خاموش و روشن کردن لامپ توسط آردوینو و رله

در بسیاری از پروژه ها نیاز است تا آردوینو دستگاه های برقی AC مانند لامپ، پنکه یا دیگر دستگاه های خانگی را کنترل کند. اما از آنجا که آردوینو با ولتاژ ۵ ولت dc کار می کند، امکانپذیر نیست تا مستقیما این دستگاه های متصل به برق شهر را کنترل کند.

اینجاست که ماژول رله وارد عمل می شود. شما می توانید از یک ماژول رله برای کنترل جریان متناوب و آردوینو برای کنترل رله استفاده کنید.

در این آموزش شما را با نحوه راه اندازی ماژول رله یک کاناله برای روشن/خاموش کردن لامپ یا دستگاه های دیگر آشنا می کنیم، اما در ابتدا با یک مقدمه کوتاه درباره رله ها شروع می کنیم.

رله ها چگونه کار می کنند؟

رله یک سوئیچ الکترومغناطیسی است که توسط یک جریان نسبتا کوچک در بخش سیم پیچ خود می تواند جریان بسیار بزرگ تری را در بخش خروجی خود کنترل کند.

این یک انیمیشن ساده است که نشان می دهد که چگونه رله از یک مدار برای روشن کردن مدار دیگر استفاده می کند.

در ابتدا مدار اول خاموش است و تا زمانی که یک عامل (مثل بسته شدن مدار یک سنسور یا سوئیچ) آن را روشن نکند، هیچ جریانی از آن عبور نمی کند. در نتیجه مدار دوم نیز خاموش است.

هنگامی که جریان کوچکی از مدار اول عبور می کند، سیم پیچ را فعال می شود که باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی در اطراف آن می گردد.

انرژی میدان الکترومغناطیس باعث حرکت کنتاکتور رله در سمت دوم مدار می شود، در نتیجه سوئیچ بسته شده و اجازه می دهد جریان بسیار بزرگتری از مدار دوم عبور کند. هنگامی که جریان مدار اول متوقف می شود، کنتاکتور به موقعیت عادی خود برمی گردد و دوباره مدار دوم را خاموش می کند.

اجزای مورد نیاز

شما به اجزای زیر نیاز دارید:

آردوینو UNO اونو × 1
ماژول رله تک کاناله یا دو کاناله × 1
لامپ 220 ولت

اجزای یک رله معمولی

به طور معمول رله دارای ۵ پایه است که سه عدد از آن ها ترمینال های ولتاژ بالا (NC، COM و NO) هستند که به دستگاهی که می خواهید کنترل کنید متصل می شوند.

جریان اصلی به پایانه مشترک (COM) وارد رله می شود. استفاده از ترمینال های NC و NO به این بستگی دارد که می خواهید مدار دستگاه خود را چگونه ببندید اما معمولا در ساده ترین حالت به پایه NO متصل می کنیم. بین دو پایه 1 و 2 (کویل ۱ و کویل ۲ در شکل زیر)، یک سیم پیچ (کویل) وجود دارد که یک میدان الکترومغناطیس را برقرار یا قطع می کند.

هنگامی که جریان از سیم پیچ عبور می کند، میدان الکترومغناطیس برقرار می شود و کنتاکتور داخلی سوئیچ رله را حرکت می دهد. در این حالن خروجی NO (پایه در حالت عادی باز) به COM (پایه مشترک) متصل می شود و پایه NC (پایه در حالت عادی بسته) قطع می شود. هنگامی که جریان مدار سیم پیچ قطع می شود، کنتاکتور داخلی رله به حالت اولیه خود باز می گردد یعنی پایه NC به پایه COM متصل می شود و پایه NO مدار باز می شود. این رله به عنوان یک کلید تک پل دو حالته (SPDT) در صنعت شناخته می شود.

ماژول رله تک کاناله

در این آموزش می خواهیم از یک ماژول رله تک کانال استفاده کنیم. همچنین ماژول های دیگری با تعداد کانال بیشتر وجود دارند که شما می توانید ماژولی را انتخاب کنید که برای نیازهای شما مناسب تر است.

