Interruptor de control remot utilitzant un microcontrolador
Sovent ens trobem en situacions on volem encendre una càrrega elèctrica prement botons en un programa d'ordinador. Considera un exemple, on estàs assegut en una central elèctrica i vols activar un interruptor de circuit a distància. El control d'interruptors de circuit des d'una ubicació remota es pot aconseguir utilitzant un microcontrolador. Discutirem com fer un Interruptor de Circuit a Distància Usant un Microcontrolador.
Per aquest interruptor de circuit a distància necessitarem:
Microcontrolador (com un Arduino)
Tranxistor
Diodi
Resistències
Relé
LED
PC (Ordinador Personal)
Microcontrolador
Un microcontrolador és un CI que té la intel·ligència per entendre les ordres rebudes del PC mitjançant un protocol de comunicació. Un microcontrolador té diferents protocols de comunicació per parlar amb el PC com Serial, Ethernet i CAN (Controller Area Network).
Un microcontrolador disposa de molts perifèrics com pines GPIO (General Purpose Input Output), ADC (Analog to Digital Converter), temporitzadors, UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) i Ethernet, entre d'altres perifèrics per comunicar-se amb el món exterior.
La sortida digital d'un microcontrolador és un senyal d'amperatge baix.
Quan poses un pin HIGH, la tensió que arriba a aquest pin sol ser +3.3V o +5V i l'amperatge que pot aportar o absorir és al voltant de 30mA. Això és acceptable si estàs controlant un LED, que requereix molt poc.
Si volem controlar un interruptor de circuit amb un pin del microcontrolador, necessitem un driver que pugui aportar la quantitat de corrent requerida per encendre la càrrega. Necessites un component entre el teu microcontrolador i el dispositiu que s'estigui controlant amb una tensió i corrent petites. Els relés i els tranxistors són els més sovint utilitzats per a aquest propòsit.
Tranxistor
El tranxistor funciona com a driver en aquesta aplicació, proporcionant la corrent requerida al relé per encendre-lo quan està en mode saturació.
Resistència
Les resistències s'utilitzen per limitar la corrent en els LED i els tranxistors.
LED
El diode emissor de llum s'utilitza per indicar si l'interruptor de circuit està encès o apagat.
Relé
Un relé és un interruptor que s'utilitza per controlar càrregues elèctriques de alta potència (com interruptors de circuit, motors i electroímans). Un interruptor normal no pot gestionar una càrrega de alta potència, per això es fa servir un relé per controlar aquestes càrregues.
Principi de Funcionament del Control Remot de l'Interruptor de Circuit pel Microcontrolador
Quan s'envia una ordre al microcontrolador per encendre la càrrega, el pin del microcontrolador es posa a 3.3V (en el circuit anterior), el que encén el tranxistor NPN. Quan el tranxistor està ON, la corrent flueix del col·lector a l'emissor del tranxistor, el que actua el relé i connecta la tensió AC a l'interruptor de circuit, encenent-lo.
Un LED s'utilitza per indicar si l'interruptor de circuit està ENCH o APAGAT. Quan el pin del microcontrolador està alt, el LED està encès (Interruptor de Circuit ENCH); quan el pin del microcontrolador està baix, el tranxistor està en condició OFF i no hi ha corrent que flueixi a la bobina del relé i l'interruptor de circuit està APAGAT, el LED també està APAGAT.
Diodi de Protecció
Quan el relé s'apaga, es genera una f.e.m. reversa que pot enderrocar el tranxistor si la magnitud de la f.e.m. reversa és més gran que la tensió VCEO del tranxistor. Per protegir el tranxistor i la sortida digital del microcontrolador, s'utilitza un diodi que condueix quan el relé està apagat. Això també es coneix com a diodi de rodament lliure.
Disseny
El microcontrolador assumit dóna 3.3V quan el pin està alt i 0V quan el pin està baix. Trieu un relé de 12 V i 360 ohms de resistència de la bobina, llavors la corrent consumida pel relé per encendre's
Aquesta és la corrent nòminal del relé.
El LED (tensió avant = 1.2 V) consumeix al voltant de 20mA, llavors la resistència RLED
El valor de RLED es pot triar a 500 Ω.
RB es pot triar com 4K per donar més corrent base al tranxistor GUI (Interfície Gràfica d'Usuari): Es pot desenvolupar una GUI en llenguatge de nivell alt (com C#) que utilitzi el UDP (User Datagram Protocol) per comunicar-se amb el microcontrolador des de l'ordinador personal. A continuació, es mostra la GUI que controla la sortida digital del microcontrolador mitjançant el protocol UDP.
