Подключение через реле ардуино. Реле модуль для Arduino своими руками (DIY)

Рано или поздно каждый задумывается о реализации автоматизированного включения и выключения различных бытовых приборов окружающих нас в повседневной жизни. Такие нагрузки, да ещё и с переменным током (АС) мы ни как не можем подключать напрямую к плате Ардуино. Поэтому для решения такой задачи существует такое устройство, как электромагнитное реле. В данной статье мы будем рассматривать уже готовый с обвязкой модуль, на котором установлено реле, готовое к простому подключению к микроконтроллеру.

Имеет на своей плате всего три пина для подключения. VCC - питание, GND - земля и IN - вывод для приема управляющего сигнала. Если на вашем модуле название выводов называются немного по-другому, думаю, догадаться что и где будет не трудно. Так же мы видим на плате два светодиода. Красный светодиод загорается, когда мы подключаем питание к модулю реле. Зеленый светодиод показывает режим срабатывания реле. Если зеленый светодиод загорелся, значит, реле замкнулось и наоборот, если потух зеленый, значит, реле разомкнулось. С другой стороны модуля мы видим клемы для подключения нагрузки.

Давай возьмем плату Ардуино. В данном случае я возьму плату Arduino Nano . Вы можете брать любую другую. И подключим обычную лампу накаливания, которая питается от сети 220V.

Как мы видим, подключение модуля реле к плате Arduino довольно простое. Вывод VCC модуля реле соединяем с пином 5V платы Arduino, а вывод GND модуля реле соединяем с выводом GND платы Ардуино. Тем самым модуль реле мы обеспечили питанием. Пин управления IN подсоединяем к выводу D2 платы Ардуино. Нагрузка, идущая от сети 220V в виде нашей лампы, подключается к модулю реле в разрыв своей цепи одного из проводов. Просто разрезаем один из проводов и один конец заводим в общий контакт COM , который всегда находится на среднем выводе. А второй конец соединяем с нормально разомкнутым контактом NO , который обычно находится сверху, если смотреть на модуль "правильно", как на картинке сверху (чтобы все цифры и надписи на самом реле были не верх ногами).

Часто клемы могут быть не подписаны, либо подписаны как на рисунке выше в виде китайских иероглифов. Это не должно вас смущать. Просто переверните модуль реле и посмотрите на него с обратной стороны.

Мы видим, что у нас есть общий контакт, нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты. Рисунок схемы на плате, помогает понять какой контакт замкнутый, а какой разомкнутый. К замкнутому контакту на схеме наклонена линия, то есть, притянут общий контакт. Когда мы будем подавать слабое напряжение на модуль реле , общий контакт будет замыкаться с разомкнутым контактом. Поэтому подсоединяйте именно к NO - нормально разомкнутому контакту.

Управлять модулем реле довольно просто, то же самое, что и зажигать обычный светодиод.

const int rele = 2; // Пин Arduino к которому подключен вывод IN реле void setup () { pinMode(rele, OUTPUT); // устанавливаем цифровой пин 2 в режим выхода } void loop () { digitalWrite(rele, HIGH); //включаем реле delay(3000); //пауза 3 секунды digitalWrite(rele, LOW); //выключаем реле delay(3000); //пауза 3 секунды }

Свет включается и выключается с паузой в 3 секунды. Всё это довольно скучно и хочется подключить какой-нибудь датчик для более интересного взаимодействия с электронным реле.

Свет по хлопку

Давайте сделаем так, чтобы наша лампа включалась и выключалась по хлопкам в ладоши. Для этого мы добавим в нашу схему датчик звука KY-037 .

Цифровой вывод D0 датчика звука KY-037 соединяем с цифровым выводом D5 платы Ардуино. Вывод + датчика звука соединяем с выводом 5V платы Arduino Nano. Вывод G датчика звука подводим к выводу GND (земле) платы Ардуино. То есть питаем датчик звука с тех же выводов Ардуино, с которых питаем и модуль реле. В идеале конечно различные датчики и устройства надо питать отдельно от мозгов, но ардуинка вполне без сбоев тянет реле с датчиком звука. Поэтому обойдемся минимумом проводов в ходе этой статьи.

Работу с данным датчиком звука мы уже рассматривали подробно в статье Подключение и настройка датчика звука KY-037 . Так что для большего понимания всего происходящего прочитайте обязательно эту статью. Там рассматриваются примеры кода для срабатывания датчика на включение и выключение света по одному хлопку. А так же рассматривается пример кода на включение света по двум хлопкам и выключению по одному хлопку. Здесь я выложу специально код на включение света по двум хлопкам и выключению света тоже по двум хлопкам, от части, для тех, кто не смог или не захотел немного изменить имеющийся код из предыдущей статьи.

