Реле Ардуно позволяет подключить устройства, работающие в режимах с относительно большими токами или напряжения. Мы не можем напрямую подключить к плате Arduino мощные насосы, двигатели, даже обычную лампочку накаливания – плата не предназначена для такой нагрузки и работать не будет. Именно поэтому нам придется добавить в схему реле, который вы можете встретить в любом проекте. В этой статье мы поговорим о том, что такое реле, какие они бывают, как можно их подключить своем ардуино проекте.

Реле – это шлюз, который позволяет соединить вместе электрические цепи с совершенно разными параметрами. Обычный шлюз на реке соединяет водные каналы, расположенные на разной высоте, открывая или закрывая ворота. Реле в ардуино включает или выключает внешние устройства, определенным образом замыкая или размыкая отдельную электрическую сеть, в которую они подключены. С помощью ардуино и реле мы управляем процессом включения или выключения так же, как включаем или выключаем свет дома – подавая команду на замыкание или размыкание. Ардуино подает сигнал, само же замыкание или размыкание “мощной” цепи будет делать реле через специальные внутренние механизмы. Реле можно представить себе в виде дистанционного пульта, с помощью которого мы выполняем нужные действия с помощью относительно “слабых” сигналов.

Реле характеризуется следующими параметрами:

• Напряжение или ток срабатывания.
• Напряжение или ток отпускания.
• Время срабатывания и отпускания.
• Рабочие ток и напряжение.
• Внутреннее сопротивление.

В зависимости от типа этих внутренних размыкающих механизмов и особенностях устройства можно выделить две основные группы реле: электромеханические реле (включение с помощью электромагнита) и твердотельные реле (включение через специальные полупроводниковые компоненты).

Электромагнитные и твердотельные реле

Электромагнитное реле

Электромагнитное реле – это электрическое устройство, которое механическим путем замыкает или размыкает цепь нагрузки при помощи магнита. состоит из электромагнита, подвижного якоря и переключателя. Электромагнит – это провод, который намотан на катушку из ферромагнетика. В роли якоря выступает пластина из магнитного материала. В некоторые модели устройства могут быть встроены дополнительные электронные компоненты: резистор для более точного срабатывания реле, конденсатор для уменьшения помех, диод для устранения перенапряжений.

Работает реле благодаря электромагнитной силе, возникающей в сердечники при подаче тока по виткам катушки. В исходном состоянии пружина удерживает якорь. Когда подается управляющий сигнал, магнит начинает притягивать якорь и замыкать либо размыкать цепь. При отключении напряжения якорь возвращается в начальное положение. Источниками управляющего напряжения могут быть датчики (давления, температуры и прочие), электрические микросхемы и прочие устройства, которые подают малый ток или малое напряжение.

Электромагнитное реле применяется в схемах автоматики, при управлении различными технологическими установками, электроприводами и другими устройствами. Реле предназначено для регулирования напряжений и токов, может использоваться как запоминающее или преобразующее устройство, также может фиксировать отклонения параметров от нормальных значений.

Классификация электромагнитных реле:

• Управляющий ток может быть как постоянным, так и переменным. В первом случае устройство может быть нейтральным или поляризованным. Для переменного тока якорь выполняется из электротехнической стали, чтобы уменьшить потери.
• Якорное или герконовое реле. Для якорного процесс замыкания и размыкания происходит при помощи перемещения якоря, для герконового характерно отсутствие сердечника, магнитное поле воздействует на электрод с контактами.
• Быстродействие – до 50 мс, до 150 мс и от 1 с.
• Зщитное покрытие – герметизированное, зачехленное и открытое.

По сравнению с полупроводниковыми устройствами электромагнитное реле обладает преимуществами – оно стоит недорого, коммутация большой нагрузки при небольшом размере устройства, малое выделение тепла на катушке. Из недостатков можно выделить медленное срабатывание, помехи и сложность коммутации индуктивных нагрузок.

Твердотельные реле

Твердотельные реле считаются хорошей альтернативой электромагнитным, они представляет собой модульное полупроводниковое устройство, которое производится по гибридной технологии. В составе реле имеются транзисторы, симисторы или тиристоры. По сравнению с электромагнитными устройствами твердотельные реле обладают рядом преимуществ:

• Долгий срок эксплуатации.
• Быстродействие.
• Малые размеры.
• Отсутствуют посторонние шумы, акустические помехи, дребезги контактов.
• Низкое потребление энергии.
• Качественная изоляция.
• Стойкость к вибрации и ударам.
• Нет дугового разряда, что позволяет работать во взрывоопасных местах.

Работают по следующему принципу: подается управляющий сигнал на светодиод, происходит гальваническая развязка управляющей и коммутируемой цепей, затем сигнал переходит на фотодиодную матрицу. Напряжение регулирует силовым ключом.

Твердотельные реле также имеют несколько недостатков. Во-первых, при коммутации происходит нагрев устройства. Повышение температуры устройства приводит к ограничению регулируемого тока – при температурах, превышающих 60 градусов, уменьшается величина тока, максимальная рабочая температура 80 градусов.

