ماژول رله ۵ ولت چهار کاناله | نحوه کارکرد و راهنمای عملی

اگر تلاش کرده باشید لوازم برقی مانند پنکه، چراغ، بخاری یا سایر لوازم خانگی را با آردوینو کنترل کنید یا پروژه‌های مشابه دیگر را انجام دهید، احتمالاً به این نکته پی برده‌اید که نمی‌توان مستقیماً با آردوینو که در ولتاژ ۵ ولت کار می‌کند، این لوازم را که ولتاژ آن‌ها برابر با برق شهر و خیلی بیشتر از ولتاژ ‌کاری آردوینو است، کنترل کرد. در این موارد، با کمک یک ماژول رله برای سوئیچ مدار، می‌توانیم به راحتی از آردوینو برای کنترل این لوازم استفاده کنیم. در این آموزش ابتدا با ماژول رله آشنا می‌شویم، سپس درباره ماژول رله 5 ولت چهار کاناله بحث خواهیم کرد.

ماژول رله چیست؟

قبل از کار با ماژول رله برای کلیدزنی یا همان سوئیچ کردن تجهیزات ولتاژ بالا، باید بدانیم که این قطعه چگونه کار می‌کند.

فیلم آموزش حفاظت و رله در فرادرس

کلیک کنید

رله که در قالب یک ماژول رله ارائه می‌شود، یک سوئیچ الکتریکی است که می‌تواند با عبور یا عدم عبور جریان، روشن یا خاموش شود و مدار مورد نظر را قطع و وصل کند. ماژول رله به گونه‌ای طراحی شده که با ولتاژ پایین مانند 3٫3 ولت یا 5 ولت آردوینو کنترل شود.

همان‌طور که در تصویر بالا مشاهده می‌شود، روی ماژول‌های رله، مکعبی وجود دارد که تعداد کانال‌های آن را نشان می‌دهد. ماژول های رله با دو کانال، چهار کانال، هشت کانال و بیشتر از آن نیز موجود هستند.

رله چگونه کار می‌کند؟

همان‌طور که در بالا ذکر شد، رله یک سوئیچ الکتریکی است که دو کنتاکت دارد. با جدا شدن این دو کنتاکت، رله مدار باز شده و با تماس این دو، بسته می‌شود و جریان را از خود عبور می‌دهد.

فیلم آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۱ در فرادرس

کلیک کنید

برای مثال، رله SRD-05VDC-SL-C دارای سه ترمینال ولتاژ بالای (NC ،C و NO) است که به دستگاهی که می‌خواهیم کنترل کنیم متصل می‌شوند. طرف دیگر سه پایه ولتاژ پایین (زمین، سیگنال و Vcc) دارد که به آردوینو متصل می‌شوند.

پایه‌ها به شرح زیر هستند:

• NC: مخفف Normally Closed و یک ترمینال ۱۲۰/۲۴۰ ولت است که در حالت عادی بسته است.
• NO: مخفف Normally Open است و یک ترمینال ۱۲۰-۲۴۰ ولت است که در حالت عادی باز است.
• C: ترمینال مشترک (Common)
• زمین (Ground): به پایه زمین آردوینو متصل می‌شود.
• Vcc: پایه 5 ولت آردوینو را متصل می‌کند.
• سیگنال (Signal): سیگنال تریگر آردوینو برای فعال‌سازی رله است.

درون رله یک سوئیچ 120/240 ولت وجود دارد که به یک آهنربای الکتریکی متصل است. وقتی رله سیگنال HIGH را در پین سیگنال دریافت می‌کند، آهنربای الکتریکی شارژ می‌شود و کنتاکت‌های سوئیچ را باز می‌کند یا می‌بندد.