Работа минимум в два обычных хлопка более надежна, так как случаи непредсказуемых срабатываний от побочных шумов при таком подходе практически приближаются к нулю. Каждая строчка кода прокомментирована, читайте внимательно, должно стать все ясно.

const int sensorD0 = 5; // Пин Arduino к которому подключен выход D0 датчика const int rele = 2; // Пин Arduino к которому подключено реле int releState = LOW; // Статус реле "выключен" long soundTime=0; // время первого хлопка void setup () { pinMode(rele, OUTPUT); // устанавливаем цифровой пин 2 в режим выхода } void loop () { int sensorValue = digitalRead(sensorD0); // получаем сигнал с датчика if (sensorValue == 1 && releState == LOW) //если порог громкости достигнут и реле было ВЫКЛЮЧЕНО { long diodTime=millis(); // записываем текущее время //если текущее время хлопка больше времени последнего хлопка на 100 миллисекунд //и хлопок произошел не позже чем через 1000 миллисекунд после предыдущего //считаем такой хлопок вторым УСПЕШНЫМ if((millis()>soundTime) && ((diodTime-soundTime)>100) && ((diodTime-soundTime)<1000)) { digitalWrite(rele, HIGH); // включаем реле releState = HIGH; // устанавливаем статус реле "включен" delay(100); // небольшая задержка для фильтрации помех } soundTime=millis(); //записываем время последнего хлопка } else // иначе { if (sensorValue == 1 && releState == HIGH) // если порог громкости достигнут и реле было ВКЛЮЧЕНО { long diodTime=millis(); // записываем текущее время if((millis()>soundTime) && ((diodTime-soundTime)>100) && ((diodTime-soundTime)<1000)) { digitalWrite(rele, LOW); // выключаем реле releState = LOW; // устанавливаем статус реле "выключен" delay(100); // небольшая задержка для фильтрации помех } soundTime=millis(); //записываем время последнего хлопка } } }

Всё! Хлопаем в ладоши два раза, свет включается. Хлопаем еще два раза и свет выключается. Не забываем подстроить чувствительность датчика звука. Всё про настройку есть в статье Подключение и настройка датчика звука KY-037 .

Обратите внимание, что манипулируя со строчкой if((millis()>soundTime) && ((diodTime-soundTime)>100) && ((diodTime-soundTime)<1000)) , а именно цифрами 100 и 1000 , можно добиваться срабатывание датчика на разную скорость хлопков. Например, данный пример позволяет срабатывать датчику звука на быстрые хлопки с паузой между каждым в 100 миллисекунд. Вторая цифра 1000, говорит о том, что второй хлопок не должен прийти позже, чем через 1000 миллисекунд (1 секунду). Если мы изменим, например цифру 100 на 500, то датчик будет реагировать на хлопки только с достаточной паузой между каждым. И такое решение для света по хлопку может лучше подходить в местах, где часто хлопают дверью или есть другие побочные резкие звуки, которые могут заставлять случайно срабатывать датчик звука.

С помощью Ардуино. Но как быть, если мы задумаем управлять устройствами, подключенными к бытовой сети? Напомню, что даже небольшая настольная лампа питается от источника переменного тока с напряжением 220 Вольт. Обычный полевой транзистор, который мы использовали в схеме с двигателем уже не подойдет.

Чтобы управлять мощной нагрузкой да еще и с переменным током воспользуемся реле. Это такое электромеханическое устройство, которое механическим способом замыкает цепь нагрузки с помощью электромагнита. Посмотрим на внутренности:

Принцип действия реле следующий. Подаем напряжение на электромагнитную катушку. В катушке возникает поле, которое притягивает металлическую лапку. В свою очередь, лапка механически замыкает контакты нагрузки.

У реле есть два основных применения. Во-первых, мы можем подав всего 5 Вольт на катушку, замкнуть цепь очень мощной нагрузки. Например, реле, используемое в уроках для Ардуино, может включить холодильник или стиральную машину. Во-вторых, некоторые виды реле могут одновременно замкнуть и разомкнуть сразу несколько разных цепей с разным напряжением.

На этом уроке мы будем работать не с отдельным реле, а с целым релейным модулем. Помимо самого реле, модуль содержит еще и оптоэлектронную развязку с транзистором, которые защищают выводы Ардуино от скачков напряжения на катушке.