این ماژول تنها برای کنترل یک دستگاه ولتاژ بالا توسط آردوینو شما طراحی شده است. این ماژول دارای رله با تحمل جریان ۱۰ آمپر با ولتاژ متناوب ۲۵۰ VAC یا ولتاژ ثابت ۳۰ VDC است.

ال ای دی ها

دو LED روی ماژول رله وجود دارد که LED قرمز نشان می دهد ماژول روشن است و LED سبز نشان می دهد که سیم پیچ رله فعال و کنتاکتور به پایه NO وصل شده است.

ترمینال های خروجی

سه پایه ترمینال خروجی رله به پایه های ترمینال آبی وصل شده اند. همانطور که ذکر شد پایه ها به نام های پایه COM، پایه NC و پایه NO برچسب گذاری شده اند. این نام ها وضعیت ترمینال خروجی سوئیچ رله را در حالت عدم وجود جریان در مدار اول رله نشان می دهند.

پایه COM (مشترک): این پایه ای است که باید به برق اصلی مورد نیاز مدار ولتاژ یا جریان بالای ما وصل باشد.

پایه NC (در حالت عادی بسته): این پایه زمانیکه فرمانی از سمت آردوینو ارسال نشده باشد، همواره به پایه COM متصل است و در مواردی که نیاز به کنترل یک دستگاه دیگر بجز دستگاه اصلی داشته باشید می تواند کاربرد داشته باشد.

پایه NO (در حالت عادی باز): این پایه در صورت خاموش بودن رله همواره مدار باز است و در صورت ارسال فرمان به پایه IN رله به پایه COM متصل می شود و دستگاه مورد نظر را روشن می کند.

پایه های کنترلی ماژول

در سمت دیگر ماژول، سه پایه وجود دارد: پایه زمین، پایه VCC برای تغذیه ماژول و یک پایه ورودی برای کنترل رله.

توجه کنید که پایه ورودی در حالت زمین بودن (atcive low) سیم پیچ رله را فعال می کند، به این معنی که وقتی پایه LOW است رله فعال می شود و وقتی پایه HIGH است غیر فعال می شود. (بدلیل استفاده از مدار ترانزیستور امیتر مشترک بین پایه IN و سیم پیچ رله)

در شکل زیر تمامی پایه های رله به همراه عنوانشان نمایش داده است:

نحوه اتصال ماژول تک کاناله رله با آردوینو UNO

حالا که همه چیز را در مورد ماژول رله می دانیم، وقت استفاده از آن است!

هشدار:

این برد با ولتاژ متناوب برق شهر کار می کند، عدم رعایت موارد ایمنی می تواند منجر به آسیب جدی یا مرگ شود. بنابراین، سعی کنید برای بار اول که این مدار می بندید از یک فرد ماهر جهت اتصال برق شهر به مدار خود کمک بگیرید.

حال می خواهیم ماژول را به برد آردوینو جهت روشن/خاموش کردن لامپ وصل کنیم. ابتدا پایه VCC روی ماژول را به پایه ۵ ولت و پایه GND را به پایه GND روی برد Arduino وصل کنید. پایه 6 دیجیتال برد آردوینو را به پایه IN ورودی ماژول برای کنترل رله متصل کنید. همچنین باید پایه های COM و NO ماژول رله را در مسیر جریان برق لامپ قرار دهید. برای اینکار باید یکی از سیم های برق متصل به لامپ و دوراهی برق شهر را قطع کرده و به دو پایه COM و NO ماژول متصل شود. تصویر زیر نحوه اتصال مدار را نشان می دهد:

کد آردوینو

حال سخت افزار مدار ما شرح داده شد، کد آردوینو بر روی برد خود آپلود می کنیم. این کد ساده ای است که لامپ را به مدت ۳ ثانیه روشن می کند و برای ۳ ثانیه بعدی خاموش نگه می دارد.

توضیح کدها:

کنترل یک ماژول رله با آردوینو به سادگی کنترل یک LED است. در ابتدای کد پایه 6 را بعنوان یک پایه خروجی دیجیتال تعریف می کنیم: