Практическое занятие 1. Управление реле

Силовые устройства

Напрямую к цифровым контактам Arduino можно подключать только устройства, потребляющие небольшую мощность, например, светодиод или спикер. Для доказательства можно рассмотреть возможность подключения электромотора:

сопротивление мотора 10 Ом. При напряжении +5 В (выдаваемым пином Arduino) в соответствии с законом Ома U = I · R через мотор потечет ток

I = U / R = 5 / 10 = 0,5 А = 500 мА,

что намного больше, чем допустимый ток через цифровой контакт Arduino, равный 40 мА. Поэтому при подключении мотора к контакту Arduino в лучшем случае ничего не будет работать, в худшем – контроллер выйдет из строя.

Чтобы этого не случилось, для управления контроллером мощными приборами используются специальные устройства, называемые драйверами. В занятии рассматривается использование в качестве драйвера реле и транзисторного ключа. На следующем занятии будет рассмотрен драйвер двигателя на микросхеме L298N

Подключение мощной нагрузки через реле

Простым вариантом управления нагрузкой является реле – переключатель, управляемый магнитным полем катушки, ток через которую управляется контроллером. Недостатком реле является невозможность управления уровнем напряжения – только включение и выключение

Практическое занятие 1. Управление реле

В используемом модуле реле имеется три силовых контакта в виде клеммников. При отсутствии управляющего напряжения на контакте In (состояние LOW на пине) средний контакт и один из крайних замкнут, а средний и другой крайний – разомкнут. При наличии +5 В на пине In модуль реле со щелчком переключается – теперь первая пара контактов разомкнута, а вторая – замкнута

1. Подключите модуль реле к контроллеру в соответствии со схемой: Gnd к Gnd, Vcc к 5V, In – к цифровому пину 13

2. Загрузите в Arduino программу Файл / Примеры / Basic / Blink и убедитесь, что зажигается/потухает светодиод L на контроллере, щелкает реле и вращается/останавливается мотор. Попробуйте изменить периоды delay и загрузить получившуюся программу

Примечание 1: обычно подобные модули реле используются для подключения нагрузки к сети ~220 В (максимально допустимые напряжения и ток написаны на корпусе реле), при этом контакты от розетки ~220 В подключаются вместо +5 В над мотором и Gnd под ним

Примечание 2: только маленькие моторы можно питать от +5 В Arduino, для более мощных необходимо использовать другой источник питания

Подключение мощной нагрузки через транзисторный ключ

В некоторых случаях использовать реле не имеет смысла, например, когда требуется управлять не сетью ~220 В, а коммутацией напряжения +5 В или +12 В, дешевле использовать транзисторный ключ. Кроме того, при использовании ШИМ (коротких импульсов с целью создать определенное напряжение, команда analogWrite) реле не будет успевать переключаться, в данном случае можно использовать только транзисторный ключ.

Используем транзисторы КТ815 или КТ817. Они имеют одинаковый корпус и близки по характеристикам, то есть взаимозаменяемы. Могут работать со сравнительно большой мощностью – небольшими электромоторами, динамиками, лампочками и т.д. Корпус и расположение выводов транзистора показано на рисунке.

Если повернуть транзистор ножками вниз надписью (типа КТ815 или 7BF7) к себе, то выводы расположены слева направо: эмиттер, коллектор, база

Примечание: в надписи наподобие 7BF7 первая цифра говорит о типе транзистора – КТ817 если 7, и КТ815, если 5 (если 4 или 6 – КТ814 и КТ816)