Fernbedienbare Schaltstelle mit Mikrocontroller
Wir stoßen oft auf Situationen, in denen wir eine elektrische Last durch das Drücken von Tasten in einem Computerprogramm ein- oder ausschalten möchten. Nehmen wir als Beispiel an, dass Sie in einem Kraftwerk sitzen und einen Schalterschutz ferngesteuert einschalten möchten. Das Fernsteuern von Schalterschützen aus einer Entfernung kann mit einem Mikrocontroller erreicht werden. Wir werden erläutern, wie man einen Ferngesteuerten Schalterschutz mit einem Mikrocontroller herstellt.
Für diesen ferngesteuerten Schalterschutz benötigen wir:
Mikrocontroller (wie z.B. ein Arduino)
Transistor
Dioden
Widerstände
Relais
LED
PC (Personal Computer)
Mikrocontroller
Ein Mikrocontroller ist ein IC, das die Intelligenz besitzt, Befehle, die über ein Kommunikationsprotokoll vom PC empfangen werden, zu verstehen. Ein Mikrocontroller verfügt über verschiedene Kommunikationsprotokolle, um mit dem PC zu kommunizieren, wie Seriell, Ethernet und CAN (Controller Area Network)-Kommunikationsprotokolle.
Ein Mikrocontroller verfügt über viele Peripheriegeräte wie GPIO (General Purpose Input Output)-Pins, ADC (Analog-Digital-Wandler), Timer, UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) und Ethernet und viele weitere Peripheriegeräte, um mit der Außenwelt zu kommunizieren. Der digitale Ausgang eines Mikrocontrollers ist ein Niedrigstromsignal.
Wenn Sie einen Pin auf HIGH setzen, beträgt die Spannung, die an diesem Pin anliegt, typischerweise +3,3V oder +5V, und die Ampere, die er liefern oder absaugen kann, sind etwa 30mA. Dies ist in Ordnung, wenn Sie eine LED steuern, deren Bedarf gering ist.
Wenn wir den Schalterschutz durch einen Mikrocontroller-Pin steuern möchten, benötigen wir einen Treiber, der den erforderlichen Strom zum Einschalten des Lastes liefern kann. Sie benötigen eine Komponente zwischen Ihrem Mikrocontroller und dem Gerät, das mit kleiner Spannung und Stromstärke gesteuert wird. Relais und Transistoren werden für diesen Zweck am häufigsten verwendet.
Transistor
Der Transistor arbeitet in dieser Anwendung als Treiber, der den erforderlichen Strom zum Relais liefert, um es einzuschalten, wenn er im Sättigungsmodus ist.
Widerstand
Widerstände werden verwendet, um den Strom in LED und Transistoren zu begrenzen.
LED
Eine Leuchtdiode wird verwendet, um anzuzeigen, ob der Schalterschutz eingeschaltet oder ausgeschaltet ist.
Relais
Ein Relais ist ein Schalter, der verwendet wird, um hohe elektrische Lasten (wie Schalterschütze, Motoren und Solenoiden) zu steuern. Ein normaler Schalter kann keine hohe elektrische Last handhaben, deshalb wird ein Relais verwendet, um hohe elektrische Lasten zu steuern.
Funktionsprinzip der Fernsteuerung des Schalterschutzes durch Mikrocontroller
Wenn ein Befehl an den Mikrocontroller gegeben wird, um die Last einzuschalten, wird der Mikrocontroller-Pin auf 3,3V (im obigen Schaltkreis) gesetzt, was den NPN-Transistor ein- bzw. ausschaltet. Wenn der Transistor eingeschaltet ist, fließt Strom vom Kollektor zum Emitter des Transistors, was das Relais betätigt und das Relais schließt die Wechselspannung an den Schalterschutz, wodurch der Schalterschutz eingeschaltet wird.
Eine LED wird verwendet, um anzuzeigen, ob der Schalterschutz eingeschaltet oder ausgeschaltet ist. Wenn ein Mikrocontroller-Pin hoch ist, ist die LED eingeschaltet (Schalterschutz eingeschaltet). Wenn der Mikrocontroller-Pin niedrig ist, ist der Transistor im Aus-Zustand und kein Strom fließt zur Spule des Relais und der Schalterschutz ist aus, die LED ist ebenfalls aus.
Schutzdioden
Wenn das Relais ausgeschaltet wird, entsteht eine Rückseitspannung, die den Transistor beschädigen kann, wenn die Größe der Rückseitspannung höher ist als die VCEO-Spannung des Transistors. Um den Transistor sowie den digitalen Ausgang des Mikrocontrollers zu schützen, wird eine Dioden verwendet, die leitet, wenn das Relais ausgeschaltet ist. Dies wird auch als Freilaufdioden bezeichnet.
Entwicklung
Der angenommene Mikrocontroller gibt 3,3V, wenn der Pin hoch ist, und 0V, wenn der Pin niedrig ist. Wählen Sie ein Relais mit 12 V und 360-Ohm-Spulenwiderstand, dann ist der Strom, den das Relais zum Einschalten benötigt
Dies ist der Nennstrom des Relais.
Die LED (Vorwärts-Spannung = 1,2 V) verbraucht etwa 20mA Strom, dann ist der Widerstand RLED
RLED kann auf 500 Ω gewählt werden.
RB kann auf 4K gewählt werden, um mehr Basisstrom zum Transistor GUI (Graphical User Interface): Eine GUI kann in einer Hochsprache (wie C#) entwickelt werden, die UDP (User Datagram Protocol) verwendet, um mit dem Mikrocontroller über den PC zu kommunizieren. Unten ist die GUI, die den digitalen Ausgang des Mikrocontrollers über das UDP-Protokoll steuert.