Твердотельные реле классифицируются по следующим признакам:

• Тип нагрузки – однофазные и трехфазные.
• Способ управления – коммутация происходит за счет постоянного напряжения, переменного или ручного управления.
• Метод коммутации: контроль перехода через ноль (применяется для слабоиндуктивных, емкостных и резистивных нагрузок), случайное включение (индуктивные и резистивные нагрузки, которым необходимо мгновенное срабатывание) и фазовое управление (изменение выходного напряжения, регулировка мощности, управление лампами накаливания).

Реле в проектах Ардуино

Наиболее распространенное реле для платы Ардуино выполняется в виде модуля, например, SONGLE SRD-05VDC. Устройство управляется напряжением 5 В, может коммутировать до 10 А 30 В DC и 10 А 250 В AC.

Схема изображена на рисунке. Реле состоит из двух не связанных между собой цепей – управляющая цепь А1 и А2 и управляемая 1, 2 и 3.

Между А1 и А2 имеется металлический сердечник. Если пустить по нему электрический ток, к нему притянется якорь (2). 1, 3 – неподвижные контакты. При отсутствии тока якорь будет около контакта 3.

Подключение реле к Ардуино

Рассмотрим одноканальный модуль реле. Он имеет всего 3 контакта, подключаются они к Ардуино Uno следующим образом: GND – GND, VCC – +5V, In – 3. Вход реле – инвертирован, так что высокий уровень на In выключает катушку, а низкий – включает.

Светодиоды нужны для индикации – при загорании красного LED1 подается напряжение на реле, при загорании зеленого LED2 происходит замыкание. Когда включается микроконтроллер, транзистор закрыт. Для его открытия на базу нужен минус, подается при помощи функции digitalWrite(pin, LOW);. Транзистор открывается, протекает ток через цепь, реле срабатывает. Чтобы его выключить, на базу подается плюс при помощи digitalWrite(pin, HIGH);.

Рано или поздно появляется желание поуправлять чем-то более мощным чем светодиод, либо создать нечто на подобие умного дома своими руками. В этом нам поможет такая радио деталь как реле. В данной статье рассмотрим как реле подключается к микроконтроллеру, как им управлять, а также устроим демонстрацию его работы на примере включения лампы накаливания.

Используемые компоненты (купить в Китае):

. Управляющая плата

Устройство и принцип работы реле

Рассмотрим устройство реле на широко распространенном в области Arduino реле фирмы SONGLE SRD-05VDC.

Данное реле управляется напряжением 5V и способно коммутировать до 10А 30V DC и 10A 250V AC.

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

Между контактами А1 и А2 установлен металлический сердечник, при протекании тока по которому к нему притягивается подвижный якорь(2). Контакты же 1 и 3 неподвижны. Стоит отметить что якорь подпружинен и пока мы не пропустим ток через сердечник, якорь будет удерживается прижатым к контакту 3. При подаче тока, как уже говорилось, сердечник превращается в электромагнит и притягивается к контакту 1. При обесточивании пружина снова возвращает якорь к контакту 3.

Подключение модуля к Arduino

В большинстве реле модулей для Ардуино используется N-канальное управление, его мы и рассмотрим. Для примера возьмем одноканальный модуль.

Далее приведу примерную схему данного модуля. Необходимыми для управления реле являются следующие детали: резистор(R1) , p-n-p транзистор(VT1) , диод(VD1) и, непосредственно само реле(Rel1) . Оставшиеся два светодиода установлены для индикации. LED1 (красный) - индикация подачи питания на модуль, загорание LED2 (зеленый) свидетельствует о замыкании реле.

Рассмотрим как работает схема. При включении контроллера выводы находятся в высокоомном состоянии, транзистор не открыт. Так как у нас транзистор p-n-p типа, то для его открытия нужно подать на базу минус. Для этого используем функцию digitalWrite (pin, LOW ); .Теперь транзистор открыт и через управляющую цепь течет ток и реле срабатывает. Для отключения реле следует закрыть транзистор, подав на базу плюс, вызвав функцию digitalWrite (pin, HIGH );. Можно сказать что управление реле модуля ничем не отличается от управления обычным светодиодом.

Модуль имеет 3 вывода (стандарта 2.54мм):

VCC: "+" питания

GND: "-" питания

IN: вывод входного сигнала

Подключение модуля предельно просто:

VCC на + 5 вольт на Ардуино.

GND на любой из GND пинов--- ардуино.

IN на любой из цифровых входов/выходов ардуино (в примерах подсоединено к 4).

Переходим непосредственно к скетчу. В данном примере реле будет включаться и выключаться с интервалом в 2 секунды.

пример программного кода:

// Реле модуль подключен к цифровому выводу 4 int Relay = 4; void setup () { pinMode (Relay, OUTPUT ); } void loop () { digitalWrite (Relay, LOW ); // реле включено delay (2000); digitalWrite (Relay, HIGH ); // реле выключено delay (2000); }

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.

Пример включения лампы накаливания в связке с

P.S. Более дорогие модули имеют на своем борту еще и оптрон, который позволяет получить кроме развязки между управляемой и управляющей цепями реле еще и полную гальваническую развязку непосредственно между контроллером и цепью управления реле.

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;

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.

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: