Как подключить реле к ардуино нано

Подключение блока реле к Arduino по I²C

Любите ли вы I²C так же, как люблю я? Поистине, гениальное изобретение — можно подключить до 64 устройств всего по двум проводам (не считая питания). Сегодня статья — туториал для новичков. Мы будем подключать готовый блок реле из 8 штук, израсходовав всего два пина. Как ни странно, нормальных туториалов я так и не нашел, в том числе в англоязычном сегменте. Постараюсь восполнить этот пробел.

Блок из 8 пятивольтовых реле с опторазвязкой Модуль PCF8574

Реле уже имеют всю необходимую обвязку и могут управляться напрямую цифровыми выходами. Но наша задача — подключить их по I²C. Как и в прошлой моей статье про USB клавиатуру (https://habr.com/ru/post/645109/), я взял I²C расширитель портов ввода-вывода на микросхеме PCF8574. Она имеет 8 портов (P0 — P7) и один пин прерывания, который мы в данном случае использовать не будем. Соединить модуль реле и модуль PCF8574 очень просто — паяем IN1 — IN8 к P0 — P7, соответственно. Очень удобно припаять модуль прямо на пины блока реле. Можно для удобства сюда же припаять кабель с разъемом. Я взял «витую пару» и разъем DIN-5. Блок реле пролежал у меня в коробке на антресоли лет 7, поэтому слегка запылился. Большим плюсом данного блока есть наличие светодиодов, сигнализирующих о включении реле.

Модуль из 8 реле с припаянным PCF8574

К Arduino Nano подключаем A4 > SDA, A5 > SCL. Ну и соответственно, питание.

Arduino Nano pinout

Обращение к устройству I²C происходит по адресу, который можно задать DIP переключателями на плате модуля PCF8574. Когда они все выключены (0 0 0), это соответствует адресу 0x20. Я взял библиотеку PU2CLR — PCF8574 Arduino Library (https://github.com/pu2clr/PCF8574), ее также можно установить через менеджер библиотек Arduino IDE. Следующий скетч будет «перещелкивать» все 8 реле в цикле с задержкой в 1 секунду.

Бонусом моя коробочка — тестер. Я собрал ее специально для подобных экспериментов. Она состоит из Arduino Nano, LCD экрана 1602 с припаянным модулем. конечно же I²C, энкодера с кнопкой, и «пищалки» (которая умеет только пищать, т.е издавать звук одного тона, просто ради прикола). Двумя нажатиями на ручку энкодера можно, например, узнать адреса всех подключенных I²C устройств, поворотами ручки — переключать порты. Что забавно, вся начинка уместилась в крышке коробочки. В корпусе только разъем DIN-5. Как работает реле с этим устройством — на видео.

Arduino и реле

Электромагнитное реле – универсальный способ коммутировать нагрузку. Универсальность в том, что реле имеет чисто механический контакт, то есть физически замыкает контакты. Это позволяет коммутировать нагрузку как переменного, так и постоянного тока в широком диапазоне напряжений: от 0 до сетевого, то есть 220 Вольт. По току производитель обещает 10 А, то есть можно коммутировать например 2 кВт обогреватель. Само реле напрямую к микроконтроллеру подключать нельзя, поэтому для управления силовая схема развязывается с логической, соответственно китайцы выпускают несколько типов модулей реле:

В наборе идёт красный модуль с настройкой логического уровня (жёлтый джампер-перемычка между буквами H и L). В центре – самый дешёвый модуль с минимальной обвязкой, высокого уровня. И справа – тоже неплохой модуль, но низкого уровня, что не всегда удобно использовать. Примечание: реле высокого уровня переключается при высоком сигнале на логический вход, а низкого – низком. Все модули реле имеют три пина на одном конце и три на другом:

Слева находятся пины питания и управления самого реле:

• VCC (DC+, +) – питание
• GND (DC-, -) – “земля”
• IN (S) – логический управляющий сигнал

