Lý do tại sao không kết nối rơle trực tiếp từ chân kỹ thuật số Arduino

Sau khi xem xét các sơ đồ khác nhau về điều khiển rơle qua Arduino, tôi nhận thấy rằng, hầu hết thời gian, các bóng bán dẫn được sử dụng để chuyển nguồn cung cấp riêng vào cuộn dây rơle thay vì cung cấp trực tiếp rơle với đầu ra 5 V từ I / O pin của Arduino. Ví dụ, tôi có rơle DPDT 5 volt và cũng là một động cơ dc nhỏ. Tôi muốn lái cả hai trực tiếp từ Arduino UNO (bản sao SM) của tôi với bộ xử lý Atmel328? Nó sẽ được khuyến khích để tiến hành?

Nếu không (rất có thể):

1. Ai đó có thể đưa ra một lời giải thích chi tiết và cũng có thể cảnh báo quan trọng về các giới hạn và công cụ hiện tại không?

2. Làm thế nào người ta có thể kiểm soát các thành phần như vậy mà không mạo hiểm với Arduino? Một số phương tiện phổ biến để thực hiện điều này là gì?

3. Những thiết bị nào khác thường có thể gây hại cho bo mạch Arduino (hoặc bất kỳ đơn vị vi điều khiển nào) theo cách tương tự?

Tôi chỉ là người mới bắt đầu muốn cực kỳ thận trọng. Cảm ơn.

Chân bộ xử lý đã hạn chế nghiêm ngặt khả năng ổ đĩa hiện tại.

• Các giá trị được xếp hạng có thể thay đổi tùy thuộc vào việc bạn muốn ổ đĩa cao hay thấp.

• Một số bộ xử lý sẽ chỉ cung cấp một vài mA và phần lớn bạn thường chính thức nhận được là trong phạm vi 20 đến 30 mA.

• Thường có giới hạn tổng dòng cho bộ xử lý và chỉ một vài chân có thể cung cấp dòng điện cực đại đồng thời.

• Các chân của bộ xử lý có điện trở hiệu quả đáng kể và điện áp cao sẽ "giảm" khi dòng điện tăng được rút ra và điện áp thấp sẽ tăng khi tải tăng. Các chân có thể cụ thể với dòng ngắn mạch tối đa nhưng tại thời điểm đó, một chân cao sẽ được kéo xuống thấp và chân thấp sẽ được kéo lên cao nên dòng ngắn mạch có khả năng ứng dụng hạn chế.

Ngay cả khi bạn có bộ xử lý định mức 25 mA cho mỗi pin, công suất khả dụng là nhỏ. 25 mA · 4V nói (giảm 1V trên 5V Vcc) = 100 mW. Hầu hết các động cơ sẽ mất nhiều hơn thế và chỉ những động cơ rất nhỏ sẽ chạy tốt khi được cung cấp năng lượng chỉ bằng một pin.

Động cơ điện và cuộn cảm sẽ tạo ra điện áp cao đáng kể khi dòng điện bị gián đoạn - điện áp hàng chục volt có thể dễ dàng dẫn đến và hơn 100 volt có thể xảy ra. Kết nối trực tiếp một động cơ của cuộn cảm với pin bộ xử lý là một lời mời để phá hủy. Murphy sẽ thường xuyên bắt buộc.

Một bóng bán dẫn (lưỡng cực hoặc MOSFET) sẽ điều khiển các động cơ sở thích thông thường có giá 10 xu (hoặc không có thiết bị bị loại bỏ) và cho phép ổ đĩa hiện tại của cổng được đệm và "khuếch đại". Sử dụng một bóng bán dẫn hoặc bộ đệm khác là một ý tưởng cực kỳ tốt nếu bạn có một hoặc một vài bộ xử lý và không muốn chúng chết một cách ngẫu nhiên.

Trình điều khiển động cơ MOSFET - từ đây - phần 8.

Điện áp và số phần là ví dụ của họ - chọn cho phù hợp.
Một lưỡng cực NPN có thể được sử dụng với việc bổ sung một điện trở đầu vào vào cơ sở bóng bán dẫn.