У одинарного модуля реле есть всего три контакта. Подключим их по следующей схеме.

Кстати, вход реле является инвертированным. Это означает, что высокий уровень на контакте In выключит катушку реле, а низкий уровень — включит.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

2. Программа для Ардуино

Напишем простую программу, которая будет включать лампу на 3 секунды, а затем гасить на 1 секунду.

Const int relPin = 3; void setup() { pinMode(relPin, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(relPin, HIGH); delay(1000); digitalWrite(relPin, LOW); delay(3000); }

Загружаем программу на Ардуино. Теперь подключаем питание к лампе и к реле. Наконец, подаем питание на контроллер.

3. Автоматический светильник или уличный фонарь

С помощью контроллера, реле и датчика света можно сделать несложный автоматический светильник. Контроллер будет зажигать лампу в момент, когда уровень света на датчике станет меньше заданного значения.

В качестве датчика используем готовый модуль на основе . Подключим все три устройства по следующей схеме.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

4. Программа автоматического светильника

Аналоговый вывод датчика дает значения в диапазоне от 0 до 1023. Причем, 0 — для максимального уровня света и 1023 для полной темноты.

Сначала нам нужно определиться при каком уровне света включать лампу, а при каком выключать. В нашей лаборатории при свете дня датчик показывает значение L = 120, а ночью около L = 700. Будем включать реле при L > 600, и выключать при L < 200. Вспомним как и напишем программу.

Const int photoPin = A5; const int relPin = 3; void setup() { pinMode(photoPin, INPUT); pinMode(relPin, OUTPUT); } void loop() { if(analogRead(photoPin) < 200) digitalWrite(relPin, HIGH); if(analogRead(photoPin) > 600) digitalWrite(relPin, LOW); }

Загружаем программу на Ардуино и проводим эксперимент. Лучше всего это делать ночью.

Задания

1. Музыка реле. Как известно, электромеханическое реле издает щелчок при срабатывании. Попробуйте воспользоваться этим для проигрывания какой-нибудь несложной мелодии.

2. Управление двигателем. Имея два трехконтактных реле, таких же как в этом уроке, можно собрать схему для изменения направления вращения двигателя.

Цифровые пины на Arduino могут принимать значения high или low. Именно это свойство используется для управления большинством внешних двигателей, датчиков и т.п.

Но иногда возникают ограничения, связанные с тем, что устройсва требуют большие токи, чем может предоставить Arduino. Судя по спеку, платы Arduino предоставляют нам в распоряжение всего лишь 20 мА.

Если вы слишком часто будете работать с токами, которые превышают эти рекомендации, у вас не толь будет ненадежная электрическая цепь, но можно повредить и ваш контроллер Arduino.

Вместо этого вам надо подключать необходимую силу тока. Один из вариантов - использовать реле. Кроме этого, порой вам понадобятся и транзисторы, например, TIP122, который рассмотрен в этой статье.

Необходимые узлы

Основное преимущество данного подхода: его дешевизна.

Транзистор TIP122 можно найти в любом магазине радиотехнических деталей или заказать на Aliexpress, eBay.

Автоматические реле можно купить там же.

Описание транзистора TIP122 и его распиновка

TIP122 - это биполярный транзистор. То есть для базы надо обеспечить большее позитивное напряжение, чем на эмиттере, что позволит току поступать от эмиттера к коллектору. Расположение базы, эмиттера и коллектора TIP122 показаны на рисунке ниже.

Главное, что надо помнить об этом транзисторе - то, что он позволяет протекать току в 5 А от эмиттера через коллектор и 120 мА от эмиттера через базу.

Также очень круто то, что вы можете получить разницу в 100 В между коллектором и эмиттером и 100 вольт между коллектором и базой.

Не чересчур ли это? Для большинства проектов на Arduino - действительно чересчур. Но при этом они дешевые и когда появляется новая идея, не приходится заморачиваться и подбирать нужный транзистор, так как этот наверняка подойдет. Когда проект или конструкция апробирована, можно оптимизировать уже после тестового образца.

Автоматическое реле Bosch Cube. Распиновка и описание

Эти реле могут обеспечивать различные напряжения и силу тока. То реле, о котором пойдет речь дальше обеспечивает напряжение 12 В и силу тока 20/30 А. То есть, при замкнутых контактах сила тока составляет 20А, при разомкнутых - 30 А.

Кроме того, на моем реле сопротивление катушки примерно равно 95 Ом.