رله NO و رله NC

رله دو نوع کنتاکت الکتریکی دارد: «در حالت عادی باز» (Normally Open) یا NO و «در حالت عادی بسته» (Normally Closed) یا NC. سیگنالی که استفاده می‌کنید به این بستگی دارد که آیا می‌خواهید سیگنال 5 ولت سوئیچ را روشن یا خاموش کند. در هر دو مورد، جریان تغذیه 120-240 ولت در ترمینال مشترک (C) وارد رله می‌شود. برای استفاده از کنتاکت‌های در حالت عادی باز، از ترمینال NO استفاده کنید. برای استفاده از کنتاکت‌های در حالت عادی بسته نیز باید از ترمینال NC استفاده شود.

در پیکربندی در حالت عادی باز یا NO، هنگامی که رله یک سیگنال HIGH دریافت می‌کند، سوئیچ 120/240 ولت بسته می‌شود و اجازه می‌دهد جریان از ترمینال C به ترمینال NO برقرار شود. یک سیگنال LOW رله را غیرفعال کرده و جریان را متوقف می‌کند. بنابراین اگر می‌خواهید سیگنال HIGH رله را روشن کند، از ترمینال NO استفاده کنید.

در پیکربندی در حالت عادی بسته یا NC، هنگامی که رله یک سیگنال HIGH دریافت می‌کند، سوئیچ 120/240 ولت باز می‌شود و اجازه نمی‌دهد جریان از ترمینال C به ترمینال NC برسد. بنابراین، یک سیگنال LOW موجب برقراری جریان در رله می‌شود. بنابراین اگر می‌خواهید سیگنال HIGH رله را خاموش کند، از ترمینال NC استفاده کنید.

ماژول رله 5 ولت تک کاناله

برای آنکه نشان دهیم ماژول رله 5 ولت چگونه کار می‌کند و برنامه آن در آردوینو چگونه نوشته می‌شود، یک مدار رله کنترل شده با دما را بررسی می‌کنیم. در این مدار، وقتی دمای یک ترمیستور به ۱۵۰ درجه فارنهایت برسد، چراخ خاموش می‌شود. به طور مشابه، می‌توان همین کار را برای توقف موتوری که داغ شده است به کار برد.

فیلم آموزش برد آردوینو Arduino با انجام پروژه های عملی در فرادرس

کلیک کنید

شکل زیر، مدار ساده کنترل دما را با ماژول رله 5 ولت تک کاناله نشان می‌دهد.

برای اتصال ماژول رله 5 ولت به مدار، سیم برق‌دار (سیم قرمز در تصویر بالا) را در سیم‌های منتهی به لامپ مشخص کنید و آن را ببُرید. طرف منتهی به لامپ را به ترمینال NO رله و طرف منتهی به دوشاخه را به ترمینال C وصل کنید. به این ترتیب، رله در طرف گرم یا همان برق‌دار قرار دارد و جریان قبل از رسیدن به لامپ سوئیچ می‌شود. قرار دادن رله در مسیر سیم خنثی خطرناک است، زیرا اگر دستگاه از کار بیفتد، هنگامی که رله خاموش است، جریان می‌تواند دچار خطای زمین شود.

بخش ترمیستور مدار به عنوان یک مقسم ولتاژ تنظیم شده است. مقدار مقاومت باید به همان ترتیب ترمیستور باشد. به عنوان مثال، در مدار بالا از یک ترمیستور 10K Ω استفاده کرده‌ایم، بنابراین مقاومت نیز باید 10K Ω باشد. اگر از ترمیستور 100K Ω استفاده کنیم، باید یک مقاومت 100K Ω به کار ببریم.

اگر از ترمیستور 100K Ω استفاده کنیم، باید خط 7 کد برنامه را به صورت زیر تغییر دهیم.

