سیستم قطع کننده مدار از راه دور با استفاده از میکروکنترلر

اغلب در موقعیت‌هایی قرار داریم که می‌خواهیم بار الکتریکی را با فشار دادن دکمه‌هایی در یک برنامه کامپیوتری روشن کنیم. به عنوان مثال، وقتی در یک نیروگاه نشسته‌اید و می‌خواهید یک شیر قطع‌کننده را از راه دور روشن کنید. کنترل شیرهای قطع‌کننده از محلی دور با استفاده از میکروکنترلر قابل انجام است. در اینجا خواهیم گفت چگونه یک شیر قطع‌کننده کنترل‌شده از راه دور با استفاده از میکروکنترلر ساخته می‌شود.

برای این شیر قطع‌کننده کنترل‌شده از راه دور ما به نیازمند هستیم:

1. میکروکنترلر (مانند یک آردوینو)

2. ترانزیستور

3. دیود

4. مقاومت‌ها

5. رله

6. LED

7. کامپیوتر شخصی (PC)

میکروکنترلر

میکروکنترلر یک مدار مجتمع است که هوشمندی لازم برای درک دستورات دریافتی از کامپیوتر توسط پروتکل ارتباطی را دارد. میکروکنترلر پروتکل‌های ارتباطی مختلفی برای ارتباط با کامپیوتر دارد مانند سریال، اترنت و CAN (شبکه منطقه کنترل).

میکروکنترلر دارای پریفراول‌های مختلفی مانند پین‌های GPIO (ورودی و خروجی عمومی)، ADC (تبدیل‌کننده آنالوگ به دیجیتال)، تایمر، UART (گیرنده و فرستنده نامتقارن جهانی) و اترنت و پریفراول‌های بسیاری دیگر برای ارتباط با دنیای خارج است.
خروجی دیجیتال از یک میکروکنترلر یک سیگنال با جریان پایین است.

وقتی یک پین را HIGH تنظیم می‌کنید، ولتاژ روی آن پین معمولاً +3.3V یا +5V است و جریانی که می‌تواند منبع یا گرفته شود حدود 30mA است. این برای کنترل یک LED که نیاز آن کوچک است مناسب است.

اگر می‌خواهیم شیر قطع‌کننده را با پین میکروکنترلر کنترل کنیم نیاز به یک درایور داریم که جریان مورد نیاز را به بار برای روشن شدن تأمین کند. نیاز به یک مولفه بین میکروکنترلر و دستگاه کنترل شده با ولتاژ و جریان کوچک دارید. رله‌ها و ترانزیستورها بیشتر برای این منظور استفاده می‌شوند.

ترانزیستور

ترانزیستور به عنوان یک درایور در این کاربرد عمل می‌کند که جریان مورد نیاز را به رله برای روشن شدن آن در حالت اشباع تأمین می‌کند.

مقاومت

مقاومت‌ها برای محدود کردن جریان در LED و ترانزیستورها استفاده می‌شوند.

LED

دیود نورپرداز برای نشان دادن وضعیت روشن یا خاموش بودن شیر قطع‌کننده استفاده می‌شود.

رله

رله یک سوئیچ است که برای کنترل بار الکتریکی با توان بالا (مانند شیر قطع‌کننده، موتور و سلنیود) استفاده می‌شود. یک سوئیچ عادی نمی‌تواند بار توان بالا را کنترل کند، بنابراین از رله برای کنترل بار توان بالا استفاده می‌شود.

اصول کار کنترل از راه دور شیر قطع‌کننده توسط میکروکنترلر

وقتی دستوری به میکروکنترلر داده می‌شود تا بار را روشن کند، پین میکروکنترلر به 3.3V تنظیم می‌شود (در مدار فوق) که ترانزیستور NPN را روشن می‌کند. وقتی ترانزیستور روشن است، جریان از کالکتور به امیتر ترانزیستور جریان می‌یابد که رله را فعال می‌کند و رله ولتاژ AC را به شیر قطع‌کننده متصل می‌کند که شیر قطع‌کننده را روشن می‌کند.

LED برای نشان دادن وضعیت روشن یا خاموش بودن شیر قطع‌کننده استفاده می‌شود. وقتی پین میکروکنترلر بالا است LED روشن است (شیر قطع‌کننده روشن) وقتی پین میکروکنترلر پایین است ترانزیستور در حالت خاموش است و هیچ جریان به سیم پیچ رله جریان نمی‌یابد و شیر قطع‌کننده خاموش است، LED نیز خاموش است.

دیود محافظ

وقتی رله خاموش می‌شود، یک e.m.f. معکوس تولید می‌شود که می‌تواند ترانزیستور را در صورتی که مقدار e.m.f. معکوس بیشتر از ولتاژ VCEO ترانزیستور باشد، آسیب برساند. برای محافظت از ترانزیستور و همچنین خروجی دیجیتال میکروکنترلر از یک دیود استفاده می‌شود که زمانی که رله خاموش است رسانایی می‌کند. این دیود همچنین به عنوان دیود فری‌ویلینگ شناخته می‌شود.

طراحی

میکروکنترلر فرضی 3.3V وقتی پین بالا است و 0V وقتی پین پایین است. یک رله 12V با مقاومت سیم پیچ 360-اهم انتخاب کنید، سپس جریان مورد نیاز برای روشن شدن رله

این جریان اسمی رله است.

LED (ولتاژ جلویی = 1.2 V) حدود 20mA جریان می‌گیرد سپس مقاومت RLED

مقدار RLED می‌تواند 500 Ω انتخاب شود.

RB می‌تواند 4K انتخاب شود تا جریان بیشتری به پایه ترانزیستور بدهد GUI (رابط کاربری گرافیکی): یک GUI می‌تواند در زبان سطح بالا (مانند C#) توسعه یافته باشد که از UDP (پروتکل پیام‌رسانی کاربر) برای ارتباط با میکروکنترلر از طریق PC استفاده می‌کند. زیر یک GUI است که خروجی دیجیتال میکروکنترلر را از طریق پروتکل UDP کنترل می‌کند.