La octava puerta

¿Qué tienen que ver los nombres Hans Christian Ørsted y Joseph Henry con nuestro calendario de adviento? Ellos sentaron las bases físicas para una revolución técnica hace 200 años. En 1820, Ørsted descubrió el efecto magnético de la corriente eléctrica y así creó la base de cosas que todos conocen hoy: el electroimán, el transformador y los motores eléctricos. Y Henry inventó el relé electromagnético en 1835, sin el cual ni la simple conmutación de circuitos eléctricos ni la telegrafía a grandes distancias hubieran sido posibles.

Incluso si el transistor ahora se usa millones de veces en un chip pequeño como interruptor, hoy ha encontrado un componente en el calendario de adviento con el relé que todavía se usa de varias maneras, porque con un voltaje o amperaje pequeño se pueden generar voltajes y corrientes grandes. Encendido o apagado. La palabra mágica física para esto es separación "galvánica".

Incluso si el nombre se remonta al médico italiano Luigi Galvani, este principio no tiene nada que ver con sus experimentos con patas de rana. Más bien, es una separación completa de dos circuitos para evitar interferencias o incluso daños. Podemos leer en la hoja de datos del Uno (en realidad, el más robusto de todos los microcontroladores y, por lo tanto, tan popular) que los pines de datos son 5V, máx. 40 mA y, por lo tanto, proporciona 200 mW. Lo usamos para encender un LED, pero nuestra máquina de café permanece fría.

Si echamos un vistazo más de cerca al módulo de relé, al lado de cada cuboide azul, el relé real, vemos tres conexiones de tornillo en un lado y componentes electrónicos y pines para nuestros cables de puente en el otro, es decir, también una separación espacial de los dos circuitos.

Trabajar con la tensión de red es potencialmente mortal. No queremos perder a nuestros clientes de esa manera. (Realmente no queremos perderlo). Si no está familiarizado con esto, deje este trabajo a un electricista. Y asegúrese de que los contactos estén incorporados para que no puedan ser alcanzados. Primero miremos el lado con los terminales de tornillo para el alto voltaje. Y entonces, por supuesto, esto es lo primero aquí. advertencia:

El relé dice 10A 250VAC y 10A 30VDC. Primero cuestioné estos valores y, por lo tanto, hice un pequeño experimento con un hervidor de 2kW en la terraza. El relé encendía y apagaba el hervidor sin problemas y no se calentaba a pesar del 9A. En realidad, puede encontrar estos relés en enchufes de interruptores, pero luego instalados de manera segura.

Para nuestros experimentos usamos los relés para pequeños voltajes de 5 a 12 voltios; esto no es peligroso. Pero podemos encender y apagar cargas que requieren más corriente que los 15 o 40 mA de nuestros pines de salida del microcontrolador para un funcionamiento seguro. Podemos encender, apagar o cambiar entre dos consumidores bajo el control del programa. ¿Como funciona?

El cable positivo de la batería se atornilla a la conexión del medio (a veces denominado CO = común). Si queremos encender algo con el relé, el cable va desde la conexión NO al consumidor (la tierra de la batería va directamente al consumidor). NO significa "normalmente abierto", es decir, un interruptor abierto que se cierra cuando se acciona el relé. La tercera conexión se llama NC para "normalmente cerrado", es decir, normalmente cerrado; este contacto se abre cuando se acciona el relé. Por supuesto, las dos conexiones exteriores también se pueden utilizar como conmutadores / interruptor de cambio. 

Ahora finalmente miramos la electrónica en el otro lado:

Muchos componentes por el hecho de que el relé solo debería controlarse con 5V. Un LED como lámpara de control y las dos resistencias R en diseño SMD se identifican rápidamente. D denota un diodo, Q denota un transistor bipolar NPN y el IC negro es el llamado optoacoplador.

Los optoacopladores también se utilizan para la separación galvánica al encender y apagar un LED en un circuito, mientras que un sensor sensible a la luz, generalmente un transistor, detecta la señal respectiva en el segundo circuito; así una separación de los circuitos con acoplamiento óptico. Esto se hace porque el relé no es una carga sin problemas en nuestro circuito de control. Y dado que el relé convierte la energía magnética de nuevo en energía eléctrica cuando se apaga (una corriente en la dirección opuesta), también se requiere el diodo de rueda libre.

