som kommer i kontakt med någon annan metall, men när knapparna kommer i kontakt studsar de ofta av (även om de oftast är små). Detta studs innebär att knappen ansluter och kopplas från några gånger innan den låser sig, vilket resulterar i ett resultat som kort ser slumpmässigt ut. Eftersom mikrokontroller är mycket snabba kan de fånga denna studs och utföra knapptryckningshändelser flera gånger. För att bli av med studsen kan du använda diagrammet nedan. Kretsen som visas här är en mycket trivial krets som fungerar bra och är lätt att bygga.

Ingångsskydd: spänning

Alla indataenheter är inte vänliga mot din mikrokontroller, och vissa källor kan till och med vara skadliga. Om du har ingångskällor som kommer från omgivningen (t.ex. spänningssensor, regnsensor, mänsklig kontakt) eller ingångskällor som kan mata ut spänningar som överstiger vad mikrokontrollern kan hantera (t.ex. induktorkretsar), måste du aktivera viss ingång spänningsskydd. Kretsen som visas nedan använder 5V zenerdioder för att begränsa ingångsspänningarna så att inspänningen inte kan gå över 5V och under 0V. 100R-motståndet används för att förhindra för mycket ström när Zenerdioden tar upp inspänningen.

I/O-skydd: ström

Mikrokontrollers in- och utgångar kan ibland skyddas från för mycket ström. Om en enhet som en lysdiod drar mindre ström än den maximala utströmmen från mikrokontrollern, kan lysdioden anslutas direkt till mikrokontrollern. Ett seriemotstånd kommer dock fortfarande att behövas, som visas nedan, och vanliga serieresistorvärden för lysdioder inkluderar 470 ohm, 1 k ohm och till och med 2,2 k ohm. Motståndsserier är också användbara för ingångsstift i sällsynta fall där mikrokontrollerstiften är dåliga eller ingångsenheten upplever en utströmstöt.

Nivågivare

Tidigare skulle de flesta av signalerna i en krets fungera på samma spänning, och denna spänning var typiskt 5 V. Men med den ökande tekniska kapaciteten hos modern elektronik, minskar spänningen på nya enheter. På grund av detta inkluderar många kretsar blandade signaler där äldre delar kan arbeta på 5V medan nyare delar fungerar på 3,3V.

Även om många skinkor skulle föredra att använda en enstaka spänningsnivå, är sanningen att äldre 5 voltsdelar kanske inte fungerar vid 3,3 volt medan nyare 3,3 voltsenheter inte kan fungera på den högre spänningen 5 Q. Om en 5V-enhet och en 3,3V-enhet vill för att kommunicera, då krävs nivåförskjutning, vilket omvandlar en spänningssignal till en annan. Vissa 3,3V-enheter har 5V "tolerans", vilket innebär att en 5V-signal kan anslutas direkt till en 3,3V-signal, men de flesta 5V-enheter kan inte bära 3,3V. För att täcka båda alternativen, nedan visar schemat omvandling från 5V till 3,3V och vice versa.

Isolering: Optoisolator

Ibland kan kretsen som mikrokontrollern behöver kommunicera med ge för många problem, såsom elektrostatisk urladdning (ESD), stora spänningsfluktuationer och oförutsägbarhet. I sådana situationer kan vi använda en enhet som kallas en opto-isolator, som gör att två kretsar kan kommunicera utan att vara fysiskt anslutna till varandra med ledningar.

Optoisolatorer kommunicerar med hjälp av ljus, där en krets avger ljus som sedan detekteras av en annan krets. Detta innebär att optoisolatorer inte används för analog kommunikation (t.ex. spänningsnivåer), utan istället för digital kommunikation, där utgången är på eller av. Optoisolatorer kan användas för både ingångar och utgångar till mikrokontroller där ingångarna eller utgångarna kan vara potentiellt farliga för mikrokontrollern. Intressant nog kan optoisolatorer också användas för nivåförskjutning!

Gunther Kraut, Tyskland

Logisk "1", logisk "0" och hög impedans. Tre utgångslägen motsvarar tre motortillstånd: "framåt", "bakåt" och "stopp"

För att styra två oberoende laster, såsom reläer, krävs vanligtvis två mikrokontroller I/O-portar. I det här fallet har du möjlighet att slå på två reläer, slå på det ena och stänga av det andra, eller stänga av båda. Om du inte behöver slå på två reläer samtidigt kan du styra de återstående tre tillstånden med en utgång på mikrokontrollern. Detta använder högimpedansutgångstillståndet.

Denna krets kan användas till exempel vid styrning av elmotorer. Motorns rotationsriktning beror på vilken av dess två faser som väljs. För fasväxling kan både klassiska elektromekaniska och solid-state MOS-reläer användas. Oavsett vilket kommer motorn att stoppas genom att öppna båda reläerna.

För att styra elektromekaniska reläer används kretsen som visas i figur 1. När den logiska "1" vid utgången av mikrokontrollern slår transistorn Q 1 på reläet REL 1, vilket gör att motorn kan rotera i framåtriktningen. När utgången växlar till "0" öppnas transistor Q 3. Detta gör att REL 2-kontakterna sluts och motorn börjar rotera i motsatt riktning. Om mikrokontrollerporten är i ett högimpedanstillstånd stängs transistorerna Q 1 , Q 2 och Q 3 av, eftersom 1 V-spänningen vid basen av Q 2 är mindre än summan av tröskelspänningarna för bas-emitterövergångarna av Qi och Q2 och spänningsfallet över dioden Di. Båda reläerna stängs av och motorn stannar. En spänning på 1 V kan erhållas med en spänningsdelare eller emitterföljare. Dioderna D 2 och D 3 tjänar till att skydda kollektorerna Q 1 och Q 2 från spänningsstötar som uppstår när reläet stängs av. Nästan alla lågeffekts NPN- och PNP-transistorer kan användas i kretsen. Valet av D 1 är också principlöst.

Kretsen för att driva ett MOS-relä är enklare, eftersom lysdioder kan anslutas direkt till utgången på nästan vilken mikrokontroller som helst (Figur 2). Logisk "1" slår på reläets LED S 1, och logisk "0" - S 2, öppnar motsvarande utgående triacs. När porten går in i högimpedanstillståndet släcks båda lysdioderna eftersom 1,2V DC-spänningen är mindre än summan av tröskelspänningarna för de två lysdioderna. Varistorerna R3, R5 och snubberkretsen C1, R4, C2, R6 tjänar till att skydda MOS-reläet. Parametrarna för dessa element väljs i enlighet med belastningen.