Trình điều khiển hai chiều - nếu bạn muốn trình điều khiển có thể lái một tải cao và thấp, mạch này sẽ hoạt động. từ đây
Cổng đầu vào trong trường hợp này là trình điều khiển bộ xử lý bên trong. Hai cổng MOSFET kết nối trực tiếp với chân bộ xử lý. Vdd thường không được cao hơn bộ xử lý Vmax_drive thừng. Cao hơn một chút có thể được thực hiện để làm việc với thiết kế phù hợp. Tải điện áp cao hơn nhiều có thể được điều khiển với mạch này (hoặc tương tự) cộng với một bóng bán dẫn phụ.

Một bộ đệm như ULN2804 (và các thành viên khác trong gia đình) sẽ điều khiển 8 kênh x 500 mA / kênh và một số kênh có thể được song song.

Một ULN2804 về cơ bản là 8 bóng bán dẫn "Darlington" với các bộ phát được kết nối với một mặt bằng chung, 8 x "bộ thu mở" (không được kết nối) và 8 điốt flyback để xử lý các xung điện áp (sử dụng tùy chọn). (Có một họ ULN280x với các đặc điểm đầu vào hơi khác nhau).

Thiết bị này cung cấp một phương tiện có giá hợp lý để cung cấp trình điều khiển kéo xuống 8 x 500 mA. Tải được kết nối từ đầu ra đến V + được bật khi chân đầu vào được điều khiển ở mức cao. Khi bạn đã sử dụng một vài lần, bạn sẽ thấy chúng rất dễ sử dụng và rất hữu ích. (Ngoài ra còn có một họ ULN200x với 7 kênh mỗi gói).

Video "làm thế nào" trên YouTube

Lái xe động cơ bước

Cũng ở đây

Lái động cơ DC nhỏ - và khá nhiều thứ khác.

Một triệu ví dụ

Digikey - có sẵn trong 1 giây nếu muốn $ 0,72 / 1, $ 0,29 trong 1000 giây.

Bảng dữ liệu ULN2804

Để bán tại Sparkfun - có thể có giá rẻ hơn nhưng những thứ này có sẵn

Đầu ra được đề xuất (nguồn hoặc chìm) từ chân I / O là 20 mA. Tối đa tuyệt đối là 40 mA. Cuộn dây chuyển tiếp của bạn có khả năng tiêu thụ nhiều hơn thế, đặc biệt là khi nó ban đầu năng lượng. Điều này sẽ làm hỏng pin đầu ra của bạn. Rồi cuối cùng nó sẽ thất bại.

Dường như không có gì là không ổn.

Không, chưa. :)

Làm thế nào người ta có thể kiểm soát các thành phần như vậy mà không mạo hiểm với Arduino? Một số phương tiện phổ biến để thực hiện điều này là gì?

Sử dụng bóng bán dẫn hoặc MOSFET.

Những thiết bị nào khác thường có thể gây hại cho bo mạch Arduino (hoặc bất kỳ đơn vị vi điều khiển nào) theo cách tương tự?

Bất cứ điều gì vượt quá điện áp tối đa hoặc giới hạn hiện tại như được ghi trong biểu dữ liệu. Các cuộn dây (ví dụ như trong rơle và động cơ) đặc biệt có khả năng có điện áp ngược cao khi chúng bị tắt, đó là lý do tại sao bạn cần một diode snubber .

Nó sẽ được khuyến khích để tiến hành?

Bạn nên chú ý đến những gì tôi đã viết ở trên và đọc nhiều, rất nhiều bài viết trên Web về cách điều khiển động cơ và rơle từ Arduino. Bạn không phải là người đầu tiên thử điều này.

Hãy xem mạch đơn giản trên bản PDF này từ Sân chơi Arduino. Nó cho thấy một bóng bán dẫn duy nhất để lái một rơle nhỏ.

Như Russell nói trong câu trả lời của mình, một chiếc ULN2804 hoặc tương tự là một con chip cho phép bạn lái một số rơle nhỏ, gọn gàng hơn so với sử dụng một số bóng bán dẫn, nếu đó là những gì bạn muốn.