Сила тока, которая нужна для катушки гораздо больше чем та, которую может предоставить Arduino, но ее становится вполне достаточно после использования транзистора TIP122, который выдает 5 А.

Схема и описание подключения Arduino, TIP122 и реле

На электросхеме, которая приведена ниже, выход high D0 подключен к базе TIP122 и благодаря этому ток может проходить к пину 86 на реле. Благодаря этому подается питание на реле и в нем замыкаются контакты 30 и 87. После этого вы можете запитывать любое ваше внешнее устройство.

Пояснения к использованию и программа для Arduino, TIP122 и автоматического реле

В этом примере мы соберем небольшую схему, в которой Arduino используется для управления автоматическим реле. После загрузки скетча на микроконтроллер, реле включится на две секунды и отключится на две секунды. Это будет продолжаться, пока вы не отключите питание от вашей платы Arduino.

Схема подключения соответствует той, которую мы рассмотрели выше. Ниже представлен ее более наглядный вариант.

Скопируйте, вставьте скетч в Arduino IDE и загрузите его на Arduino.

Перед загрузкой программы отключите внешний источник питания.

// Тест: TIP122 и Arduino

int nRelayDrive = 0; // пин 0 у нас для управления реле

pinMode(nRelayDrive, OUTPUT); // объявляем реле в качестве выхода

digitalWrite(nRelayDrive, LOW); // включаем реле

digitalWrite(nRelayDrive, HIGH); // отключаем реле

Проверка

Отключите ваш USB кабель от персонального компьютера и подключите внешний источник питания к Arduino и реле. Дайте вашему миикроконтроллеру время для перезагрузки. Если все было сделано правильно, вы должны услышать характерный клик реле, которое будет замыкать и размыкать контакт через каждые две секунды.

P.S. В данном проекте в качестве источника питания использовался аккумулятор от машины на 12 Вольт, но можно использовать и другой.

Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!

Проведена ревизия статьи, доступны Eagle файлы для скачивания, добавлены 3 варианта реле модулей.

В вашем проекте требуется включать/выключать освещение, либо что-нибудь иное, что, в силу потребляемого напряжения и тока, нельзя подключить напрямую к портам Arduino? С данной задачей отлично справится реле модуль!

Немного теории

Электромагнитное реле - устройство, замыкающее и размыкающее механические электрические контакты (зеленые точки) при подаче на обмотку реле (выводы обмотки отмечены красными точками) электрического тока.

Реле бывают различными по величине коммутируемого тока и напряжения, по количеству пар коммутационных контактов, по питающему напряжению катушки реле. Для наглядного примера остановимся на синих, знакомых глазу Ардуинщика, реле марки SONGLE SRD-05VDC. Они позволяют коммутировать до 10А 30V DC и 10A 250V AC, при подаче на обмотку реле всего 5 Вольт.

Реле модуль с транзистором в ключевом режиме

В архиве "Реле модуль DIP "

Казалось бы, раз реле включается от пяти вольт, то можно просто напросто подключить реле к цифровому выводу как светодиод. Но не всё так просто. Дело в том, что реле потребляет около 70мА, в то время как порт контроллера способен выдать лишь 20мА. Справиться с этой проблемой нам поможет биполярный транзистор + небольшая обвязка. Транзистор представляет из себя радиодеталь с тремя ногами: база, коллектор и эмиттер. В данном случае будем использовать NPN типа. Когда на базе транзистора нет сигнала - он закрыт, при появлении напряжения транзистор открывается и ток беспрепятственно течет через переход коллектор-эмиттер. С транзистором определились, переходим к обвязке.

Для корректной работы потребуются два резистора R1 и R2. R1 является токоограничительным и устанавливается для защиты порта контроллера. Во избежание ложных срабатываний, базу транзистора следует притянуть к земле резистором R2. Катушка реле является по сути своей индуктивностью, при резком обрыве тока на ней происходит скачок напряжения, который в последствии может вывести транзистор из строя. За сим следует замкнуть катушку на саму себя установив для этого диод D1 встречно напряжению.

Реле модуль с опторазвязкой

В архиве "Реле модуль DIP (оптрон) " и "Реле модуль SMD (оптрон) "

Более навороченным вариантом является реле модуль и опторазвязкой. Опторазвязка позволяет разделить цепь питания обмотки реле и сигнальную цепь Arduino.

