Fjernbetjent sikring ved hjælp af en mikrocontroller

Vi støder ofte på situationer, hvor vi ønsker at slå en elektrisk last til ved at trykke på nogle knapper i et computerprogram. Betragt eksempelvis, at du sidder i en kraftværk og ønsker at slå en bryter til fra en fjernplacering. Kontrol af brydere fra en fjernplacering kan opnås ved hjælp af en mikrocontroller. Vi vil diskutere, hvordan man laver en Fjernstyret bryder med en mikrocontroller.

For denne fjernstyrede bryder har vi brug for:

1. Mikrocontroller (som en Arduino)

2. Transistor

3. Diod

4. Omkalde

5. Relæ

6. LED

7. PC (Personlig Computer)

Mikrocontroller

En mikrocontroller er en IC, der har intelligens til at forstå kommandoer, der modtages fra en PC via en kommunikationsprotokol. En mikrocontroller har forskellige kommunikationsprotokoller til kommunikation med PC, som serielle, Ethernet og CAN (Controller Area Network) kommunikationsprotokoller.

En mikrocontroller har mange perifere enheder som GPIO (generelt formål Input Output) pins, ADC (Analog til Digital Converter), tidsregulator, UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) og Ethernet og mange flere perifere enheder til kommunikation med den ydre verden.
Digital output fra en mikrocontroller er et lav amperage signal.

Når du sætter en pin HIGH, er spændingen, der kommer på denne pin typisk +3,3V eller +5V, og ampere, den kan give eller hente, er omkring 30mA. Dette er fint, hvis du kontrollerer en LED, hvis krav er små.

Hvis vi ønsker at kontrollere en bryder med en mikrocontroller pin, har vi brug for en driver, der kan give det nødvendige beløb af strøm til lasten for at slå den til. Du har brug for en komponent mellem din mikrocontroller og enheden, der vil blive kontrolleret med lille spænding og strøm. Relæer og transistorer anvendes oftest til dette formål.

Transistor

Transistor fungerer som en driver i denne applikation, der giver den nødvendige strøm til relæet for at få det slået til, når det er i mætningstilstand.

Omkalde

Omkalde anvendes til at begrænse strømmen i LED, transistorer.

LED

Lysemittende diod anvendes til at indikere, om bryderen er tændt eller slukket.

Relæ

Et relæ er en kontaktor, der anvendes til at kontrollere høj effekt elektrisk last (som en bryder, motor, og solenoide). En normal kontaktor kan ikke håndtere høj effekt last, derfor anvendes relæer til at kontrollere høj effekt elektrisk last.

Arbejdsmåde for fjernkontrol af bryder med mikrocontroller

Når en kommando gives til mikrocontrolleren for at slå lasten til, sættes mikrocontrollerens pin til 3,3V (i ovenstående kredsløb), hvilket slår NPN transistor til. Når transistoren er TIL, flyder strøm fra kollektor til emitter på transistoren, hvilket aktiverer relæet, og relæet forbinder AC-spænding til bryderen, der slår bryderen til.

En LED anvendes til at indikere, om bryderen er TIL eller FRA. Når en mikrocontrollerpin er høj, er LED'en tændt (Bryder TIL), når mikrocontrollerpin er lav, er transistoren i FRA-tilstand, og ingen strøm flyder til relæets spole, og bryderen er FRA, LED er også FRA.

Beskyttelsesdiod

Når relæet slukkes, dannes en baglæns e.m.f., der kan skade transistoren, hvis størrelsen af baglæns e.m.f. er større end VCEO-spændingen på transistoren. For at beskytte transistoren samt den digitale output fra mikrocontrolleren anvendes en diod, der leder, når relæet er slukket. Dette kaldes også frihjulsdiod.

Design

Den antagne mikrocontroller giver 3,3V, når pinnen er høj, og 0V, når pinnen er lav. Vælg et relæ på 12 V og 360-ohm spolemodstand, så strømmen, relæet tager for at slå til, er

Dette er relæets nominelle strøm.

LED (fremadrettet spænding = 1,2 V) tager omkring 20mA strøm, så modstanden RLED

RLED værdien kan vælges til 500 Ω.

RB kan vælges til 4K for at give mere basestrøm til transistoren GUI (Grafisk Brugerflade): En GUI kan udvikles i højniveau sprog (som C#), der anvender UDP (User Datagram Protocol) til kommunikation med mikrocontroller over PC. Nedenfor er GUI, der kontrollerer den digitale output fra mikrocontroller over UDP-protokol.