. đó là lý do tại sao bạn không luôn thấy nó trong sơ đồ.)

Để thực sự bảo vệ arduino của bạn, bạn nên đặt một bộ ghép ảnh vào chân và điều khiển mạch của mình theo cách đó. Sau đó, không có điện tích cảm ứng đi lạc hoặc ngắn có thể ảnh hưởng đến arduino.

Chúng cũng được gọi là OptoIsolators hoặc Optescentplers.

http://forum.arduino.cc/index.php?topic=143954.0

Chúng ta hãy xem như một số cơ bản, những điều này dường như là cơ sở của rất nhiều câu hỏi:

Một tụ điện khi bật nguồn sẽ rút ra một lượng lớn dòng điện bị tắt khi nó được sạc. Đường cong này còn được gọi là hằng số thời gian RC (điều này gần nhưng không chính xác " http://www.electronics-tutorials.ws/rc/rc_1.html " sẽ giải thích rõ hơn).

Khi tắt một tụ phóng điện với tốc độ theo cấp số nhân (hằng số thời gian RC) tùy thuộc vào giá trị, điện áp sạc và tải. Điều này làm cho chúng tốt để giữ sức mạnh trong một thời gian ngắn khi mất điện.

Một cuộn cảm không rút ra được gì khi lần đầu tiên bật nhưng dòng điện tăng theo cấp số nhân cho đến khi điện áp của nó đạt đến điện áp cung cấp.

Khi tắt trường cảm ứng trong sự sụp đổ của cuộn cảm làm cho cực tính đảo ngược. Điện áp sẽ tăng không giới hạn cho đến khi một cái gì đó bên ngoài giới hạn nó. Tắt nó càng nhanh thì thời gian tăng và điện áp càng nhanh. Năng lượng sẽ ngừng chảy khi điện tích cảm ứng bị tiêu tán. Đoán xem dòng điện này đi đâu khi tải cảm ứng như rơle được kết nối với chân cổng?

Vì lý do này, bạn cần đặt một diode (thường được gọi là diode bánh xe bay) trên tải cảm ứng. Google cho: "đường cong điện tích / tụ điện" bạn sẽ tìm thấy rất nhiều biểu đồ đẹp giải thích điều này. Nếu bạn nhìn vào mạch, nó có cực âm + được kết nối với phía tích cực nhất của nguồn điện. Trong cấu hình này, nó sẽ không tiến hành trừ khi điện áp đảo ngược (khi tắt tải cảm ứng).

Một quan niệm sai lầm phổ biến khác là bạn có thể tải I / O của bộ vi xử lý đến mức tối đa. Đây là thiết kế xấu. Họ cung cấp cho bạn tối đa trên mỗi pin, mỗi cổng và cho chip. Ở nhiệt độ phòng có thể bạn sẽ thoát khỏi nó trong một thời gian.

Giả sử chúng ta có một cổng với tải 40mA. Đầu ra là 0,005 từ đường sắt điện. Sử dụng định luật Ohm, chúng tôi sẽ tiêu tan 20 milliwatts năng lượng trên một pin. Với tốc độ tải này, không mất nhiều thời gian để làm nóng thiết bị vì tản điện bên trong.

Khi chân đầu ra đang thay đổi trạng thái, nó sẽ thu được nhiều dòng điện hơn vì nó phải sạc hoặc xả điện dung bên trong và điện dung bên ngoài, 'nhiều nhiệt hơn', tốc độ cao hơn 'nhiều nhiệt hơn'.

Nếu bạn nhìn vào một số thông số kỹ thuật sẽ cung cấp cho bạn nhiệt độ tối đa, đó là cho điểm nối trên khuôn, chứ không phải nhiệt độ trường hợp. Nhựa là chất dẫn điện kém nên nhiệt chìm gói không làm được gì nhiều. Bây giờ hãy xem xét điều này cùng với nhiệt độ môi trường. Xếp hạng được đưa ra thường với thiết bị ở 25C, hãy đoán xem điều gì sẽ xảy ra khi nó ấm hơn.

Chúc vui vẻ,

Gil