Felix Maocho

Para quien le interese lo que a nosotros nos interesa

Arduino – Manejo de Relés

Por Félix Maocho
31/1/2013

Objetivo de este post:

Enseñar a utilizar los relés para aprender a utilizar Arduino como controlador circuitos electrocos y poder asi actuar sobre todo tipo de aparatos eléctricos  y explicar que son los diodos y  trasistores así como que es una tarjeta de expansión de releés.

_________________

Fuera de el ambiente de nuestro pequeño taller, el uso de Arduino supone en las mayoría de los casos interactuar con los aparatos eléctricos que operan a con corriente alterna a 220 Vols. Necesitamos para ello unos aparatos que actúen de intermediarios entre nuestros circuitos de corriente continua, (DC, Direct Current) a 5 voltios como máximo y los circuitos eléctricos que alimentan a lámparas y electrodomésticos que en general operan con corriente alterna, (AC, Alternate Current), a 220 volts , estos aparatos son los relés.  Un relé es un dispositivo que trabaja a modo de interruptor, cerrando o abriendo un circuito eléctrico según reciba o no por una línea de corriente continua un pequeño voltaje  .

Si observan este dibujo, por los cables rojos que o partiendo de un enchufe convencional, portan una corriente alterna a 220 Volts. que enciende una bombilla incandescente,. mientras que por los cables negros circula una corriente de 5 Voltios como máximo.

El relé en esencia no es más que un interruptor en el que el pulsador se ha sustituido por un electroimán que empuja una pieza metálica queabre o cierra el circuito según pase o no corriente por el electroimán. Cuando circula corriente por el electroimán cambia de estado el interruptor, y cuando cesa la corriente vuelve a su estado de reposo. Lo habitual es que un relé tenga una clema con tres posibles puntos de conexión a alto voltaje, un punto llamado “c” o “com”, y dos puntos llamados NA, (normalmente abierto), que mantiene el circuito abierto cuando no pasa corriente continua y otra NC , (normalmente cerrado) que a la inversa permite el paso c de la corriente alterna en tanto no haya voltaje en el circuito de corriente continua. (En el esquema el circuito eléctrico (rojo) esta actuando de forma NA porque se mantendrá abierto en tanto no pase electricidad por el electroimán).

Lo mas corriente es conectar las salidas “C” y “NC,” con ello actúan sincrónicamente le circuito de baja y de alta, si hay corriente en el circuito de baja, lo hay en el de alta y si el de baja deja de tener corriente, se corta el circuito de alta, pero como siempre hay excepciones. Supongamos que queremos encender una alarma cuando falle el suministro en un circuito de baja tensión,utilizando el relé como NA, mientras pase la corriente continua el circuito eléctrico estará apagado, pero basta que deje haber corriente continua para que salte la alarma.

Relés hay de muchos tipos pues pueden funcionar con distintos voltajes de entrada y salida así como entre dos corrientes continuas. Lo que caracteriza a un relé es;

  • El voltaje que ha de tener la corriente que alimenta el electroimán
  • El máximo de amperios que puede llevar la corriente eléctrica que controla
  • El voltaje de la misma.

Si nos fijamos, escrito en la caracas del relé Finder de la imagen anterior, pone 5V y más abajo 10A /250V  es decir que ese relé funciona con 5 Voltios, por tanto puede utilizarse con Arduino UNO y controlar una red a 250 Voltios y 10 Amperios,

Arduino suministra un máximo de 40 mA por sus pines,  pero para poder gobernar con seguridad la bobina de un relé de 5v se necesitan 80 mA. La solución pasa por intercalar entre la tarjeta Arduino y el relé, un transistor que actúe de amplificador de la señal, por lo que en definitiva será la corriente que deje pasar el transistor la que maneje el relé. En este ejemplo se utiliza un BD137 y utilizamos también, un diodo de protección, en nuestro caso un IN4001, para eliminar la corriente parasitas inducida que se produce al apagar la bobina, Pasamos a explicar con detalle estos dos componentes.

Diodo

Un diodo es un componente electrónico que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. el diodo semiconductor, el más común en la actualidad, consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. De forma simplificada, por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir lo que pudiéramos denominar el “retroceso” de la energía.

