المقاطع الكهربائية ذات التحكم عن بعد باستخدام الميكروكنترولر
نواجه أحيانًا وضعًا نرغب فيه في تشغيل الحمل الكهربائي عن طريق الضغط على بعض الأزرار في برنامج الكمبيوتر. فلنفترض مثالًا، حيث تجلس في محطة طاقة وتريد تشغيل قاطع دوائر عن بُعد. يمكن تحقيق التحكم في قواطع الدوائر من موقع بعيد باستخدام الميكروكنترولر. سنناقش كيفية صنع قاطع دوائر عن بُعد باستخدام الميكروكنترولر.
لهذا القاطع الدائري الذي يتم التحكم فيه عن بعد سنحتاج إلى:
الميكروكنترولر (مثل أردوينو)
الترانزستور
الدايود
المقاومات
الريلاي
LED
الكمبيوتر الشخصي (PC)
الميكروكنترولر
الميكروكنترولر هو IC يمتلك الذكاء لفهم الأوامر الواردة من الكمبيوتر الشخصي عبر بروتوكول اتصال. للميكروكنترولر بروتوكولات اتصال مختلفة للتواصل مع الكمبيوتر الشخصي مثل الاتصال التسلسلي، الإيثرنت وبروتوكول الشبكة المحلية للتحكم (CAN).
الميكروكنترولر يمتلك العديد من المكونات الخارجية مثل دبابيس GPIO (مدخل ومخرج عام)، ADC (محول аналог إلى رقمي)، المؤقت، UART (المستلم والمرسل العام غير المتزامن) والإيثرنت والعديد من المكونات الأخرى للتواصل مع العالم الخارجي.
الإخراج الرقمي من الميكروكنترولر هو إشارة ذات كمية ضئيلة من الأمبير.
عندما تحدد دبوسًا HIGH، فإن الجهد القادم على هذا الدبوس عادة ما يكون +3.3V أو +5V والأمبير الذي يمكن أن يوفره أو يستنزفه حوالي 30mA. هذا جيد إذا كنت تتحكم في LED والذي يتطلب كمية صغيرة.
إذا أردنا التحكم في قاطع الدائرة بواسطة دبوس الميكروكنترولر فسنحتاج إلى سائق يمكنه توفير الكمية المطلوبة من التيار إلى الحمل لتشغيله. تحتاج إلى مكون بين الميكروكنترولر والجهاز الذي سيتم التحكم به بجهد وتيار صغير. غالبًا ما تستخدم الريلايات وال الترانزستورات لهذا الغرض.
الترانزستور
يعمل الترانزستور كسائق في هذه التطبيقات مما يوفر الكمية المطلوبة من التيار للريلاي ليتم تشغيله عندما يكون في وضع التشبع.
المقاومة
تستخدم المقاومات لتقييد التيار في LED والترانزستورات.
LED
يستخدم الصمام الثنائي الباعث للضوء لتقديم إشارة حول حالة قاطع الدائرة سواء كان يعمل أو متوقف.
الريلاي
الريلاي هو مفتاح يستخدم للتحكم في الأحمال الكهربائية ذات الطاقة العالية (مثل قاطع الدائرة، المحرك، والسولينويد). لا يمكن لمفتاح عادي التعامل مع الأحمال ذات الطاقة العالية لذلك يستخدم الريلاي للتحكم في الأحمال الكهربائية ذات الطاقة العالية.
مبدأ العمل للتحكم عن بعد في قاطع الدائرة باستخدام الميكروكنترولر
عند إعطاء الأمر للميكروكنترولر لتشغيل الحمل، يتم ضبط دبوس الميكروكنترولر على 3.3V (في الدائرة أعلاه) مما يؤدي إلى تشغيل الترانزستور NPN. عندما يكون الترانزستور شغالًا، يتدفق التيار من الجامع إلى المنبعث للترانزستور مما ينشط الريلاي ويقوم الريلاي بتوصيل الجهد الكهربائي البديل إلى قاطع الدائرة مما يؤدي إلى تشغيل قاطع الدائرة.
يتم استخدام LED لإظهار حالة قاطع الدائرة سواء كان شغالًا أو متوقفًا. عندما يكون دبوس الميكروكنترولر عاليًا يكون LED شغالًا (قاطع الدائرة شغال) بينما عندما يكون دبوس الميكروكنترولر منخفضًا يكون الترانزستور في حالة الإيقاف ولا يتدفق تيار إلى ملف الريلاي ويكون قاطع الدائرة متوقفًا، وكذلك يكون LED متوقفًا.
الدايود الواقي
عندما يتم إيقاف الريلاي، يتم توليد e.m.f عكسي يمكن أن يضر بالترانزستور إذا كانت قيمته أكبر من VCEO للترانزستور. لحماية الترانزستور وكذلك الإخراج الرقمي للميكروكنترولر، يتم استخدام دايود يقوم بالتوصيل عند إيقاف الريلاي. هذا يعرف أيضًا باسم الدايود الحر.
تصميم
الميكروكنترولر المفترض يعطي 3.3V عندما يكون الدبوس عاليًا و0V عندما يكون الدبوس منخفضًا. اختر ريلاي بجهد 12V ومقاومة ملف 360 أوم ثم التيار المستهلك بواسطة الريلاي للتشغيل
هذا هو التيار المقنن للريلاي.
LED (جهد التقدم = 1.2 V) يستهلك حوالي 20mA تيارًا ثم المقاومة RLED
يمكن اختيار قيمة RLED لتكون 500 أوم.
يمكن اختيار RB لتكون 4K لتوفير المزيد من التيار الأساسي للترانزستور GUI (واجهة المستخدم الرسومية): يمكن تطوير GUI بلغة عالية المستوى (مثل C#) والتي تستخدم بروتوكول UDP (بروتوكول رسالة المستخدم) للتواصل مع الميكروكنترولر عبر الكمبيوتر الشخصي. أدناه هي الواجهة الرسومية التي تتحكم في الإخراج الرقمي للميكروكنترولر عبر بروتوكول UDP.