1Temp = log(100000.0*((1024.0/RawADC-1)));

وقتی همه چیز را متصل کردیم، کد زیر را در آردوینو بارگذاری می‌کنیم:

1#include <math.h>
2
3int pinOut = 10;
4
5double Thermistor(int RawADC) {
6 double Temp;
7 Temp = log(10000.0*((1024.0/RawADC-1))); 
8 Temp = 1 / (0.001129148 + (0.000234125 + (0.0000000876741 * Temp * Temp ))* Temp );
9 Temp = Temp - 273.15;          
10 Temp = (Temp * 9.0)/ 5.0 + 32.0; 
11 return Temp;
12}
13
14void setup() {
15  Serial.begin(9600);
16  pinMode(10, OUTPUT);
17}
18
19void loop() {             
20  int val;                
21  double temp;            
22  val=analogRead(0);      
23  temp=Thermistor(val);   
24  Serial.print("Temperature = ");
25  Serial.print(temp);   
26  Serial.println(" F");
27  if (temp >= 150){
28    digitalWrite(pinOut, LOW);
29  }
30  else {
31    digitalWrite(pinOut, HIGH);
32  }
33  delay(500);            
34}

در این مثال، رله متصل باقی می‌ماند و به گذر جریان از مدار و در نتیجه چراغ همچنان روشن خواهد بود. این کار تا زمانی ادامه می‌یابد که دمای ترمیستور به ۱۵۰ درجه فارنهایت برسد. در این دما، رله مدار را قطع کرده و جریان متوقف می‌شود. می‌توانید مقدار دما را در خط ۲۷ برنامه که به صورت زیر است، تغییر دهید:

1if (temp >= 150){

ماژول رله 5 ولت چهار کاناله

شکل زیر برد رابط رله 5 ولت چهار کاناله را نشان می‌دهد که هر کانال آن به جریان 15 تا 20 میلی‌آمپر برای سوئیچ کردن مدار نیاز دارد. از این ماژول رله 5 ولت چهار کاناله می‌توان برای کنترل وسایل و تجهیزات مختلفی استفاده کرد که جریان کاری آن‌ها زیاد است. این ماژول مجهز به رله‌هایی با قابلیت قطع و وصل جریان زیاد است که در جریان‌های 10A در 250VAC یا 10A در 30VDC کار می‌کنند. ماژول رله 5 ولت چهار کاناله یک رابط استاندارد است که می‌توان آن را مستقیماً توسط میکروکنترلر کنترل کرد.

در تصویر شماتیک زیر میبینیم که وقتی پورت سیگنال در سطح LOW است، چراغ سیگنال روشن شده، اپتوکوپلر 817c (اپتوکوپلر سیگنال‌های الکتریکی را توسط نور انتقال می‌دهد و می‌تواند سیگنال‌های الکتریکی ورودی و خروجی را از هم ایزوله کند) سیگنال را منتقل کرده و سپس ترانزیستور سیم‌پیچ رله برق‌دار می‌کند و کنتاکت NO رله بسته می‌شود. وقتی پورت سیگنال در سطح HIGH باشد، کنتاکت NC رله باز خواهد شد. بنابراین می‌توان با کنترل سطح پورت سیگنال کنترل، بار را متصل و جدا کنید.

مشخصات پایه‌های ماژول رله 5 ولت چهار کاناله به شرح زیر است:

ورودی‌ها:

• VCC: ولتاژ تغذیه مثبت
• GND: زمین
• IN1 - IN4: پورت‌های کنترل رله

خروجی‌ها:

• بار 30VDC / 10A و 250VAC / 10A

نقشه برد مدار چاپی (PCB) و مشخصات آن، به صورت زیر است:

• ابعاد: 75 میلی‌متر (طول) × 55 میلی متر (عرض) × 19٫3 میلی متر (ارتفاع)
• وزن: 61 گرم
• رنگ PCB: آبی
• در چهار گوشه برد چهار سوراخ پیچ ثابت وجود دارد که نصب و جدا کردن آن‌ها آسان است. قطر سوراخ 3٫1 میلی‌متر است.
• رله با کیفیت بالا با پرتاب دو قطب تک، یک ترمینال مشترک، یک ترمینال به طور معمول باز و یک ترمینال به طور معمول بسته
• ایزولاسیون اتصال نوری، ضد تداخل
• در سطح LOW نشانگر بسته و در در سطح HIGH نشانگر خاموش است.
• VCC منبع تغذیه سیستم و JD_VCC منبع تغذیه رله است. ولتاژ‌ کاری رله معمولاً 5 ولت است.
• حداکثر خروجی رله: 30VDC / 10A و 250VAC / 10A