El funcionamiento de un diodo es el siguiente su unen dos sustancias una de tipo P con abundantes electrones libres en la capa externa y otra de tipo P deficitaria de electrones libres y que por lo tanto tiende a capturarlos. En la frontera entre los dos materiales llamada Región de Agotamiento se acumulan los electrones libres atraídos por los huecos existentes en el otro material, por lo cual, a los efectos el material tiene ausencia de electrones portadores por lo que el aparato en conjunto actuaría en su conjunto como un material mal conductor de la corriente.

Si en estas condiciones aportamos al extremo de N electrones mediante una corriente eléctrica, parte de los huecos existentes se moverán hacia ese aporte de electrones liberando los electrones de la parte P generándose una corriente eléctrica, aunque se pierda energía de forma parecida como se pierde en una resistencia eléctrica.

Si por el contrario la corriente eléctrica pretende atravesar por el  P, se refuerza aún más la Región de Agotamiento  y el aparato resulta a los efectos aun mas aislante de la corriente.

Por tanto de un diodo debemos tener en cuenta las siguientes características que debe indicar el fabricante:

  • La tensión inversa máxima aplicable al componente, repetitiva o no (VRRR máx o VR máx, respectivamente) ha de ser mayor (del orden de tres veces) que la máxima que este va a soportar en nuestro circuito .
  • La corriente máxima en sentido directo que puede atravesar al componente, repetitiva o no (IFRM máx e IF máx respectivamente), he de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar en nuestro circuito.
  • La potencia máxima que puede soportar el diodo (potencia nominal) ha de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar.

Por tanto queda claro que los diodos hay que colocarlos en un sentido determinado en nuestros circuitos. Por esta razón en los esquemas su icono tiene una punta de flecha que indica la dirección en que dejan pasar la corriente, igualmente tenemos que poder distinguir, como ocurre en los LED, que patilla del diodo hay que orientar hacia la corriente de 5 Voltios y cual hay que orientar hacia tierra. Para distinguirlo, los diodos suelen tener impresa una banda blanca o negra pintada en el extremo que apunta al cátodo , (polo negativo o tierra)

Transistor

Como siempre ocurre hay muchos modelos de transistores pero los que vamos a utilizar de momento con Arduino son los pequeños chips, con tres largas patas llamadas Colector, (©), Base, (B) y Emisor, (E). El “colector” , (la C en el esquema), se conecta a la salida del relé, que a su vez esta conectado directamente al PIN 5V de la tarjeta  (el PIN que suministra 5 voltios sin tasa limite de intensidad de corriente).. Otra pata, el “emisor” (la E del esquema), se conecta a tierra, (PIN GND)  mientras que la tercera pata la “base” se conecta a través de una resistencia de 1000 ohms a un PIN digital de Arduino, (en nuestro caso el PIN8, Si el PIN8 no envía 5 Voltios a la pata “C”, la corriente no circula entre la pata “B” y la “E” con toda la intensidad que permita el PIN V5 (la que entreguen el Ordenador conectado por USB o el suministro electrico de la placa), por lo que, en este circuito)e, relé mo abrirá la corriente eléctrico a 220 volt y la bombilla permnecerá apagada. Cuando el PIN8 envíe 5 voltios, circulara corriente entre las patas “b” y “E”, el relé entrarña en funcionamiento, el circuito eléctrico se abrirá, permitiendo circular la corriente y lucirá la bombilla.

El esquch que tendríamos que montar sería uno como el que sigue:

/*Programa realizado por Javier Couto Rego “Regata” para
http://www.tallerarduino.wordpress.com
Encendiendo una bombilla a 220V con un Arduino y un relé
a 5V*/

int rele=8;

void setup()
{
pinMode(rele,OUTPUT);
}

void loop()
{
//Nota tenemos el relé conectado como Normalmente Abierto
//así solo se activará la carga cuando activemos la bobina
//del relé, para que funcione al revés cambiaremos el cable
//a la posición Normalmente Cerrado
digitalWrite(rele,HIGH);  //Activamos la bobina del relé y encendemos la bombilla
delay(1000);              //durante 1 segundo
digitalWrite(rele,LOW);   //Desactivamos la bobina del relé y apagamos la bombilla
delay(10000);             //durante 10 segundos

Tarjetas de relés

Para simplificar  estos montajes hay tambien tarjetas de expansión con relés que incorporan toda la circuitería necesarias para su correcto funcionamiento. Estas tarjetas pueden tener uno o varios relés, pero normalmente todos son iguales y actúan independientemente, por tanto si tienen cuatro relés como el de la figura por ejemplo permiten que una misma tarjeta Arduino controle hasta cuatro circuitos diferentes conectando cuatro PINs diferentes a los puntos adecuados. Por cada uno de los relés el esquema de la tarjeta de expansión de relés es como sigue La tarjeta que muestro en imagen es la que yo poseo y permite controlasr cuatro circuitos electricos diferentes mediante una sola tarjeta Arduino.

