Dálkově ovládaný spínač s využitím mikrokontroléru
Často se setkáváme s situací, kdy chceme zapnout elektrické zatížení stisknutím tlačítek v počítačovém programu. Uvažujme o příkladu, kdy jste seděli v elektrárně a chtěli jste zdálky zapnout spínací zařízení. Ovládání spínacích zařízení ze vzdáleného místa lze dosáhnout pomocí mikrokontroléru. Projednáme, jak vytvořit Zdálky ovládané spínací zařízení s použitím mikrokontroléru.
Pro toto zdálky ovládané spínací zařízení budeme potřebovat:
Mikrokontrolér (např. Arduino)
Tranzistor
Dioda
Odpor
Relé
LED
PC (Osobní počítač)
Mikrokontrolér
Mikrokontrolér je IC, které má inteligenci pochopit příkazy přijaté od PC komunikačním protokolem. Mikrokontrolér má různé komunikační protokoly pro komunikaci s PC, jako jsou sériová, ethernetová a CAN (Controller Area Network) komunikační protokoly.
Mikrokontrolér má mnoho periferií, jako jsou piny GPIO (generální účelové vstup-výstup), ADC (analogově-digitální převodník), časovače, UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) a Ethernet a mnoho dalších periferií pro komunikaci s externím světem.
Digitální výstup z mikrokontroléru je signál s nízkým amperážním proudem.
Když nastavíte pin na HIGH, napětí na tomto pinu je obvykle +3,3V nebo +5V a proud, který může poskytnout nebo spotřebovat, je okolo 30mA. To je v pořádku, pokud ovládáte LED, jejíž požadavky jsou malé.
Pokud chceme ovládat spínací zařízení mikrokontrolérem přes pin, potřebujeme ovladač, který může poskytnout požadovaný proud k zatížení, aby se zapnul. Potřebujete komponent mezi mikrokontrolérem a zařízením, které by se ovládalo malým napětím a proudem. Nejčastěji se pro tento účel používají relé a tranzistory.
Tranzistor
Tranzistor funguje jako ovladač v této aplikaci, který poskytuje požadovaný proud k relé, aby se zapnulo, když je v nasyceném režimu.
Odpor
Odpory se používají k omezování proudu v LED a tranzistorech.
LED
Světlové diody se používají k indikaci, zda je spínací zařízení zapnuto nebo vypnuto.
Relé
Relé je spínač, který se používá k řízení vysokovýkonových elektrických zátěží (jako jsou spínací zařízení, motory a elektromagnety). Běžný spínač nemůže zvládnout vysokovýkonovou zátěž, proto se používá relé k řízení vysokovýkonových elektrických zátěží.
Princip práce zdálky ovládaného spínacího zařízení mikrokontrolérem
Když se mikrokontrolérovi dává příkaz ke zapnutí zátěže, pin mikrokontroléru je nastaven na 3,3V (v níže uvedeném obvodu), což zapne NPN tranzistor. Když je tranzistor zapnut, proud teče z kolektoru do emitoru tranzistoru, což aktivuje relé a relé spojuje střídavé napětí se spínacím zařízením, které zapne spínací zařízení.
LED se používá k indikaci, zda je spínací zařízení zapnuto nebo vypnuto. Když je pin mikrokontroléru vysoký, LED je zapnuta (spínací zařízení zapnuto). Když je pin mikrokontroléru nízký, tranzistor je vypnut a žádný proud neproniká do cívky relé a spínací zařízení je vypnuto, LED je také vypnuta.
Chránící dioda
Když je relé vypnuto, vzniká zpětné e.m.f., které může poškodit tranzistor, pokud je jeho velikost větší než VCEO napětí tranzistoru. Pro ochranu tranzistoru a digitálního výstupu mikrokontroléru se používá dioda, která vede, když je relé vypnuto. Toto se také nazývá volně běžící dioda.
Návrh
Předpokládaný mikrokontrolér dává 3,3V, když je pin vysoký, a 0V, když je pin nízký. Zvolte relé o 12 V a 360 ohmů cívkového odporu, pak proud, který relé bere k zapnutí
Toto je nominální proud relé.
LED (přední napětí = 1,2 V) bere asi 20 mA, pak odpor RLED
Hodnota RLED může být zvolena 500 Ω.
RB může být zvolen 4K, aby poskytl větší základní proud tranzistoru GUI (Grafické uživatelské rozhraní): GUI lze vyvinout v jazyku vysoké úrovně (jako C#), který používá UDP (User Datagram Protocol) k komunikaci s mikrokontrolérem přes PC. Níže je GUI, které ovládá digitální výstup mikrokontroléru přes UDP protokol.
