Interrupteur différentiel à commande à distance utilisant un microcontrôleur

Nous sommes souvent confrontés à des situations où nous voulons activer une charge électrique en appuyant sur des boutons d'un programme informatique. Imaginons un exemple, où vous êtes assis dans une centrale électrique et que vous voulez activer un disjoncteur à distance. Le contrôle des disjoncteurs depuis un emplacement distant peut être réalisé en utilisant un microcontrôleur. Nous allons discuter de la façon de créer un disjoncteur à commande à distance avec un microcontrôleur.

Pour ce disjoncteur à commande à distance, nous aurons besoin de :

1. Microcontrôleur (comme un Arduino)

2. Transistor

3. Diod

4. Résistances

5. Relais

6. LED

7. PC (ordinateur personnel)

Microcontrôleur

Un microcontrôleur est un CI qui possède l'intelligence pour comprendre les commandes reçues d'un PC par un protocole de communication. Un microcontrôleur dispose de différents protocoles de communication pour interagir avec un PC, tels que le série, Ethernet et CAN (Controller Area Network).

Un microcontrôleur dispose de nombreux périphériques comme des broches GPIO (entrée/sortie généralisée), un convertisseur analogique-numérique (CAN), un minuteur, un UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) et Ethernet, ainsi que de nombreux autres périphériques pour communiquer avec le monde extérieur.
La sortie numérique d'un microcontrôleur est un signal de faible intensité.

Lorsque vous configurez une broche en HAUT, la tension sur cette broche est généralement de +3,3V ou +5V et l'ampérage qu'elle peut fournir ou absorber est d'environ 30mA. Cela suffit si vous contrôlez une LED dont les besoins sont minimes.

Si nous voulons contrôler un disjoncteur par une broche de microcontrôleur, nous avons besoin d'un pilote capable de fournir l'intensité nécessaire au charge pour l'allumer. Vous avez besoin d'un composant entre votre microcontrôleur et le dispositif qui serait contrôlé avec une petite tension et intensité. Les relais et les transistors sont le plus souvent utilisés à cet effet.

Transistor

Le transistor agit comme un pilote dans cette application, fournissant l'intensité requise au relais pour l'allumer lorsqu'il est en mode de saturation.

Résistance

Les résistances sont utilisées pour limiter l'intensité dans les LED, les transistors.

LED

La diode électroluminescente est utilisée pour indiquer si le disjoncteur est allumé ou éteint.

Relais

Un relais est un interrupteur utilisé pour contrôler une charge électrique de forte puissance (comme un disjoncteur, un moteur, et un électroaimant). Un interrupteur normal ne peut pas gérer une charge de forte puissance, c'est pourquoi un relais est utilisé pour contrôler une charge électrique de forte puissance.

Principe de fonctionnement du contrôle à distance du disjoncteur par microcontrôleur

Lorsqu'une commande est donnée au microcontrôleur pour allumer la charge, la broche du microcontrôleur est mise à 3,3V (dans le circuit ci-dessus) ce qui allume le transistor NPN. Lorsque le transistor est ALLUMÉ, le courant passe du collecteur à l'émetteur du transistor, ce qui active le relais et le relais connecte la tension alternative au disjoncteur, ce qui allume le disjoncteur.

Une LED est utilisée pour indiquer si le disjoncteur est ALLUMÉ ou ÉTEINT. Lorsqu'une broche du microcontrôleur est haute, la LED est allumée (disjoncteur ALLUMÉ). Lorsque la broche du microcontrôleur est basse, le transistor est en condition ÉTEINTE et aucun courant ne circule dans la bobine du relais et le disjoncteur est ÉTEINT, la LED est également ÉTEINTE.

Diod de protection

Lorsque le relais est éteint, une f.e.m. rémanente est générée, qui peut endommager le transistor si son amplitude dépasse la tension VCEO du transistor. Pour protéger le transistor ainsi que la sortie numérique du microcontrôleur, une diode est utilisée qui conduit lorsque le relais est éteint. Cette diode est également connue sous le nom de diode de roue libre.

Conception

Le microcontrôleur supposé fournit 3,3V lorsque la broche est haute et 0V lorsque la broche est basse. Choisissez un relais de 12 V et une résistance de bobine de 360 ohms, alors l'intensité prise par le relais pour s'allumer

Ceci est l'intensité nominale du relais.

LED (tension avancée = 1,2 V) prend environ 20 mA, alors la résistance RLED

RLED peut être choisi à 500 Ω.

RB peut être choisi à 4K pour fournir plus de courant de base au transistor GUI (Interface Graphique Utilisateur) : Une GUI peut être développée en langage de haut niveau (comme C#) qui utilise le UDP (User Datagram Protocol) pour communiquer avec le microcontrôleur via un PC. Voici l'interface graphique qui contrôle la sortie numérique du microcontrôleur via le protocole UDP.