Interruptor automático de control remoto utilizando un microcontrolador

A menudo nos encontramos en situaciones en las que queremos encender una carga eléctrica presionando algunos botones en un programa de computadora. Considera un ejemplo, donde estás sentado en una planta de energía y deseas encender un interruptor automático de forma remota. El control de los interruptores automáticos desde una ubicación remota se puede lograr utilizando un microcontrolador. Discutiremos cómo hacer un Interruptor Automático Controlado Remotamente Usando un Microcontrolador.

Para este interruptor automático controlado de forma remota, necesitaremos:

1. Microcontrolador (como un Arduino)

2. Transistor

3. Diodo

4. Resistencias

5. Rele

6. LED

7. PC (Computadora Personal)

Microcontrolador

Un microcontrolador es un CI que tiene la inteligencia para entender los comandos recibidos de la PC a través de un protocolo de comunicación. Un microcontrolador tiene diferentes protocolos de comunicación para comunicarse con la PC, como Serial, Ethernet y CAN (Controller Area Network).

Un microcontrolador tiene muchos periféricos, como pines GPIO (general purpose Input Output), ADC (Analog to Digital Converter), temporizador, UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) y Ethernet, entre otros, para comunicarse con el mundo externo.
La salida digital de un microcontrolador es una señal de baja amperaje.

Cuando configuras un pin en ALTO, el voltaje en ese pin es típicamente +3.3V o +5V y la corriente que puede suministrar o absorber es alrededor de 30mA. Esto es suficiente si estás controlando un LED cuyo requerimiento es mínimo.

Si queremos controlar un interruptor automático con un pin del microcontrolador, necesitamos un driver que pueda suministrar la cantidad de corriente necesaria para encender la carga. Necesitas un componente entre tu microcontrolador y el dispositivo que será controlado con un voltaje y corriente pequeños. Los reles y los transistores son los más utilizados para este propósito.

Transistor

El transistor funciona como un driver en esta aplicación, proporcionando la corriente necesaria para activar el rele cuando está en modo de saturación.

Resistencia

Las resistencias se utilizan para limitar la corriente en LED y transistores.

LED

El diodo emisor de luz se utiliza para indicar si el interruptor automático está encendido o apagado.

Rele

Un rele es un interruptor que se utiliza para controlar cargas eléctricas de alta potencia (como interruptores automáticos, motores y solenoides). Un interruptor normal no puede manejar cargas de alta potencia, por lo que se utiliza un rele para controlar estas cargas.

Principio de Funcionamiento del Control Remoto de Interruptor Automático por Microcontrolador

Cuando se le da un comando al microcontrolador para encender la carga, el pin del microcontrolador se establece en 3.3V (en el circuito anterior) lo que enciende el transistor NPN. Cuando el transistor está ENCENDIDO, la corriente fluye del colector al emisor del transistor, lo que actúa sobre el rele y conecta el voltaje AC al interruptor automático, encendiéndolo.

Se utiliza un LED para indicar si el interruptor automático está ENCENDIDO o APAGADO. Cuando el pin del microcontrolador está alto, el LED está encendido (interruptor automático ENCENDIDO). Cuando el pin del microcontrolador está bajo, el transistor está en estado APAGADO y no fluye corriente al bobinado del rele, y el interruptor automático está APAGADO, el LED también está APAGADO.

Diodo de Protección

Cuando el rele se apaga, se genera una e.m.f. inversa que puede dañar el transistor si su magnitud es mayor que el voltaje VCEO del transistor. Para proteger el transistor, así como la salida digital del microcontrolador, se utiliza un diodo que conduce cuando el rele está apagado. Este también se conoce como diodo de rueda libre.

Diseño

El microcontrolador asumido proporciona 3.3V cuando el pin está alto y 0V cuando el pin está bajo. Elija un rele de 12 V y 360 ohmios de resistencia del bobinado, entonces la corriente tomada por el rele para encenderse

Esta es la corriente nominal del rele.

El LED (voltaje forward = 1.2 V) consume alrededor de 20mA, entonces la resistencia RLED

El valor de RLED puede elegirse en 500 Ω.

RB puede elegirse como 4K para proporcionar más corriente base al transistor GUI (Interfaz Gráfica de Usuario): Se puede desarrollar una GUI en un lenguaje de alto nivel (como C#) que use el protocolo UDP (User Datagram Protocol) para comunicarse con el microcontrolador a través de la PC. A continuación, se muestra la GUI que controla la salida digital del microcontrolador a través del protocolo UDP.