Y ahora viene lo especial del circuito de relés: por supuesto, los circuitos electrónicos necesitan un suministro de voltaje con VCC = 5V y GND, pero que los relés cambian cuando las respectivas entradas están conectadas a GND, me sorprendió. Entonces tenemos una lógica inversa, y para el código del programa eso significa que tenemos que configurar el pin de salida respectivo en LOW para que el relé se active.

Una última conexión, que, independientemente de cuántos relés haya en el módulo, solo existe una vez, hay que explicarla: la alimentación real de los relés.

Dos pines, en los que se encuentra un enchufe de cortocircuito en el estado de entrega, están marcados con VCC en un lado y con JD-VCC en el otro lado. Esto significa que tiene la opción de elegir si el suministro de voltaje para los relés proviene del microcontrolador (juego de enchufes de cortocircuito, VCC en bucle) o de una fuente de voltaje externa (en lugar del enchufe de cortocircuito, el polo positivo de la fuente de voltaje externa llega a JD, el polo negativo aún debe usarse conectado a GND del microcontrolador). Por cierto, con el módulo de 16 relés no tiene otra opción; Con tantos relés, siempre se requiere una fuente de alimentación externa.

Con el módulo de relé, hemos logrado una clara separación de los circuitos para el control con el microcontrolador y para los consumidores a través del relé y el optoacoplador y opcionalmente también la alimentación de tensión externa del relé.

Y con el microcontrolador podemos realizar procesos de conmutación controlados por tiempo o ligados a condiciones. Deje que el ventilador funcione durante 5 minutos cada hora o cuando “haya aire espeso”.

A modo de simulación, escribí el siguiente boceto, en el que, además de dos relés, también utilizo un LED bicolor y un sensor de aire MQ-2 para detectar LPG, i-butano, propano, metano, alcohol, hidrógeno y humo. Después de 60 segundos, el LED amarillo (componente rojo 255, componente verde 128) y el relé 1 se encienden durante 5 segundos. Si el MQ-2 excede su punto de ajuste (aquí 200), el LED se vuelve rojo y el relé 2 se enciende durante 5 segundos.

#define LED_BUILTIN 13
const int ledred = 6; // the PWM pin the red LED is attached to
const int ledgreen = 5; // the PWM pin the green LED is attached to
const int relay1 = 7; // normal digital out pin
const int relay2 = 8; // normal digital out pin
int sensorPin = A0; // MQ-2 attached to analog input A0
int sensorValue = 0; // analog Value btn 0 and 1023
int count = 0; // counter
int ledState = LOW; // ledState used to set the LED_BUILTIN

// Use "unsigned long" for variables that hold time
// The value will quickly become too large for an int to store
unsigned long previousMillis = 0; // will store last time LED was updated
const long interval = 1000; // interval at which to blink (milliseconds)
unsigned long currentMillis;

void setup() {
Serial.begin(9600);
// set the digital pins as output:
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
pinMode(ledred, OUTPUT);
pinMode(ledgreen, OUTPUT);
pinMode(relay1, OUTPUT);
pinMode(relay2, OUTPUT);
digitalWrite(relay1, HIGH);
digitalWrite(relay2, HIGH);
}

void loop() {
currentMillis = millis();

if (currentMillis - previousMillis >= interval) {
// save the last time you blinked the LED
previousMillis = currentMillis;
// if the LED is off turn it on and vice-versa:
if (ledState == LOW) {
ledState = HIGH;
Serial.println(analogRead(sensorPin));
count+=1;
} else {
ledState = LOW;
}
// set the LED with the ledState of the variable:
digitalWrite(LED_BUILTIN, ledState);
}
if (count >= 30) {
stateyellow();
count = 0;
}
if (analogRead(sensorPin) > 200) {
statered();
}
}

void stateyellow() {
analogWrite(ledred, 255);
analogWrite(ledgreen, 128);
digitalWrite(relay1, LOW);
delay(5000);
analogWrite(ledred, 0);
analogWrite(ledgreen, 0);
digitalWrite(relay1, HIGH);
}

void statered() {
analogWrite(ledred, 255);
digitalWrite(relay2, LOW);
delay(5000);
analogWrite(ledred, 0);
digitalWrite(relay2, HIGH);
}

Aquí Descargar el Sketch

Le deseamos una buena temporada de Adviento y Navidad.