マイクロコントローラを使用したリモート制御遮断器
我々はしばしば、コンピュータプログラム上のボタンを押して電気負荷をオンにしたい状況に直面します。例えば、発電所で作業をしている場合、リモートでサーキットブレーカーをオンにしたいと考えることがあります。リモートからのサーキットブレーカーの制御は、マイクロコントローラを使用することで達成できます。マイクロコントローラを使用したリモート制御サーキットブレーカーの作り方について説明します。
このリモート制御サーキットブレーカーには以下の部品が必要です：
マイクロコントローラ（例：Arduino）
トランジスタ
ダイオード
抵抗
リレー
LED
PC（パーソナルコンピュータ）
マイクロコントローラ
マイクロコントローラは、通信プロトコルによってPCから受け取った命令を理解する能力を持っています。マイクロコントローラは、シリアル、イーサネット、CAN（Controller Area Network）などの通信プロトコルを使用してPCと通信することができます。
マイクロコントローラは、GPIO（汎用入出力）ピン、ADC（アナログ・デジタル変換器）、タイマ、UART（ユニバーサル非同期受信送信装置）、イーサネットなど、外部世界との通信に使用される多くの周辺機器を持っています。
マイクロコントローラからのデジタル出力は低アンペア信号です。
ピンをHIGHに設定すると、そのピンにかかる電圧は通常+3.3Vまたは+5Vであり、供給または吸収できる電流は約30mAです。これは、要件が小さいLEDを制御するのに十分です。
もしマイクロコントローラのピンでサーキットブレーカーを制御したい場合は、負荷をオンにするために必要な電流を供給できるドライバーが必要です。マイクロコントローラと制御対象デバイスの間に、小さな電圧と電流で動作する部品が必要です。リレーとトランジスタが最もよく使用されます。
トランジスタ
トランジスタは、このアプリケーションではドライバーとして機能し、飽和モードでリレーに必要な電流を供給します。
抵抗
抵抗は、LEDやトランジスタの電流を制限するために使用されます。
LED
発光ダイオードは、サーキットブレーカーがオンかオフかを示すために使用されます。
リレー
リレーは、高電力の電気負荷（例えばサーキットブレーカー、モーター、ソレノイド）を制御するために使用されるスイッチです。通常のスイッチでは高電力負荷を扱えませんので、リレーが使用されます。
マイクロコントローラによるサーキットブレーカーのリモート制御の動作原理
マイクロコントローラに負荷をオンにするコマンドを与えると、マイクロコントローラのピンが3.3V（上記回路の場合）になり、NPNトランジスタがオンになります。トランジスタがオンになると、コレクタからエミッタへ電流が流れ、リレーが作動し、リレーがAC電圧をサーキットブレーカーに接続してサーキットブレーカーをオンにします。
LEDは、サーキットブレーカーがオンかオフかを示すために使用されます。マイクロコントローラのピンがハイの場合、LEDが点灯（サーキットブレーカーON）、ピンがローの場合、トランジスタはオフ状態となり、リレーのコイルに電流が流れず、サーキットブレーカーはオフ、LEDも消灯します。
保護ダイオード
リレーがオフになると、バックEMFが生成され、これがトランジスタのVCEO電圧を超えるとトランジスタを損傷する可能性があります。トランジスタおよびマイクロコントローラのデジタル出力を保護するために、リレーがオフになったときに導通するダイオードが使用されます。これはフリーホイールダイオードとも呼ばれます。
設計
ピンがハイの場合、想定されたマイクロコントローラは3.3Vを出力し、ピンがローの場合、0Vを出力します。12V、360Ωのコイル抵抗を持つリレーを選択すると、リレーをオンにするための電流は次のようになります：
これはリレーの定格電流です。
LED（順方向電圧 = 1.2 V）は約20mAの電流を取ります。したがって、抵抗RLEDは次のようになります：
RLEDの値は500 Ωに選択できます。
RBは4Kに選択して、トランジスタにより多くのベース電流を供給することができます。GUI（グラフィカルユーザーインターフェース）：GUIはC#などの高レベル言語で開発され、UDP（User Datagram Protocol）を使用してPC経由でマイクロコントローラと通信します。以下は、UDPプロトコルを介してマイクロコントローラのデジタル出力を制御するGUIです。