هنگامی که ترمینال‌های ورودی (IN4 ،IN3 ،IN2 ،IN1) با سیگنال‌های سطح LOW تحریک شوند، مشاهده خواهیم کرد که رله‌های K4 ،K3 ،K2 ،K1 بسته می‌شوند و این چرخه تکرار خواهد شد. برای نمایش بصری قابلیت قطع و وصل مدار، دو LED به رله‌های K1 و K2 متصل می‌کنیم.

سپس کد زیر را در میکروکنترلر بارگذاری می‌کنیم:

1//the relays connect to
2int IN1 = 3;
3int IN2 = 4;
4int IN3 = 5;
5int IN4 = 6;
6#define ON   0
7#define OFF  1
8void setup() 
9{
10  relay_init();//initialize the relay
11}
12
13void loop() {
14
15  relay_SetStatus(ON, OFF, OFF,OFF);//turn on RELAY_1 
16  delay(2000);//delay 2s
17  relay_SetStatus(OFF, ON, OFF,OFF);//turn on RELAY_2
18  delay(2000);//delay 2s
19  relay_SetStatus(OFF, OFF, ON,OFF);//turn on RELAY_3
20  delay(2000);//delay 2s
21  relay_SetStatus(OFF, OFF, OFF,ON);//turn on RELAY_3
22  delay(2000);//delay 2s
23}
24void relay_init(void)//initialize the relay
25{  
26  //set all the relays OUTPUT
27  pinMode(IN1, OUTPUT);
28  pinMode(IN2, OUTPUT);
29  pinMode(IN3, OUTPUT);
30  pinMode(IN4, OUTPUT);
31  relay_SetStatus(OFF,OFF,OFF,OFF);//turn off all the relay
32}
33//set the status of relays
34void relay_SetStatus( unsigned char status_1,  unsigned char status_2, unsigned char status_3,unsigned char status_4)
35{
36  digitalWrite(IN1, status_1);
37  digitalWrite(IN2, status_2);
38  digitalWrite(IN3, status_3);
39  digitalWrite(IN4, status_4);
40
41}

مشاهده خواهیم کرد که رله‌ها یکی یکی بسته می‌شوند و LED روی برد و LEDهای متصل به K1 و K2 با باز و بسته شدن رله‌ها روشن و خاموش می‌شوند.

معرفی فیلم آموزش برد آردوینو (Arduino) با انجام پروژه های عملی 

برای آشنایی بیشتر با آردوینو پیشنهاد می‌کنیم به فیلم آموزش برد آردوینو (Arduino) با انجام پروژه های عملی «فرادرس» مراجعه کنید که مدت زمان آن ۱۹ ساعت و ۱۰ دقیقه است.

در درس اول این آموزش که در ۹ درس تدوین شده، معرفی اجمالی با برد آردوینو (Arduino) بیان شده است. در درس دوم، واحد ارتباط سریال در آردوینو مورد بحث قرار گرفته است. موضوع درس سوم واحد PWM و ADC در آردوینو است.

واحد وقفه و SPI در آردوینو نیز در درس‌های چهارم و پنجم معرفی شده‌اند. به واحد TWI و I2C در آردوینو نیز در درس ششم پرداخته شده است. حافظه EEPROM نیز موضوع درس هفتم است. آرایه‌ها و رشته‌ها در آردوینو از مباحث مهمی هستند که در درس هشتم گنجانده شده‌اند و در نایت، برنامه‌نویسی پیشرفته برد آردوینو در درس نهم آموزش داده شده است.

• برای مشاهده فیلم آموزش برد آردوینو (Arduino) با انجام پروژه های عملی + اینجا کلیک کنید.