Справа находятся выходы самого реле, это одна контактная группа с переключением:

• COM (Common) – общий контакт
• NO (Normal Open) – нормально разомкнутый относительно COM контакт
• NC (Normal Close) – нормально замкнутый относительно COM контакт

Работает это следующим образом: само реле (синяя коробочка на плате) питается от VCC и GND и подключается на питание схемы, так как реле потребляет около 60 мА при переключении. Но управляется реле логическим сигналом от микроконтроллера, который подаётся на пин IN. На выходе реле наблюдается следующая картина: у неактивного реле замкнуты контакты COM и NC. При активации реле контакт переключается и COM замыкается с NO.

Реле высокого уровня будет включаться и потреблять ток при подаче высокого сигнала (5, 3.3V), а низкого – при подаче низкого (GND, 0V). Чисто логически удобнее использовать реле высокого уровня: подали высокий сигнал – реле включилось. Мы кстати разбирали реле вот в этом уроке. И вот в этом:

Подключение

Примеры

Для активации реле достаточно подать высокий сигнал (для реле из набора) на логический вход. Для примера и проверки подойдёт и классический пример “мигания светодиодом”:

Подключение и управление реле к Ардуино

Подключение модуля реле к Ардуино потребуется, если вы решите управлять с помощью микроконтроллера мощной нагрузкой или переменным током. Модуль реле SRD-05VDC-SL-C позволяет управлять электрическими цепями с переменным током до 250 Вольт и нагрузкой до 10 Ампер. Рассмотрим схему подключения реле, как управлять модулем для включения светодиодной ленты и лампы накаливания.

Реле Ардуино: распиновка, характеристики

Реле – это электромеханическое устройство, которое служит для замыкания и размыкания электрической цепи с помощью электромагнита. Принцип работы силового реле srd-05vdc очень прост. При подаче управляющего напряжения на электромагнитную катушку, в ней возникает электромагнитное поле, которое притягивает металлическую лапку и контакты мощной нагрузки замыкаются.

Реле SRD-05VDC-SL-C Ардуино: распиновка, характеристики

Если контакты реле замыкаются при подаче управляющего напряжения, то такое реле называют замыкающим. Если при подаче управляющего напряжения контакты реле размыкаются, а в нормальном состоянии контакты сомкнуты, то реле называется размыкающим. Также реле бывают постоянного и переменного тока, одноканальными, многоканальными и переключающими. Принцип действия у всех одинаковый.

Согласно характеристикам реле SRD-05VDC-SL-C, для переключения контактов достаточно около 5 Вольт 20 мА, выводы на Ардуино способны выдавать до 40 мА. Таким образом с помощью Ардуино мы можем управлять не только лампой накаливания, но и любым бытовым прибором — обогревателем, холодильником и т.д. Полевые транзисторы на Ардуино могут управлять токами только до 100 Вольт.

Как подключить реле к Ардуино

Для этого занятия потребуется:

• Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• блок питания 12 Вольт;
• светодиодная лента;
• провода «папа-папа» и «папа-мама».

Соберите схему, как показано на картинке ниже. Подобная схема использовалась в проекте Светильник с управлением от пульта, где светодиодная лента включалась при помощи реле. Модуль имеет три контакта для управления от микроконтроллера Ардуино и два контакта для подключения мощной электрической цепи. Схема подключения реле к Ардуино УНО, Нано или Ардуино Мега ничем не отличается:

GND — GND
VCC — 5V
In — любой цифровой порт

Схема подключения реле srd-05vdc-sl к Ардуино Уно

После сборки электрической схемы, загрузите следующий скетч в микроконтроллер. Данная программа ничем не отличается от скетча для мигания светодиода на Ардуино, мы только поменяли в скетче порт и задали большее время задержки.

