Przeciążnik sterowany zdalnie za pomocą mikrokontrolera
Często zdarza się sytuacja, w której chcemy włączyć obciążenie elektryczne poprzez naciśnięcie przycisków w programie komputerowym. Rozważmy przykład, w którym siedzisz w elektrowni i chcesz zdalnie włączyć wyłącznik. Sterowanie wyłącznikami z odległego miejsca można osiągnąć za pomocą mikrokontrolera. Omówimy, jak stworzyć Zdalnie Sterowany Wyłącznik Używając Mikrokontrolera.
Dla tego zdalnie sterowanego wyłącznika będziemy potrzebować:
Mikrokontroler (np. Arduino)
Tranzystor
Dioda
Rezystory
Relay
LED
PC (Personal Computer)
Mikrokontroler
Mikrokontroler to UKŁ, który ma inteligencję do zrozumienia komend otrzymanych z PC poprzez protokół komunikacyjny. Mikrokontroler posiada różne protokoły komunikacji z PC, takie jak szeregowy, Ethernet i CAN (Controller Area Network).
Mikrokontroler ma wiele periferii, takich jak GPIO (ogólne wejście/wyjście), ADC (analogowo-cyfrowa konwertera), timer, UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) i Ethernet, oraz wiele innych periferii do komunikacji z zewnętrznym światem. Cyfrowe wyjście z mikrokontrolera to sygnał o niskiej amperaż.
Kiedy ustawisz pin na wysoki, napięcie na tym pinie wynosi zwykle +3,3V lub +5V, a prąd, który może dostarczyć lub wchłonąć, wynosi około 30mA. To wystarczy, jeśli kontrolujesz LED, którego wymagania są niewielkie.
Jeśli chcemy sterować wyłącznikiem za pomocą pina mikrokontrolera, potrzebujemy sterownika, który może dostarczyć odpowiednią ilość prądu do obciążenia, aby je włączyć. Potrzebujesz komponentu między mikrokontrolerem a urządzeniem, które zostanie sterowane małym napięciem i prądem. Najczęściej do tego celu używane są relaje i tranzystory.
Tranzystor
Tranzystor działa jako sterownik w tej aplikacji, dostarczając wymagany prąd do relaja, aby go włączyć, gdy jest w trybie nasycenia.
Rezystor
Rezystory służą do ograniczenia prądu w LED, tranzystorach.
LED
Lampa emitująca światło (LED) służy do wskazywania, czy wyłącznik jest włączony, czy wyłączony.
Relay
Relay to przełącznik, który służy do sterowania dużymi obciążeniami elektrycznymi (takimi jak wyłącznik, silnik, cewka). Normalny przełącznik nie może obsługiwać dużych obciążeń, dlatego do sterowania dużymi obciążeniami elektrycznymi używa się relajów.
Zasada działania zdalnego sterowania wyłącznikiem przez mikrokontroler
Gdy dana jest komenda mikrokontrolerowi, aby włączyć obciążenie, pin mikrokontrolera jest ustawiony na 3,3V (w powyższym obwodzie), co włącza tranzystor NPN. Gdy tranzystor jest włączony, prąd płynie od zbieracza do emitera tranzystora, co aktywuje relaj, a relaj podłącza napięcie AC do wyłącznika, co włącza wyłącznik.
LED służy do wskazywania, czy wyłącznik jest włączony, czy wyłączony. Gdy pin mikrokontrolera jest wysoki, LED jest włączone (wyłącznik włączony), gdy pin mikrokontrolera jest niski, tranzystor jest w stanie wyłączonym, a żaden prąd nie płynie do cewki relaju, a wyłącznik jest wyłączony, LED również jest wyłączone.
Dioda ochronna
Gdy relaj jest wyłączony, generowany jest odwrotne napięcie EMF, które może uszkodzić tranzystor, jeśli jego wartość przekracza napięcie VCEO tranzystora. Aby chronić tranzystor oraz cyfrowe wyjście mikrokontrolera, używa się diody, która przewodzi, gdy relaj jest wyłączony. Ta dioda znana jest również jako dioda freewheeling.
Projektowanie
Przyjmowany mikrokontroler daje 3,3V, gdy pin jest wysoki, i 0V, gdy pin jest niski. Wybierz relaj o napięciu 12 V i oporności cewki 360 ohm, wtedy prąd pobierany przez relaj, aby się włączyć
To jest nominalny prąd relaju.
LED (napędowe napięcie = 1,2 V) pobiera około 20 mA prądu, wtedy opór RLED
Wartość RLED można wybrać na 500 Ω.
RB można wybrać na 4K, aby zapewnić większy prąd bazowy do tranzystora GUI (Graphical User Interface): GUI można opracować w języku wysokiego poziomu (np. C#), który używa UDP (User Datagram Protocol) do komunikacji z mikrokontrolerem przez PC. Poniżej znajduje się GUI, które steruje cyfrowym wyjściem mikrokontrolera przez protokół UDP.
