Подключение одноканального модуля реле к Arduino

У вас есть проект Arduino, которому нужно управлять чем-то, работающим от сетевого напряжения? Лампой? Двигателем? Вот в чём загвоздка — ваш Arduino работает на всего лишь 5 вольтах, тогда как большинство бытовых устройств работают на гораздо более высоком напряжении. Как же безопасно преодолеть эту разницу?

Именно здесь на помощь приходят модули реле. Эти компактные и недорогие модули действуют как электрически управляемые переключатели, позволяя вашему маломощному Arduino управлять высоковольтными устройствами без каких-либо проблем.

В этом руководстве мы покажем, как подключить одноканальный модуль реле к Arduino и использовать его для включения и выключения устройств, таких как лампа или двигатель. Но прежде чем мы перейдём к подключению и коду, давайте кратко рассмотрим, как работает реле.

Как работают реле?

Реле — это по сути электрически управляемый переключатель. Оно использует небольшой электрический ток для управления гораздо большим электрическим током. Это позволяет одной цепи включать или выключать другую цепь, даже если они работают на совершенно разных уровнях напряжения.

Основы реле

Вот небольшая анимация, показывающая, как реле соединяет две цепи вместе.

Внутри реле находится катушка провода, намотанная на сердечник. Эта катушка действует как электромагнит. Когда через катушку протекает небольшой ток, она создаёт магнитное поле. Это поле притягивает небольшой металлический рычаг, называемый якорем.

Когда якорь притягивается магнитным полем, он физически перемещается. Это действие замыкает более мощную высоковольтную цепь, которой вы хотите управлять.

Когда малый ток перестаёт протекать через катушку, магнитное поле исчезает, и якорь возвращается в исходное положение, размыкая цепь.

Таким образом, включая и выключая малый ток, вы можете управлять высокомощной цепью, не прикасаясь к ней напрямую.

Принцип работы реле

Типичное реле имеет пять выводов, выступающих снизу.

Три из этих выводов используются для подключения устройства, которым вы хотите управлять. Эти три вывода называются NC (нормально замкнутый), NO (нормально разомкнутый) и COM (общий).

Оставшиеся два вывода (coil1 и coil2) подключаются к электромагнитной катушке внутри реле. Подача напряжения на эти выводы активирует катушку.

Устройство, которым вы управляете — например, лампа или двигатель — подключается между выводом COM и выводом NC или NO. Если вы хотите, чтобы устройство было включено по умолчанию, подключите его между COM и NC. Или, если вы хотите, чтобы оно оставалось выключенным до активации реле, подключите его между COM и NO.

Когда реле неактивно (ток не протекает через катушку), вывод COM соединён с выводом NC. Это означает, что электричество может протекать по этому пути, питая любое устройство, подключённое к NC.

Однако, когда электрический ток протекает через катушку, он создаёт магнитное поле. Это поле притягивает якорь, заставляя его двигаться. Это движение разрывает соединение между COM и NC и вместо этого создаёт новое соединение между COM и NO. Это изменяет путь электричества, питая любое устройство, подключённое к NO.

Когда ток перестаёт протекать через катушку, магнитное поле исчезает, и якорь возвращается в исходное положение. Вывод COM снова соединяется с выводом NC, а вывод NO размыкается, возвращая реле в нормальное состояние.

Обзор оборудования одноканального модуля реле

Одноканальный модуль реле имеет одно реле, позволяющее управлять одним мощным электрическим устройством, таким как лампа или двигатель. Реле на модуле может обрабатывать до 10 ампер тока при напряжении до 250 В переменного тока или 30 В постоянного тока.

Также доступны модули реле с двумя, четырьмя или даже восемью реле, поэтому вы можете выбрать подходящий в зависимости от количества устройств, которыми хотите управлять.

Светодиоды

Модуль реле содержит два светодиодных индикатора.

Светодиод питания загорается при подаче питания на модуль, а светодиод статуса загорается при активации реле, чтобы вы могли видеть, что происходит.

Выходной клеммный блок

На одной стороне модуля расположены винтовые клеммы для реле. Эти клеммы обозначены NC (нормально замкнутый), NO (нормально разомкнутый) и COM (общий). Вы подключаете ваше устройство к этим клеммам в зависимости от того, как вы хотите, чтобы оно работало — было включено по умолчанию или выключено до активации.

Управляющий вывод

На другой стороне модуля находится один входной вывод IN, используемый для управления реле. Важно помнить, что вход является активным при низком уровне. Это означает, что реле включается, когда на вход подаётся LOW (0 вольт), и выключается, когда подаётся HIGH (5 вольт).

Питание модуля

Модуль работает от 5 вольт, и когда реле включено, он потребляет около 70 мА тока.

