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Arduino: Navaja suiza para náufragos (II). El relé

5 agosto, 2013

Recuerda la situación: estás perdido en una isla en medio del océano, tus compañeros de viaje se afanan en hacer un fuego para conseguir unas miserables señales de humo, mientras tú te has montado y programado ya cuatro versiones diferentes de un fabuloso transceptor morse… que enciende una pequeña lucecita con un mensaje codificado en código morse…  Una “pequeña lucecita” piensas mientras observas un par de hermosos reflectores de señales del barco que os transportaba y que el mar dejó varados en la playa.  Entonces piensas “¡Caramba, no estaría mal conectarle esos focos a mi Arduino!  ¡Nuestras señales Morse serían mucho más visibles que el pequeño LED de la placa!”  Claro que sí, vamos a la versión 5 de nuestro transceptor.  Ahora conectaremos las salidas TTL del Arduino a esos focos y para ello emplearemos dos componentes diferentes, un relé y un triac, para que puedas experimentar con ambos. En esta entrada aprenderemos cómo conectar el relé a un Arduino.

Un reflector de señales Morse

Un reflector de señales Morse

El primer problema es la adaptación de los niveles.  Arduino puede sacar una tensión en patillas de nivel TTL.  Esto es 0 V si está a nivel bajo y 5 V si está a nivel alto; además sólo puede trabajar con corrientes de unos 40 mA por patilla.  Insuficiente para encender uno de esos  reflectores.  ¿Qué hacer? necesitas adaptar las tensiones y eso lo consigues por ejemplo con un relé o con un triac.  El relé recibirá la señal del Arduino en su bobina y éste activará o desactivará la carga conectada entre sus contactos, en nuestro caso los focos reflectores.

En esta entrada puedes comprobar cómo es y cómo funciona un relé electromecánico típico como los que suelen utilizarse para baja potencia.  Para el caso que nos ocupa nos servirá perfectamente.

Básicamente, una pequeña corriente en su bobinado hará que basculen los contactos, cerrándose unos y abriéndose otros.  Por tanto, podríamos conectar nuestra carga (así se denomina el dispositivo que va a ser controlado) a los contactos marcados como N.O. (Normally Open, normalmente abiertos)   En cuanto se cierre el circuito de la bobina, se cerrará el de los contactos encendiéndose a su vez los focos reflectores.   El relé tiene una gran ventaja y es que sus dos sistemas eléctricos (bobina y contactos) están aislados entre sí, protegiendo de este modo nuestro Arduino.

Para montar el nuevo componente usaremos un transistor NPN (por ejemplo un BC547)

BC547

Conecta la salida del Arduino a la base del transistor (“B”) a través de una resistencia para limitar la corriente (o destruirás el transistor).  La línea de masa irá conectada al emisor (“E”) y el colector (“C”) irá conectado a una línea de la carga, la otra irá a la entrada positiva de alimentación.  Recuerda que aquí, el transistor se comportará en corte/saturación: si hay señal en la base se satura y el transistor se comporta como un interruptor cerrado por el que puede pasar corriente y si no hay señal en la base el transistor se encontrará abierto, sin dejar circular corriente.  Para calcular el valor apropiado de la resistencia de base necesitamos calcular la corriente máxima que absorberá el relé, y debemos tener en cuenta no sobrepasar los límites de corriente entre C-E sino queremos quemar el transistor.

Nuestro relé tiene una resistencia interna de bobinado de 75 Ω como podemos leer en su interior.  Si le aplicamos 5 V a la bobina tendremos una necesidad de corriente de algo más de 66 mA.  La máxima corriente que puede aceptar un transistor BC547 por su colector (IC) es de 500 mA.  Aunque no se recomienda sobrepasar la mitad de la corriente máxima.  Sabiendo que necesitamos en la salida una intensidad de 66 mA y conociendo que la ganancia (o hFE) del transistor se sitúa entre 110 y 800 (es decir, amplificará la señal de entrada entre 110 y 800 veces) podemos calcular la intensidad que hay que aplicar a la base, entre 0,6 mA y  0,08 mA; lo redondearemos a 1 mA para simplificar los cálculos.  Con este otro dato y sabiendo que un Arduino nos dará en la salida cerca de 5 V cuando tenga un 1 lógico, puedo calcular la  resistencia que necesitaré aplicar en la base:  5 V / 0,1 mA = 5 KΩ.  El valor normalizado más próximo es el de 4,7 KΩ que es el que utilizaremos.

El diodo para controlar las corrientes FEM será el 1N4148, un diodo habitual en montajes de baja potencia.  Hay que considerar esto pues un relé electromecánico consta de una bobina y al dejar de recibir tensión se creará una tensión inducida opuesta que podría destruir el µC, de ahí que se incluya un diodo para absorber la corriente inducida.

El esquema final sería el siguiente:

circuito relé

Se aprovecharía el pin 13 del Arduino, el que está conectado al LED interno de la placa. Al conducir éste  la base del transistor se satura y se comporta como un circuito cerrado activando la bobina del relé, que se conecta a la tensión positiva de alimentación del mismo Arduino.  El contacto bascula y se conectan los terminales aquí marcados como ‘P’ y ‘S’ del relé haciendo lucir la lámpara, en nuestro caso el reflector.   La tensión de alimentación de la lámpara se obtiene por separado y está aislada del resto del circuito; de este modo podemos alimentar con +12 V, +24 V, +150 V, etc… sin miedo a quemar el circuito de control.  La resistencia R1 se conoce como  resistencia pull-down, su función es conectar la base a masa para que la base no tenga estados indeterminados (aunque con el Arduino no haría falta).  Como ves el valor de R1 es bastante mayor que R2, de modo que tan pronto conduzca el pin 13 la base absorberá más corriente que la resistencia de pull-down.

El lector avezado ya habrá caído en la cuenta de que en una isla desierta difícilmente va a encontrar un enchufe donde conectar el Arduino, el programador, los reflectores de señales y demás.  Pero supongamos que casualmente en esa isla hay miles de limoneros y que una parte del casco del barco varado en la arena aún tiene miles de clavos y tornillos galvanizados y kilómetros de cable de cobre… (¡estamos de suerte!)

 

Recuerda que nos mudamos. nuestra nueva dirección es:

http://arrizen.com

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From → Arduino, Electrónica

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