El esquema de la tarjeta para un relé es como se fe a la derecha.

Por cada relé se duplicaría este esquema pero n normalmente la entrada de 5 Volts y la de tierra (0V) suele ser común para todos los relés por tanto como se puede apreciar en la tarjeta con cuatro relés que presentamos solo hay cuatro entradas de continua la marcada como VCC, (5 voltios), GND, (tierra), y cuatro entradas una por cada reIé que conectaría con un PIN de Arduino , Hay otras dos tarjetas protegidas por un puente de plástico verde que están señaladas como GND por tanto es una salida a tierra y COM por lo que supongo que en algún caso especial se conectara probablemente con una pata de un transistor, pero de momento no he conseguido saberlo con seguridad. En el próximo post sobre Arduino tenemos previsto una práctica con este tipo de tarjetas.

Félix Maocho

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31 enero 2013 - Publicado por | Robotica | , , ,

9 comentarios »

  1. Una duda, en el primer ejemplo, dices que el relé necesita más corriente, que no es suficiente con los 40, y entonces añades un transistor, pero creo qeu el transistor cuando lo activas por la base, lo que hace es dejar pasar la corriente del colector al emisor, pero dejas pasar los 40 que vienen de la placa, no es que la corriente crezca hasta los 80, porque el transistor es solo una “compuerta” pero no añade corriente eléctrica, entonces no haría que el relé funcionara, ¿no? ¿no faltaría una fuente de corriente que se añadiera al relé o tal vez una fuente diferente para activar el relé y sea controlado por el transistor? (Nota: espero no te moleste la duda, hubo uno que tenía algo así, pregunté, pero era demasiado agresivo y se enfadó por esto que pregunto, aunque creo que se enfadó más bien porque creo no tenía mucha idea y no sabía como responderme y le dio por insultarme :) )

    Comentario por Fran | 6 noviembre 2013 | Responder

    • Quizá se me haya escapado decir que cuando hablaba de los 40mA, me referia al total de amperios que la Trajeta Arduino es capaz de gestionar y por tanto entregar por el conjunto de todos sus pines, tanto los digitales como los analógicos. Sin embargo, los pines 5v y 3v, si dejan salir una intensidad de corriente practicamente igual que la que Arduino recibe por alguna de sus entradas posibles, o el cable USB, o la energia procedente de una bateria electrica o un transformador con valtajes entre 7 y 12 voltios.

      Esta energia de entrada, Arduino interiormente la rectifica sacandola a 5 voltios y a 3,3 voltios aproximadamente, segun el pin del que hablemos 5v o 3V, pero en estos pines no existe limitacion de intensidad de corriente, la que entra, sale, (salvo el mínimo consumo interno que necesita Arduino)

      El transistor tiene tres patas, en el esquema que hablamos, la pata (e), Emisor, va al pin tierra (GND), la pata (c), colector, conectado a la salida 5V que no tiene limitacion de intensidad de corriente y que alimenta el electroiman, que cierra en el relé el circuito a 220 Volts de corriente alterna y la (b), base, que está conectada a un pin digital de Arduino, (en este caso el 6), que trabaja como modulador del otro circuito y que este pin, si tiene la limitacion de los 40 mA.

      Por tanto, el transistor actúa como amplificador, permitiendo el paso de corriente electrica con la intensidad de corriente que se requiera, desde el pin 5V, cuando pasa por el modulador una pequeña corriente que nunca superara los 40 mA procedente del pin 6 (en este caso, tanto daría si fuera de otro pin digital abierto como OUPUT)

      Espero que haya quedado más clara la explicación, que, “mea culpa”, es realmente confusa en el post, porque no habia indicacado que los pines 5V y 3V, si entregan bastante más de los 40 mA.

      Espero haber sido amable contigo. Generalmente procuro serlo con todos los que me hacen un comentario, aunque como casi todas las personas, tambien tengo dias en que soy insoportable. Pondré en el post una nota indicando este comentario a quien precise mayor aclaración sobre el tema.

