La huitième porte

Quel est le rapport entre les noms de Hans Christian Ørsted et Joseph Henry et notre calendrier de l'Avent ? Ils ont jeté les bases physiques d'une révolution technique il y a 200 ans. En 1820, Ørsted a découvert l'effet magnétique du courant électrique et a ainsi créé la base des choses que tout le monde connaît aujourd'hui : l'électro-aimant, le transformateur et les moteurs électriques. Et Henry a inventé le relais électromagnétique en 1835, sans lequel ni la simple commutation des circuits électriques ni la télégraphie sur de longues distances n'auraient été possibles.

Même si le transistor est aujourd'hui utilisé un million de fois sur une petite puce comme interrupteur, vous avez trouvé aujourd'hui dans le calendrier de l'Avent avec le relais un composant qui est encore utilisé de nombreuses façons, car avec lui vous pouvez allumer ou éteindre de grandes tensions et de grands courants avec une petite tension ou un petit courant. Le mot magique en physique pour cela est l'isolement "galvanique".

Même si le nom remonte au médecin italien Luigi Galvani, ce principe n'a rien à voir avec ses expériences sur les cuisses de grenouille. Il s'agit plutôt de séparer complètement deux circuits électriques afin d'éviter les interférences ou même les dommages. On peut lire dans la fiche technique de l'Uno (en fait le plus robuste de tous les microcontrôleurs et donc le plus populaire) que les broches de données fournissent 5V, 40mA max et donc 200mW. Avec cela, nous faisons s'allumer un LED, mais notre machine à café reste froide.

Si nous regardons de plus près le module de relais, nous voyons à côté de chaque parallélépipède bleu - le relais proprement dit - d'un côté trois terminaux à vis et de l'autre côté des composants électroniques et des broches pour nos câbles de liaison, donc aussi une séparation spatiale des deux circuits.

Travailler sur la tension du secteur est dangereux pour la vie. Nous ne voulons pas perdre nos clients de cette manière. (En fait, nous ne voulons pas les perdre du tout.) Si vous ne connaissez pas bien ce sujet, laissez ce travail à un électricien. Et assurez-vous que les contacts sont installés hors de portée.Regardons d'abord le côté avec les prises à vis pour la haute tension. Et donc, bien sûr, voici d'abord l'Avertissement :

Le relais est classé 10A 250VAC et 10A 30VDC. J'ai d'abord remis en question ces valeurs et j'ai donc fait une petite tentative avec un chauffe-eau de 2kW sur la terrasse. Le relais a allumé et éteint la bouilloire sans problème et n'a pas chauffé malgré le 9A. En fait, vous pouvez trouver ces relais dans des prises commutables, mais ensuite installés en toute sécurité.

Pour nos tests, nous utilisons les relais pour les basses tensions de 5 à 12 volts ; ce n'est pas dangereux. Mais nous pouvons activer et désactiver des charges qui nécessitent plus de courant que les 15 ou 40mA de nos broches de sortie des microcontrôleurs pour un fonctionnement sûr. Nous pouvons allumer, éteindre ou basculer entre deux charges par programmation. Comment cela fonctionne-t-il ?

Le câble positif de la batterie est fixé au connecteur du milieu (parfois appelé CO=common=connecteur). Si nous voulons allumer quelque chose avec le relais, le câble va de la connexion NO au consommateur (la masse de la batterie va directement au consommateur). NO signifie "normalement ouvert", c'est-à-dire un interrupteur ouvert qui est fermé lorsque le relais est actionné. La troisième prise est appelée NC pour "normally closed", c'est-à-dire normalement fermée ; ce contact est ouvert lorsque le relais est actionné. Les deux terminaux extérieurs peuvent donc bien sûr aussi être utilisés comme commutateurs.

Maintenant, nous regardons enfin l'électronique de l'autre côté :

Beaucoup de composants pour le fait que le relais ne doit être contrôlé qu'avec 5V. Un LED comme témoin lumineux et les deux résistances R en construction CMS sont rapidement identifiées. "D" est une diode, "Q" est un transistor bipolaire NPN, et le circuit intégré noir est un "optocoupleur".

Les optocoupleurs servent également à assurer l'isolation électrique en allumant et en éteignant un LED dans un circuit, tandis que dans le second circuit, un capteur photosensible, généralement un transistor, détecte le signal respectif ; en d'autres termes, l'isolation des circuits dans le cas d'un couplage optique. Cela est dû au fait que le relais n'est pas non plus un consommateur sans problème dans notre circuit de contrôle. Et comme le relais reconvertit l'énergie magnétique en énergie électrique lorsqu'il est désactivé (un courant en sens inverse), la diode de roue libre est également nécessaire.

Et voici maintenant la particularité du circuit de relais : bien sûr, les circuits électroniques ont besoin d'une alimentation avec VCC=5V et GND, mais le fait que les relais commutent lorsque les entrées respectives sont connectées à GND m'a surpris. Nous avons donc une logique inversée, et pour le code du programme, cela signifie que nous devons mettre la broche de sortie correspondante sur BAS pour que le relais se déconnecte.

Une dernière connexion, qui n'est disponible qu'une seule fois quel que soit le nombre de relais sur le module, doit encore être expliquée : l'alimentation électrique effective des relais.

Deux broches, sur lesquelles se trouve une fiche de court-circuit à la livraison, sont marquées VCC d'un côté et JD-VCC de l'autre. Cela signifie que vous pouvez choisir si l'alimentation des relais provient du microcontrôleur (prise de court-circuit, VCC en boucle) ou d'une source d'alimentation externe (au lieu de la prise de court-circuit, le pôle positif de la source d'alimentation externe est connecté à JD, le pôle négatif doit alors toujours être connecté à GND du microcontrôleur). D'ailleurs, le module à 16 relais n'a pas le choix ; avec autant de relais, une alimentation externe est toujours nécessaire.

Avec le module de relais, nous avons obtenu une séparation claire des circuits pour la commande avec le microcontrôleur et pour les consommateurs au travers du relais et de l'optocoupleur ainsi qu'en option également l'alimentation externe des relais.

Et avec le microcontrôleur, nous pouvons alors effectuer des opérations de commutation contrôlées par le temps ou liées à des conditions. Laissez le ventilateur fonctionner pendant 5 minutes toutes les heures, ou lorsqu'il y a de "l'air dense".

En tant que simulation, j'ai écrit le plan suivant, dans lequel j'utilise un LED bicolore et un capteur d'air MQ-2 pour détecter le GPL, l'i-butane, le propane, le méthane, l'alcool, l'hydrogène et la fumée, en plus de deux relais. Après 60 secondes, le LED devient jaune (partie rouge 255, partie verte 128) et le Relais1 est activé pendant 5 secondes. Si le MQ-2 dépasse son point de réglage (ici 200), le LED devient rouge et le Relais2 est activé pendant 5 secondes.

#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);
}

Voici l'ensemble du plan en téléchargement. 

Nous vous souhaitons une merveilleuse période de l'Avent et de Noël.