Скетч для управления реле от Ардуино

После загрузки скетча включите блок питания в цепь. Реле при этом должно устанавливаться в разрыве одного из проводов, идущего к LED ленте. Для безопасности лучше устанавливать реле в провод заземления. К минусам реле следует отнести щелчки при замыкании/размыкании контакта, поэтому для включения LED ленты и других приборов до 40 Вольт удобнее использовать транзисторы.

Видео. Управление LED лентой через реле

Реле может использоваться для создания автоматического светильника, где используется лампа накаливания 220 Вольт, а микроконтроллер Arduino Uno включает лампу, когда уровень освещенности в помещении станет меньше заданной величины. Также можно сделать автоматическое управление электрообогревателем в комнате, включая реле Ардуино, в зависимости от температуры в помещении.

Урок 39. Реле времени: управление устройствами по таймеру

В этом уроке мы создадим четырёхканальное реле времени. К данному устройству можно подключить до 4 приборов (лампочки, светодиодные ленты, моторы, обогреватели, вентиляторы и т.д.), каждое из которых будет включаться на заданные для него промежутки времени суток и в заданные дни недели.

Каждый из четырёх каналов нашего реле времени может выдавать не только логические уровни (1/0 — вкл/выкл), но и сигналы ШИМ (включать приборы на определённую мощность).

В реле времени имеется 20 таймеров (их количество можно уменьшить или увеличить до 128, указав нужное число в строке 16 скетча). Один таймер включает только одно устройство (канал) на заданный промежуток времени, не влияя на работу остальных устройств (каналов). Каждому устройству (каналу) можно назначить несколько таймеров, следовательно, включать и выключать каждое из устройств можно несколько раз в сутки и на разную мощность. При отключении питания, таймеры реле не сбиваются, так как их настройки хранятся в энергонезависимой памяти Arduino. Текущее время также не сбивается, так как оно берётся из модуля часов реального времени, который снабжен батарейкой.

Реле времени можно использовать для включения освещения по времени в доме, квартире, на даче, на производстве и т.д. Можно использовать для включения по времени вентиляции, котлов, обогревателей, полива газонов, систем очистки дачных бассейнов и т.д. Еще одним преимуществом реле времени является создание эффекта присутствия, например, Вас нет дома, но свет утром и вечером включается, а днём и ночью выключается, утром включается радио или телевизор, а ночью включается ночник. Это может заставить задуматься нежелательных «гостей», что дом обитаем и делать там нечего.

Нам понадобится:

х 1шт.
• Дисплей LCD1602 I2C зелёный или синий x 1шт.
• Trema I2C HUB прямоугольный или квадратный x 1шт. x 1шт. x 1шт. x 1шт.

Для реализации проекта нам необходимо установить библиотеки:

для работы с символьными ЖК дисплеями. для работы с энкодерами через аппаратный таймер. для работы с модулями реального времени.
• Библиотеки EEPROM, Wire и pgmspace используемые в скетче, входят в стандартный набор Arduino IDE.

О том как устанавливать библиотеки, Вы можете ознакомиться на странице Wiki — Установка библиотек в Arduino IDE .

Видео:

Схема подключения:

Trema модуль RTC и дисплей LCD1602 I2C подключаются к аппаратной шине I2C через Trema I2C HUB, а Trema энкодер можно подключать к любым (цифровым или аналоговым) выводам Arduino, их номера указываются в скетче (в примере использованы выводы D4, D7 и D8). Для удобства подключения используется Trema Shield.

Приборы подключаются к каналам 1-4:

• Маломощные приборы с питанием 5 В постоянного тока до 20 мА можно подключать напрямую к одному из каналов.
• Приборы с питанием до 30 В постоянного тока подключаются через силовой ключ.
• Приборы с питанием от сети 220 В переменного тока подключаются через твердотельное или электромеханическое реле.

Алгоритм работы:

Режим просмотра времени: При включении питания на индикаторе отображается текущее время, дата и день недели. Номера включённых каналов отображаются в правом верхнем углу дисплея.