      Mucha gracias por comentar. Repito, no solo no molestan, sino que agradezco los comentarios pues es la forma mas sencilla de corregir aquello que no ha quedado bien explicado en el post. Un saludo

      Comentario por felixmaocho | 7 noviembre 2013 | Responder

  2. Gracias, esta es la explicación que buscaba.

    Comentario por Fran | 7 noviembre 2013 | Responder

  3. Voy aprovechar para preguntar otra cosa, creo recordar que en una clase de electrónica me dijeron que cuando un transistor empieza a conducir, aunque después la corriente de la base se detuviese, el transistor seguía conduciendo, entonces en ese circuito que se enciende y se apaga la bombilla cuando pasa 1 segundo, ¿cómo se apaga si el transistor sigue enviando corriente sin parar?

    Comentario por Fran | 7 noviembre 2013 | Responder

    • Yo no se si lo que cuentas ocvurre con la matoría de los transistores o hay alguno en concreto que actua de otra forma. Lo que te puedo asegurar es que este transistor en concreto funciona como amplificador de la corrente, cuando sale voltaje por el pin 6, se enciende la bombilla del circuito que enciende el relé y cuando no sale se apaga. Yo personalmente creo que al menos la mayoría de los transistores funcionan como este, es decir actúan como amplificadores , pues al menos para eso se inventaron, para sustituir las antiguas válvulas de las rtadios, pero desgraciadamente no se exactamente. Yo de electrónica no tengo ni idea, hablo solo de oidas, no se absolutamente nada.

      Comentario por felixmaocho | 7 noviembre 2013 | Responder

  4. ok, muchas gracias, lo que cuentas tiene sentido.

    Comentario por Fran | 7 noviembre 2013 | Responder

    • Espero haber acertado,… pero no pondría mano en el fuego por ello

      Comentario por felixmaocho | 7 noviembre 2013 | Responder

  5. hola buenos dias, mi problema es que quiero utilizar dos reles, pero quiero que es ciclo se repita cada determinado tiempo. como seria el esquch, gracias por tu atencion.

    Comentario por alan corona | 13 enero 2014 | Responder

    • No se si he entendido bien el problema entiendo que quieres encender dos reles intermitentemente primero unos tenerle abierto un cierto tiempo y luego el otro y tenerle abierto un cierto tiempo y reepetir el proceso.
      Supongamos que el rele A lo vamos tener abierto 10 segundos a manejar por el pin 4 y el relé B lo mantendremos abierto 20 segundos por el pin 5, el sketch mas o menos seria algo como así:
      ————

      /* “doscircuitos” Abrir circuitos consecutivamente
      Abrir circuito A 10 segundos y
      luego circuito B 20 segundos y repetir
      Nota.- Tenemos los relés a y B conectado como Normalmente Abierto
      así solo se activará la carga cuando activemos la bobina
      del relé, para que funcione al revés cambiaremos el cable
      a la posición Normalmente Cerrado
      */

      / Variables y parametros del sketch
      int rela=4; //pin que manejara al circuito A
      int relb=5; //pin que manejara al circuito B
      int tiempoa=10000; //tiempo que esta abierto el circuto A 10″
      int tiempoa=20000; //tiempo que esta abierto el circuto b 20″

      void setup()
      // definimos los pin que b vamos a utilizr y su modo de uso
      {
      pinMode(rela,OUTPUT); //definimos el Pin rela como de salida
      pinMode(relb,OUTPUT); //definimos el Pin relb como de salida
      }

      void loop()
      // activamos sucesivamente los reles el tiempo previsto
      {
      digitalWrite(rela,HIGH); //activamos la bobina del relé A y encendemos el circuito A
      delay(tiempoa); //durante tiempoa milisegundos
      digitalWrite(rela,LOW); //desactivamos la bobina del relé A y apagamos el circuito A
      digitalWrite(relb,HIGH); //activamos la bobina del relé B y encendemos el circuito B
      delay(tiempob); //durante tiempob milisegundos
      digitalWrite(relb,LOW); //desactivamos la bobina del relé A y apagamos el circuito B
      // se reptite el proceso
      }

      ———–
      Salvo que haya cometido algún error, (aalgo siempre posible), este sketch debe encender 10″ el circuito A por el pin 4 y 20″ el circuito B por el pin 5de forma alternativa e indefinida, si quiere cambiar los pines que desea utilizar solo tiene que cambiar los valores de los paráametros rela y relb y si quiere cambiar los tiempos los parámetros tiempoa y tiempob a razon de 1000 por un segundo. Saludos

      Comentario por felixmaocho | 13 enero 2014 | Responder


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