Arduino реле и светодиод на одном пине. Реле модуль подключение к Arduino

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 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.

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:

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.

Шилд блока реле 4 канала для Arduino UNO R3 и MEGA 2560

Реле — это электромеханические устройства, замыкающие и/или размыкающие контакты внешней электрической цепи при подаче в обмотку реле управляющего электрического тока. Этот ток порождает магнитное поле, вызывающее перемещение ферромагнитного якоря реле, механически связанного с электрическими контактами внешней электрической цепи. Последующее перемещение контактов коммутирует эту цепь.
К реле можно подключить лампочку, вентилятор, электромагнитный клапан для управление поливом и программно управлять этими устройствами изменением состояния на цифровых выводах Arduino.
Relay Shield — плата расширения для Arduino, на которой расположены 4 независимых реле TIANBO, подключённых к цифровым пинам Arduino. Это реле управляется напряжением 5 вольт и способно коммутировать до 3 ампер постоянного тока напряжением 24 В и переменного тока напряжением 125 В.

Для управления 4 реле платы используются следующие выводы Arduino - D4, D5, D6, D7.. При подключении каждого вывода Arduino к схеме переключения реле используется гальваническая развязка, что предотвращает внешние наводки при включении/выключении, подключенной к реле нагрузки. В схеме реле используется транзистор p-n-p типа, для его открытия нужно подать на базу минус. Для этого используем функцию digitalWrite(pin, LOW). Транзистор будет открыт и через управляющую цепь потечет ток и реле сработает. Для отключения реле следует закрыть транзистор, подав на базу плюс, вызвав функцию digitalWrite(pin, HIGH).
О текущем состоянии каждого из них можно судить по индикаторным светодиодам, расположенным на плате. К каждому реле подведён клеммник на 3 провода, что позволяет использовать реле как в режиме "нормально разомкнутое", так и в режиме "нормально замкнутое".
В отличие от большиства модулей реле для Arduino, данная плата сделана в формате шилда, что значительно эконимит место и увеличивает надежность контакта между Arduino и реле.

Характеристики реле
Ток обмотки: 80 мА;
Максимальное коммутируемое напряжение: 24 В постоянного тока; 125 В переменного тока;
Максимальный коммутируемый ток: 3 А;
Рекомендованная частота переключения: до 1 Гц;
Время жизни: не менее 50 000 переключений.

Рассмотрим пример использования Relay Shield. Подключим к реле лампу освещения, которая будет включаться/выключаться в зависимости от освещенности помещения. В качестве датчика освещенности помещения будем использовать фоторезистор. Схема соединений.

// Используемый вывод для реле
#define PIN_RELAY 7
// Пин подключения фоторезистора
#define PIN_PHOTORESISTOR A0
// переменная для хранения показаний фоторезистора
int val_photo;
// граничное значение освещенности
#define VAL_PHOTO_ON 220
#define VAL_PHOTO_OFF 520

Void setup(void)
{
// подключение последовательного порта
Serial.begin(9600);
// настроить вывод реле как OUTPUT
pinMode(PIN_RELAY,OUTPUT);
// включить свет
digitalWrite(PIN_RELAY,LOW);
}
void loop(void)
{
// получение данных с фоторезистора
val_photo=analogRead(PIN_PHOTORESISTOR);
// включить
if(val_photo< VAL_PHOTO_ON)
digitalWrite(PIN_RELAY,LOW);
// выключить
else if(val_photo< VAL_PHOTO_OFF)
digitalWrite(PIN_RELAY,HIGH);
// пауза перед следующим измерением
delay(5000);

В этом опыте, мы будем управлять реле, точнее сказать не мы, а ардуино, и для этого попробуем воспользоваться полученными знаниями из предыдущих 12 уроков. Реле это электрически управляемый, механический переключатель. Внутри этого простенького на первый взгляд, пластмассового корпуса, находится мощный электромагнит, и когда он получает заряд энергии, происходит срабатывание, в результате чего якорь притягивается к электро магниту, контактная группа замыкает или размыкает цепь питания нагрузки. В этой схеме вы узнаете, как управлять реле, придав Arduino еще больше способностей!

На тот случай, если у вас в наборе идет не просто реле, а именно модуль, т.е уже собранная схема на печатной плате, Вам не нужно собирать схему (см. ниже), а нужно правильно подключить модуль к плате Arduino.

Реле и Электронный модуль Реле для Arduino на 5V.

VCC — питание +5 Вольт

GND — общий (земля) — минус.

IN1 — управление

NO — нормально разомкнутый (Normally Open)

NC — нормально замкнутый (Normally Closed)

COM — обший (Common)

К контактам NC и NO подключаются светодиоды, общий COM подключается к + питания (+5V), GND к земле (-), VCC к +5 Вольт, IN1 (управление, обозначение может быть другим) к порту ардуино Pin 2.

Когда реле выключено, общий контакт «COM» (common) будет подключен к нормально замкнутому контакту «NC» (Normally Closed). Когда же реле сработает «общий» контакт COM соединится с «нормально разомкнутым» контактом «NO» (Normally Open).

Выше, вы видите саму принципиальную схему к уроку 13, думаю сложностей возникнуть не должно, при правильном соединении, т.е соблюдая указания маркировки и «полюсность», все должно получиться.

Для этого опыта вам понадобится:

1. Arduino UNO — 1 шт.

2. Реле или «Электронный модуль Реле» — 1 шт.

3. Транзистор 2N222A — 1 шт.

4. Диод 1N4148 — 1 шт.

5. Резистор 330 Ом.

6. Светодиоды различных цветов — 2 шт.

7. Соединительные провода.

Cхема электрических соединений макетной платы и Arduino. Уроку 13. Arduino и Реле

Скачать код к опыту 13. Скетч и подробное описание (Обязательно прочтите весь скетч!):

Набор для экспериментов ArduinoKit
Код программы для опыта №13:

Вид созданного урока на макетной схеме:

Arduino и Реле. Урок 13

В результате проделанного опыта Вы должны увидеть…

Вы должны услышать щелчки переключающегося реле, а также увидеть два светодиода по переменно загорающимися с секундным интервалом. Если этого нет, — проверьте правильно ли вы собрали схему, и загружен ли код в Arduino.

Возможные трудности:

Светодиоды не светятся
Дважды проверьте правильность установки светодиодов, — длинный вывод является плюсовым контактом..

Не слышны щелчки реле
Проверьте правильность подключение реле и транзистора.

Срабатывает через раз
Проверьте надежность подключение реле, у реле, если это не электронный модуль очень короткие выводы, попробуйте слегка придавить его в макетную плату.

Всем удачи! Ждём ваши комментарии к ARDUINO УРОК 13 — ARDUINO УПРАВЛЯЕТ РЕЛЕ.