Меню: Для входа в меню нужно нажать на энкодер. Далее поворачивая экодер вправо или влево можно выбрать разделы «ТАЙМЕРЫ», «ЧАСЫ», «ВЫХОД», для входа в требуемый раздел нужно опять нажать на энкодер.

Меню>часы: В данном разделе меню, поворачивая энкодер вправо или влево, можно выбрать разделы «ВРЕМЯ», «ДАТА», «ВЫХОД», для входа в требуемый раздел нужно нажать на энкодер.

Меню>часы>время: Этот раздел меню предназначен для установки текущего времени. Устанавливаемый в данный момент параметр времени (часы, минуты, секунды) должен мигать. Выбор значения осуществляется поворотом энкодера, а переход к следующему значению, нажатием на энкодер.

Меню>часы>дата: Этот раздел меню предназначен для установки текущей даты и дня недели. Устанавливаемый в данный момент параметр даты (день, месяц, год, день недели) должен мигать. Выбор значения осуществляется поворотом энкодера, а переход к следующему значению, нажатием на энкодер.

Меню>таймеры: В данном разделе меню, поворачивая энкодер вправо или влево, можно выбрать один из установленных таймеров (для их редактирования) или разделы «НОВЫЙ ТАЙМЕР», «СТЕРЕТЬ ВСЕ ТАЙМЕРЫ», «ВЫХОД», для входа в требуемый раздел нужно нажать на энкодер. Установленные таймеры отображаются в виде строки из времени их старта/сброса и номера канала «00:00-00:00-0».

Меню>таймеры>новый таймер: Выбор данного раздела приведёт к созданию нового таймера, на экране отобразится надпись «НОВЫЙ ТАЙМЕР СОЗДАН» после чего Вам будет предложено ввести время старта/сброса и указать номер канала (который будет включаться данным таймером). Данный раздел меню недоступен если установлены все таймеры.

Меню>таймеры>стереть все таймеры: Выбор данного раздела приведёт к удалению всех таймеров, на экране отобразится надпись «ВСЕ ТАЙМЕРЫ УДАЛЕНЫ». Данный раздел меню недоступен если нет ни одного установленного таймера.

Меню>таймеры>00:00-00:00-0: Вместо «00:00-00:00-0» будет строка из времени старта/сброса таймера и номера канала которым он управляет. Данный раздел меню предназначен для редактирования выбранного таймера, поворачивая энкодер вправо или влево, можно выбрать разделы «ВРЕМЯ И КАНАЛ», «ПОВТОРЫ», «УРОВЕНЬ СИГНАЛА», «СТЕРЕТЬ ТАЙМЕР», «ВЫХОД», для входа в требуемый раздел нужно нажать на энкодер.

Меню>таймеры>00:00-00:00-0>время и канал: Этот раздел меню предназначен для установки (редактирования) времени старта/сброса таймера и номера канала которым он управляет. Устанавливаемый в данный момент параметр (час старта, минута старта, час сброса, минута сброса, номер канала) должен мигать. Выбор значения осуществляется поворотом энкодера, а переход к следующему значению, нажатием на энкодер.

Меню>таймеры>00:00-00:00-0>повторы: Этот раздел меню предназначен для установки (редактирования) повторов таймера по дням недели, в которые он должен срабатывать. Под устанавливаемым в данный момент параметром (ПН, ВТ, СР, ЧТ, ПТ, СБ, ВС) должен мигать курсор. Поворот энкодера устанавливает или сбрасывает стрелочку под устанавливаемым параметром, если она установлена значит в этот день недели таймер будет срабатывать, иначе он срабатывать не будет. Переход к следующему дню недели осуществляется нажатием на энкодер.

Меню>таймеры>00:00-00:00-0>уровень сигнала: Этот раздел меню предназначен для установки (редактирования) уровня сигнала на выбранном канале при срабатывании таймера. Выбор уровня сигнала от 5% до 100% осуществляется поворотом энкодера с шагом 5%, а нажатие на энкодер приведёт к выходу из данного раздела.

