Реле модуль для Arduino своими руками (DIY). Arduino. Реле Shield. своими руками

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;

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.

Подключение модуля реле к Ардуино потребуется, если вы решите управлять с помощью микроконтроллера мощной нагрузкой или переменным током. Модуль реле SRD-05VDC-SL-C позволяет управлять электрическими цепями с переменным током до 250 Вольт и нагрузкой до 10 Ампер. Рассмотрим схему подключения реле, как управлять модулем для включения светодиодной ленты и лампы накаливания.

Реле SRD-05VDC-SL-C описание и схема

Реле – это электромеханическое устройство, которое служит для замыкания и размыкания электрической цепи с помощью электромагнита. Принцип работы силового реле srd-05vdc очень прост. При подаче управляющего напряжения на электромагнитную катушку, в ней возникает электромагнитное поле, которое притягивает металлическую лапку и контакты мощной нагрузки замыкаются.

Если контакты реле замыкаются при подаче управляющего напряжения, то такое реле называют замыкающим. Если при подаче управляющего напряжения контакты реле размыкаются, а в нормальном состоянии контакты сомкнуты, то реле называется размыкающим. Также реле бывают постоянного и переменного тока, одноканальными, многоканальными и переключающими. Принцип действия у всех одинаковый.

Согласно характеристикам реле SRD-05VDC-SL-C, для переключения контактов достаточно около 5 Вольт 20 мА, выводы на Ардуино способны выдавать до 40 мА. Таким образом с помощью Ардуино мы можем управлять не только лампой накаливания, но и любым бытовым прибором — обогревателем, холодильником и т.д. Полевые транзисторы на Ардуино могут управлять токами только до 100 Вольт.

Схема подключения реле к Arduino UNO

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

• плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• блок питания 12 Вольт;
• светодиодная лента;
• провода «папа-папа» и «папа-мама».

Соберите схему, как показано на картинке выше. Подобная схема использовалась в проекте Светильник с управлением от пульта , где светодиодная лента включалась при помощи реле. Модуль имеет три контакта для управления от микроконтроллера Ардуино и два контакта для подключения мощной электрической цепи. Схема подключения реле к Ардуино УНО, Нано или Ардуино Мега ничем не отличается:

GND — GND
VCC — 5V
In — любой цифровой порт

После сборки электрической схемы, загрузите следующий скетч в микроконтроллер. Данная программа ничем не отличается от скетча для мигания светодиода на Ардуино, мы только поменяли в скетче порт и задали большее время задержки.

Скетч для управления реле от Ардуино

void setup () { pinMode (3, OUTPUT ); // объявляем пин 3 как выход } void loop () { digitalWrite (3, HIGH ); // замыкаем реле delay (3000); // ждем 3 секунды digitalWrite (3, LOW ); // размыкаем реле delay (1000); // ждем 1 секунду }

После загрузки скетча включите блок питания в цепь. Реле при этом должно устанавливаться в разрыве одного из проводов, идущего к LED ленте. Для безопасности лучше устанавливать реле в провод заземления. К минусам реле следует отнести щелчки при замыкании/размыкании контакта, поэтому для включения LED ленты и других приборов до 40 Вольт удобнее использовать транзисторы.

Видео. Управление LED лентой через реле

Реле может использоваться для создания автоматического светильника, где используется лампа накаливания 200 Вольт, а контроллер включает лампу, когда уровень освещенности в помещении станет меньше заданной величины. Также можно сделать автоматическое управление электрообогревателем в комнате.

Также часто читают:

Сегодня я расскажу, как собрать свой собственный релейный модуль, которое можно использовать где угодно: с Arduino, Распбери Пи и т.д. Цена такого реле будет очень низкой.

Причиной создания релейного модуля ардуино был мой проект, который мне нужно было завершить в короткие сроки. Как назло, в гараже не оказалось ни одного модуля. Я пошел в местный магазин, но там не оказалось ни одного модуля реле на 5 или 6 Вольт. Зато у них были сами реле, я купил несколько и на их основе сделал свой собственный модуль.

Модули дешевы и просты в в сборке, собирая их вручную вы сможете сэкономить немного денег. В то же время этот модуль может использоваться как обычный покупной модуль. Мой модуль — одноканальный, но вы можете сделать свою сборку на той же печатной плате — для создания дополнительных каналов сделайте копии той же самой схемы на одной печатной плате.

Шаг 1: Собираем нужные компоненты

Для изготовления реле arduino нужно собрать определённые компоненты по списку. Много из того, что пригодится, может просто лежать у вас в гараже.

Электроника:

1. Реле на 5V (я использовал реле на 6V, потому что мне нужно было реле на 6V).
2. Транзистор BC548.
3. Резистор 100 Ом.
4. Диод IN4001.
5. Винтовые клеммы (3 полюса, 2 шт.)
6. Светодиод (красный или зелёный)
7. Покрытая медью плата 5 * 3 см (опционально, если используете печатную плату общего назначения)
8. Печатная плата общего назначения (опционально, если используете медную плату).
9. Макетная плата и джамперы.

1. Fritzing

Приспособления:

1. Паяльник
2. Провода
3. Паяльная паста (опционально, но рекомендую её использовать)
4. Соединительный провод

Шаг 2: Тестирование макетной платы

Теперь, когда мы собрали всё необходимое, нам нужно протестировать электросхему модуля реле на макетной плате. Не пропускайте этот шаг, он необходим во избежание ошибок при пайке на печатной плате и проверки, что всё работает хорошо.

Посмотрите на схему и раскладку печатной платы. Затем соберите всё по схеме на макетной плате. Дважды проверьте, что всё собрано правильно. Я приложил распиновку для резистора BC548 — будьте аккуратны при его подсоединении.

Теперь нам нужно проверить работу собранного устройства:

1. Скачайте файл relay.ino, затем откройте его в вашем Ардуино.
2. Соедините пины VCC и GND на модуле реле с соответствующими пинами 5V и GND на Ардуино.
3. Соедините входной пин реле (он выходит из основания транзистора) с цифровым пином 12 на Ардуино.
4. Загрузите код.
5. Проверьте, что реле включается и выключается с интервалом в одну секунду (светодиод на реле будет также загораться и потухать с интервалом в одну секунду)

Если схема не работает, немедленно выключите Ардуино. Затем проверьте всю схему на правильность соединения, если что-то соединено неправильно — исправьте и затем заново включите Ардуино.

Если всё работает как надо, то переходим к сборке схемы на печатной плате общего назначения или специальной печатной плате.

Файлы

Шаг 3: Самодельный модуль реле на печатной плате общего назначения (опционально)

Пришло время собрать схему на печатной плате общего назначения или специальной печатной плате. Этот шаг опционален, пропустите его, если вы решите изготовить для проекта специальную плату. На самом деле я рекомендую изготовить для проекта специальную плату, так как она будет более профессиональной и совершенной.

Здесь я объясню, как сделать модуль на плате общего назначения.

1. Изготовьте печатную плату общего назначения и хорошо очистите её.
2. После чистки натрите её флюсом (опционально).
3. Установите компоненты на плате и припаяйте их.
4. После того, как всё припаяно к плате, соедините всё проводами.

После того, как всё собрано, проверьте работоспособность реле методом, который я описал выше.

Шаг 4: Самодельный модуль реле на специальной печатной плате (опционально)

Этот шаг опционален, пропустите его, если вы уже делаете модуль на плате общего назначения. Я рекомендую вам использовать именно специальную плату, потому что она более профессиональна и с ней меньше шансов на короткое замыкание.

В приложенном видео показано, как сделать свою плату при помощи метода переноса тонера. После того, как вы сделали всё по видео, скачайте файл проекта Fritzing, в котором находится дизайн нашей платы. Откройте программу Fritzing , если вы не знаете, как работать с Fritzing, посмотрите это руководство.

Затем проделайте шаги, описываемые в руководстве по травлению печатных плат. После этого просверлите отверстия в плате дрелью на 0.8 — 1 мм, установите все компоненты и спаяйте их. Готово!

Файлы

Шаг 5: Готово!

На изготовление одного модуля реле у меня ушло около 20 минут. Это быстро, недорого, а также экономит ваше время (при заказе онлайн доставка займёт минимум день, а поход в магазин занимает также больше 20 минут).

Если вам уже надоело играть со светодиодами, можна попробовать создать нечто подобное, типа "умный дом" своими руками. В этом нам на помощь прийдет модуль реле. В данной статье разберем, как подключить реле модуль к Arduino, как управлять с его помощью обычной лампочкой 220 В.
Прежде всего, разберемся, что же такое реле.
Реле - это электрически управляемый, механический переключатель. Внутри этого корпуса есть электромагнит, при попадании на него электрического тока, он срабатывает, в результате чего якорь притягивается к электромагниту и контактная группа замыкает или размыкает цепь питания нагрузки.

Это реле имеет рабочее напряжение 5V и может коммутировать токи до 10А 30V и 10A 250V .

Реле имеет две раздельных цепи: цепь управления, представленная контактами А1, А2 и цепь управления, контакты 1, 2, 3. Цепи никак не связаны между собой.

Между контактами А1 и А2 находится металлический сердечник, и когда по нему протекает ток, то к сердечнику притягивается якорь(2). Контакты 1 и 3 остаются неподвижными. Важно знать, что якорь подпружинен, и до того момента пока не будет напряжения на сердечнику, якорь будет оставаться замкнутым на контакт 3. При подаче напряжения, якорь замыкает контакт 1. Когда напряжение снимается, пружина возвращается в исходное положение.

Модуль реле имеет 3 вывода (стандарта 2.54мм):

IN (S) : входной сигнал

GND: "минус" питания

VCC: "плюс" питания

Подключение модуля реле к Arduino довольно просто:

VCC на + 5 вольт на Arduino.

GND на любой из GND пинов­­­ Arduino.

IN (S) на любой из цифровых входов/выходов Arduino.

Подключение устройств к модулю реле

Модуль имеет еще 3 контакта для подключения любых устройств:

• NC - нормально замкнутый контакт (Normally Closed)
• NO - нормально разомкнутый контакт(Normally Open)
• COM - обший (Common)

Непосредственно к контактам NC и NO подключаются нужные устройства, COM подключается к "плюсу" питания. Когда реле сработает «общий» контакт COM замкнет на «нормально разомкнутый» контакт «NO » (Normally Open). Когда реле выключено, общий контакт «COM » (common) замыкает на нормально замкнутый контакт «NC » (Normally Closed).

Схема подключения реле:

Переходим непосредственно к программе. Тут реле будет просто включаться и выключаться с интервалом в 1 секунду.

Пример программного кода:

// Реле модуль подключен к цифровому выводу 5 int Relays = 5; void setup () { pinMode(Relays, OUTPUT); } void loop () { digitalWrite(Relays, LOW); // реле включено delay(1000); digitalWrite(Relays, HIGH); // реле выключено delay(1000); }

Для подключения лампы накаливания следует поставить реле в разрыв одного из проводов.

На нашем модуле контакты 1, 2, 3 расположены таким образом. Для подключения лампы накаливания следует поставить реле в разрыв одного из проводов.

Должно получиться так как показано на рисунке.