Управление автоматическим выключателем на расстоянии с использованием микроконтроллера
Мы часто сталкиваемся с ситуациями, когда хотим включить электрическую нагрузку, нажав некоторые кнопки на компьютерной программе. Рассмотрим пример, когда вы сидите на электростанции и хотите дистанционно включить автоматический выключатель. Управление автоматическими выключателями из удаленного места можно осуществить с помощью микроконтроллера. Мы обсудим, как сделать дистанционный автоматический выключатель с использованием микроконтроллера.
Для этого дистанционного автоматического выключателя нам понадобятся:
Микроконтроллер (например, Arduino)
Транзистор
Диод
Резисторы
Реле
Светодиод
ПК (персональный компьютер)
Микроконтроллер
Микроконтроллер — это ИМС, которая способна понимать команды, полученные от ПК по протоколу связи. Микроконтроллер имеет различные протоколы связи для общения с ПК, такие как последовательный, Ethernet и CAN (Controller Area Network).
У микроконтроллера есть множество периферийных устройств, таких как GPIO (общего назначения входы-выходы), ADC (аналого-цифровой преобразователь), таймер, UART (универсальный асинхронный приемопередатчик) и Ethernet, а также многие другие периферийные устройства для связи с внешним миром.
Цифровой выход от микроконтроллера — это сигнал малого ампеража.
Когда вы устанавливаете пин HIGH, напряжение на этом пине обычно составляет +3,3 В или +5 В, а ампераж, который он может подавать или потреблять, составляет около 30 мА. Это нормально, если вы управляете светодиодом, требования которого минимальны.
Если мы хотим управлять автоматическим выключателем через пин микроконтроллера, то нам требуется драйвер, который может обеспечить необходимый ток для нагрузки, чтобы включить ее. Вам нужен компонент между вашим микроконтроллером и устройством, которое будет управляться с помощью малого напряжения и тока. Для этой цели чаще всего используются реле и транзисторы.
Транзистор
Транзистор работает как драйвер в этом приложении, который обеспечивает необходимый ток для реле, чтобы включить его, когда он находится в режиме насыщения.
Резистор
Резисторы используются для ограничения тока в светодиодах и транзисторах.
Светодиод
Светодиод используется для индикации, включен ли автоматический выключатель или нет.
Реле
Реле — это выключатель, который используется для управления мощными электрическими нагрузками (такими как автоматический выключатель, двигатель и соленоид). Обычный выключатель не может справиться с мощными нагрузками, поэтому реле используется для управления мощными электрическими нагрузками.
Принцип работы дистанционного управления автоматическим выключателем с помощью микроконтроллера
Когда микроконтроллеру дают команду включить нагрузку, пин микроконтроллера устанавливается на 3,3 В (в вышеупомянутой схеме), что включает транзистор NPN. Когда транзистор включен, ток течет от коллектора к эмиттеру транзистора, что активирует реле, и реле подключает переменное напряжение к автоматическому выключателю, включая его.
Светодиод используется для индикации, включен ли автоматический выключатель или нет. Когда пин микроконтроллера высокий, светодиод включен (автоматический выключатель включен). Когда пин микроконтроллера низкий, транзистор находится в выключенном состоянии, и ток не течет к катушке реле, автоматический выключатель выключен, светодиод также выключен.
Защитный диод
Когда реле выключено, генерируется обратное ЭДС, которое может повредить транзистор, если его величина превышает напряжение VCEO транзистора. Чтобы защитить транзистор, а также цифровой выход микроконтроллера, используется диод, который проводит, когда реле выключено. Этот диод также известен как фри-виллинговый диод.
Проектирование
Предполагаемый микроконтроллер дает 3,3 В, когда пин высокий, и 0 В, когда пин низкий. Выберите реле на 12 В и 360-омную катушку, тогда ток, потребляемый реле, чтобы включиться, составит
Это номинальный ток реле.
Светодиод (прямое напряжение = 1,2 В) потребляет около 20 мА, тогда сопротивление RLED
Значение RLED можно выбрать 500 Ом.
RB можно выбрать 4 КОм, чтобы обеспечить больший базовый ток транзистора GUI (графический пользовательский интерфейс): GUI можно разработать на высокоуровневом языке (например, C#), который использует UDP (User Datagram Protocol) для связи с микроконтроллером через ПК. Ниже приведен GUI, который управляет цифровым выходом микроконтроллера по протоколу UDP.