В модулях используются широко распространенные оптроны PC817 (EL817), так что проблем с покупкой возникнуть не должно. Оптрон представляет из себя радиодеталь внутри которой находится фотодиод и фототранзистор, т.е сигнал передается через свет, Оптрон имеет 4 вывода назначение которых можно увидеть на картинке снизу.

При использовании оптрона схема не сильно усложнится. Добавится только токоограничительный резистор R1 для фотодиода. Т.к не всегда под рукой оказывается два источника питания, то на модулях было решено оставить возможность работы от одного источника путем замыкания джампера (об этом чуть ниже).

Подключение реле модуля с опторазвязкой

1. Питание от различных источников

Питание обмотки реле подключается к контактам "RV" и "RG", а управляющее к выводам "S" и "G".

2. Питание от одного источника

Замкнув джампер, мы объединили земли. Теперь модуль можно питать от одного источника.

В архиве лежат шаблоны под ЛУТ, Eagle файлы и списки деталей.

Открываем изображение => Печать => Во всю страницу

Для облегчения распайки smd компонентов с обратной стороны платы, где нет маркировки, приведу картинку.

Всем привет! Всё, что мы изучали до недавнего времени, были «учебными задачами». Пришло время поставить более серьёзную.

Микроконтроллер (далее – МК) может успешно управлять различными нагрузками (потребителями электроэнергии). Однако выполнять данные операции напрямую он не может. Поскольку напряжение, что протекает в сети на порядки отличается от напряжения, что в состоянии «выдать» МК.

В статье постарается разобраться со следующими пунктами:

• подключение реле к МК (в нашем случае плата Arduino);
• управление релейным модулем;
• управление реальным потребителем электроэнергии;

Примечание: при работе с напряжением 220 В соблюдайте осторожность. Изолируйте все выполненные соединения. Перед включением в электросеть прозвоните мультиметром собранные стенд на предмет отсутствие короткого замыкания.

Перед тем, как переходит непосредственно к работе с релейным модулем, рассмотрим из чего состоит реле и как оно работает.

Управление модулем, на котором установлено реле осуществляется при помощи постоянного напряжения 5В. Модуль способен коммутировать 300 Вт (30В, 10А постоянки) и 2500 Вт (250В, 10А переменки).

Само реле состоит из двух цепей, что не связаны друг с другом. Первая цепь (управляющая) выводы А1, А2. Вторая цепь (управляемая) выводы 1, 2, 3.

Конструкция управляющей цепи следующая: между выводами А1 и А2 находится металлический сердечник, к которому в момент протекания по нему тока притягивается подвижный якорь 2. Выводы 1 и 3 неподвижны. Якорь фиксируется пружинной. В момент, когда ток не течёт по сердечнику, якорь прижат к контакту 3. Когда цепь замыкается и начинает протекать ток, якорь притягивается к контакту 1 и в этом момент звучит характерный «щелчок». После разрыва цепи пружина возвращает якорь на исходную позицию.

В качестве рабочего образца у меня имеется одноканальный релейный модуль.

Контакты в реле делятся на два типа:

• нормально закрытый (НЗ) (пара 1-2);
• нормально открытый (НО) (пара 2-3).

По условию НЗ разомкнут (не звонится мультиметром накоротко), а НО замкнут (звонится мультиметром накоротко). Подключаем разрыв фазы на нормально закрытую пару контактов.

Индикация:

• Красный светодиод извещает пользователя о том, что на модуль подано питание;
• Зеленый светодиод извещает пользователя о том, что реле замкнуто.

Принцип работы модуля.

В момент, когда мы включаем МК, его выводы находятся в высокоимпедансном состоянии (очень большое сопротивление), соответственно транзистор закрыт. Для открытия транзистора необходимо подать низкий уровень сигнала, иными словами 0 (касается транзистора p-n-p типа). После этого транзистор открывается и через первую (управляющую) цепь начинает протекать ток, в этот момент мы слышим характерный «щелчок». Чтобы выключить реле, нужно подать высокий уровень сигнала на транзистор.

Распиновка выводов модуля:

• VCC — «+» питание;
• GND — «-» земля;
• IN — входной сигнал, что «рулит» релюшкой.

Подключаем релюшку к Arduino :

• VCC «кидаем» на вывод 5В платы arduino.
• GND «кидаем» на один из выводов GND платы arduino.
• IN «кидаем» на 13 вывод платы arduino.

Для того, чтобы подключить потребитель электроэнергии (в моём случаем лампочку накаливания) реле ставим в разрыв одной из жил провода (ставить следует на фазу).

Испытательный стенд состоит из трёх частей:

• Линия питания;