4 relay module подключение. Подключение реле к ардуино

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 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.

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);

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.

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.