Меню>таймеры>00:00-00:00-0>стереть таймер: Выбор данного раздела приведёт к удалению выбранного таймера, на экране отобразится надпись «ТАЙМЕР УДАЛЕН».

Примеры:

Создание таймера который по будням, между 18:00 и 20:00, будет включать 4 канал с уровнем сигнала 100%:

• Нажмите на энкодер для входа в меню.
• Поворачивайте энкодер пока не увидите раздел «ТАЙМЕРЫ» и войдите в него нажав на энкодер.
• Поворачивайте энкодер пока не увидите раздел «НОВЫЙ ТАЙМЕР» и войдите в него нажав на энкодер.
• Введите «18:00-20:00 к4». Выбор значений осуществляется поворотом энкодера, а переход к следующему — нажатием.
• Поворачивайте энкодер пока не увидите раздел «ПОВТОРЫ» и войдите в него нажав на энкодер.
• Установите галочки под «ПН, ВТ,СР,ЧТ,ПТ» . Установка осуществляется поворотом энкодера, а переход — нажатием.
• Поворачивайте энкодер пока не увидите раздел «УРОВЕНЬ СИГНАЛА» и войдите в него нажав на энкодер.
• Установите значение «100%». Выбор значения осуществляется поворотом энкодера, а установка — нажатием.
• Поворачивайте энкодер пока не увидите раздел «ВЫХОД» и выйдите из редактирования таймера нажав на энкодер.
• Поворачивайте энкодер пока не увидите раздел «ВЫХОД» и выйдите из раздела «ТАЙМЕРЫ» нажав на энкодер.
• Поворачивайте энкодер пока не увидите раздел «ВЫХОД» и выйдите из «МЕНЮ» нажав на энкодер.

Теперь на экране отображается текущее время, дата и день недели, а по будням, с 18:00 до 20:00 в правом верхнем углу экрана будет отображаться цифра 4, при этом на 4 канале будет установлен уровень логической «1» (сигнал ШИМ со 100% заполнением). На остальных каналах будет уровень логического «0».

Создание таймера который между 19:00 и 21:00 каждого дня, будет включать 3 канал с уровнем сигнала 50%:

Повторите все шаги из предыдущего примера, но:
• Вместо «18:00-20:00 к4» введите «19:00-21:00 к3» .
• Вместо «ПН, ВТ, СР, ЧТ, ПТ» установите галочки под всеми днями недели «ПН, ВТ, СР, ЧТ, ПТ, СБ, ВС».
• Вместо «100%» установите уровень сигнала «50%».

После того как Вы установите два таймера (из 1 и 2 примера): По будням с 18:00 до 19:00 в правом верхнем углу экрана будет отображаться цифра 4, при этом на 4 канале будет установлен уровень логической 1 (сигнал ШИМ со 100% заполнением). По будням с 19:00 до 20:00 в правом верхнем углу экрана будет отображаться цифра 3 и 4, при этом на 3 канале будет установлен сигнал ШИМ с 50% заполнением, а на 4 канале будет установлен уровень логической «1» (сигнал ШИМ со 100% заполнением). По будням с 20:00 до 21:00 и в выходные с 19:00 до 21:00, в правом верхнем углу экрана будет отображаться цифра 3, при этом на 3 канале будет установлен сигнал ШИМ с 50% заполнением.

Примечание:

Включение и выключение устройств осуществляется по установленным таймерам только в режиме просмотра времени. Это сделано для того, чтобы устройства «случайно» не включились во время редактирования текущей даты, времени или таймера.

Код программы:

Библиотека iarduino_Encoder_tmr использует второй аппаратный таймер, НЕ ВЫВОДИТЕ СИГНАЛЫ ШИМ НА 3 ИЛИ 11 ВЫВОД!