Daljinsko upravljanje prekidačem pomoću mikrokontrolera
Često se susrećemo s situacijom u kojoj želimo upravljati električnim opterećenjem pritiskom na neke tipke na računalnom programu. Promotrimo primjer gdje ste sjedili u elektrani i želite daljinski upravljati prekidačem. Upravljanje prekidačima s udaljenog mjesta može se postići korištenjem mikrokontrolera. Raspravit ćemo kako izraditi daljinski upravljani prekidač koristeći mikrokontroler.
Za ovaj daljinski upravljani prekidač trebat će nam:
Mikrokontroler (npr. Arduino)
Tranzistor
Dioda
Otpornici
Relé
LED
PC (Personal Computer)
Mikrokontroler
Mikrokontroler je IC koji ima inteligenciju da razumije naredbe koje primi od PC-a putem komunikacijskog protokola. Mikrokontroler ima različite komunikacijske protokole za komunikaciju s PC-om poput serije, Ethernet i CAN (Controller Area Network) protokoli.
Mikrokontroler ima mnogo periferija poput pinova za općenito ulazno/izlazno (GPIO), ADC (Analog to Digital Converter), tajmer, UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) i Ethernet te još mnogo periferija za komunikaciju s vanjskim svijetom.
Digitalni izlaz iz mikrokontrolera je signal s niskim amperažom.
Kada postavite pin na HIGH, napon na tom pinu obično iznosi +3.3V ili +5V, a amperi koji može generirati ili potrošiti su oko 30mA. To je dobro ako kontrolirate LED čije su potrebe male.
Ako želimo upravljati prekidačem pomoću mikrokontrolera tada nam je potreban vozač koji može generirati potrebnu količinu struje za upaljenje opterećenja. Potrebna vam je komponenta između mikrokontrolera i uređaja koji bi se upravljao malim naponom i strujom. Relé i tranzistori najčešće se koriste za tu svrhu.
Tranzistor
Tranzistor radi kao vozač u ovoj aplikaciji koji daje potrebnu struju reléu da se upali kad je u stanju nasycenosti.
Otpornik
Otpornici se koriste za ograničavanje struje u LED-u, tranzistorima.
LED
Svjetiljka s diodama se koristi za označavanje da li je prekidač uključen ili isključen.
Relé
Relé je prekidač koji se koristi za upravljanje visokosnopnim električnim opterećenjem (poput prekidača, motora, solenoida). Normalni prekidač ne može obraditi visokosnopno opterećenje, stoga se koristi relé za upravljanje visokosnopnim električnim opterećenjem.
Načelo rada daljinske kontrole prekidača pomoću mikrokontrolera
Kada se mikrokontroleru pošalje naredba da upali opterećenje, pin mikrokontrolera postavlja se na 3.3V (u gornjem krugu) što upali NPN tranzistor. Kada je tranzistor uključen, struja teče od kolektora do emitera tranzistora, što aktivira relé i relé spoji AC napajanje na prekidač, što upali prekidač.
LED se koristi za označavanje da li je prekidač uključen ili isključen. Kada je pin mikrokontrolera visok, LED je uključena (prekidač uključen), kada je pin mikrokontrolera niski, tranzistor je u stanju isključen i nema struje koja teče kroz cijev reléa i prekidač je isključen, LED je također isključena.
Zaštitna dioda
Kada je relé isključen, generira se obratan e.m.f. koji može oštetiti tranzistor ako je magnituda obratnog e.m.f. veća od VCEO napona tranzistora. Za zaštitu tranzistora i digitalnog izlaza mikrokontrolera koristi se dioda koja provodi kada je relé isključen. Ovo se također naziva slobodno tečna dioda.
Dizajniranje
Pretpostavljeni mikrokontroler daje 3.3V kada je pin visok i 0V kada je pin niski. Odaberite relé od 12 V i otpornosti cijevi od 360 ohma, tada struja koju relé uzima da se upali
Ovo je nominalna struja reléa.
LED (napredni napon = 1.2 V) uzima oko 20mA struje, tada otpornost RLED
RLED vrijednost može biti odabrana na 500 Ω.
RB može biti odabran na 4K kako bi se dala više bazične struje tranzistoru GUI (Grafički korisnički interfejs): GUI se može razviti u visokom programskom jeziku (poput C#) koji koristi UDP (User Datagram Protocol) za komunikaciju s mikrokontrolerom preko PC-a. Ispod je GUI koji upravlja digitalnim izlazom mikrokontrolera preko UDP protokola.