Модуль также включает обратный диод, подключённый параллельно катушке реле. При обесточивании катушки она может генерировать внезапный скачок напряжения, известный как обратная ЭДС (электродвижущая сила), который может повредить управляющую электронику. Обратный диод обеспечивает путь для этого тока, предоставляя дополнительную защиту для вашего Arduino.

Распиновка одноканального модуля реле

Давайте рассмотрим распиновку.

Выводы питания:

GND — общий вывод заземления.

VCC — вывод питания. Подключите его к выводу 5 В на вашем Arduino.

Управляющий вывод:

IN — управляющий вход для реле. Важно знать, что вход является активным при низком уровне. Это означает, что при установке вывода в LOW (0 В) реле включается. При установке в HIGH (5 В) реле выключается.

Выходные клеммы:

COM — общая клемма. Подключите одну сторону управляемого устройства к этому выводу.

NC (нормально замкнутый) соединён с COM, когда реле деактивировано. Используйте его, если хотите, чтобы устройство было ВКЛЮЧЕНО по умолчанию и ВЫКЛЮЧАЛОСЬ при активации реле.

NO (нормально разомкнутый) отключён от COM, когда реле деактивировано. Используйте его, если хотите, чтобы устройство было ВЫКЛЮЧЕНО по умолчанию и ВКЛЮЧАЛОСЬ только при активации реле.

Схема подключения одноканального модуля реле к Arduino

Теперь, когда мы понимаем, как работает модуль реле, пора применить его на практике! Давайте подключим его к Arduino и используем для управления лампой.

Основные подключения

Сначала подключим модуль реле к Arduino:

Подключите вывод VCC на модуле реле к выводу 5 В на Arduino
Подключите вывод GND к выводу GND Arduino
Подключите вывод IN на модуле реле к цифровому выводу 6 на Arduino

Подключение лампы

Теперь подключим модуль реле к лампе, работающей от переменного тока. Перед началом убедитесь, что лампа отключена от сети и источник питания выключен! Это чрезвычайно важно для вашей безопасности.

Выполните следующие шаги:

Аккуратно разрежьте фазный провод шнура питания лампы
Возьмите конец провода, идущий от розетки, и подключите его к клемме COM (общая) на реле
Подключите другой конец разрезанного провода (идущий к лампе) к одной из следующих клемм: клемма NO (нормально разомкнутый): лампа будет ВЫКЛЮЧЕНА по умолчанию и ВКЛЮЧИТСЯ при активации реле
Клемма NC (нормально замкнутый): лампа будет ВКЛЮЧЕНА по умолчанию и ВЫКЛЮЧИТСЯ при активации реле

Для этого проекта мы хотим, чтобы лампа была выключена, пока мы её не включим, поэтому подключите один провод к COM, а другой — к NO.

В следующей таблице перечислены подключения выводов:

Relay Module		Arduino
VCC		5V
GND		GND
IN		6

На изображении ниже показано, как собрать схему.

Пример кода Arduino

Теперь, когда модуль реле подключён, давайте перейдём к управлению им с помощью Arduino. Эта часть довольно проста — управление реле очень похоже на включение и выключение светодиода. Мы напишем короткую программу, которая включает реле на 3 секунды, затем выключает на 3 секунды, и повторяет этот цикл снова и снова.

int RelayPin = 6;

void setup() {
  // Set RelayPin as an output pin
  pinMode(RelayPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Let's turn on the relay...
  digitalWrite(RelayPin, LOW);
  delay(3000);

  // Let's turn off the relay...
  digitalWrite(RelayPin, HIGH);
  delay(3000);
}

После загрузки этого кода вы должны увидеть, как лампа включается и выключается каждые три секунды, сопровождаясь мягким щелчком реле при переключении.

Объяснение кода:

В нашем коде первое, что мы делаем — сообщаем Arduino, к какому выводу подключено реле. В данном случае мы используем вывод 6. Поэтому мы создаём переменную RelayPin и устанавливаем её равной 6.

int RelayPin = 6;

В функции setup() мы указываем Arduino обращаться с RelayPin как с выходом, поскольку мы отправляем сигналы от Arduino к реле.

pinMode(RelayPin, OUTPUT);

В функции loop() мы сначала включаем реле, устанавливая вывод в LOW, так как модули реле являются «активными при низком уровне» (они включаются, когда вывод установлен в LOW). После включения мы ждём 3 секунды, чтобы реле оставалось активированным. Затем мы выключаем реле, устанавливая вывод в HIGH, и ждём ещё 3 секунды. Этот цикл повторяется бесконечно, включая и выключая реле каждые несколько секунд.

digitalWrite(RelayPin, LOW);
delay(3000);

digitalWrite(RelayPin, HIGH);
delay(3000);