Relay e transistor e alcune informazioni

Ciao a tutti.
Sto seguendo questo forum (sia in italiano che in inglese) da un po' di tempo perchè ho deciso di provare a creare qualche progettino con arduino.
Le mie conoscenze di elettronica sono molto basilari e mi sembrava un buon metodo per iniziare ad approfondire un ambito molto bello.

Volevo partire con progetto di una piccola serra domestica con controllo temperatura, umidità e areazione tramite arduino il quale dovrà azionare i vari "dispositivi" tramite un relay.
Non so ancora cosa usare per regolare le variabili ambientali, ma volevo buttar giù qualche schema.

Come relay ho ipotizzato di usare questo http://docs-europe.origin.electrocomponents.com/webdocs/0dc0/0900766b80dc00bb.pdf
Ho trovato qualche guida per capire i parametri di un transitor e dimensionando opportunamente il circuito ho pensato potesse andare bene questo http://docs-europe.origin.electrocomponents.com/webdocs/0b36/0900766b80b360e8.pdf

Non so se sbaglio, ma vorrei fare in modo che arduino erogasse una minor corrente possibile.
Ho provato a fare uno schema con Pspice che avevo già usato ma è stato un fallimento così ho provato con la versione demo della National Instruments.
Il relay l'ho approssimato come un carico resistivo (non so se è corretto).
Con uscita bassa la corrente sulla resistenza è insufficiente per attivare il realy, ma con uscita alta viene richiesta una corrente fuori di testa, quando con 5mA avrei già oltre 400mA sulla resistenza che sono quasi troppo per attivare il relay (che dovrebbe scattare già a 25mA a 12DC). Perchè succede questo?

Grazie mille per le eventuali risposte. :wink:

Ciao AsDor,
benvenuto nel forum.
Anche io ho ralizzato un progetto analogo : www.growdomo.com

La gestione della tempratura / umidità è affidata ad una sensirion sht71, mentre il resto è solo logica del programma sviòuppato appositamente, le uscite sono affidate ad un port expander i2c così come l'rtc e il display lcd.
Il consiglio che posso darti è .. stendi un progetto completo su carta poi uno per uno pensa ai vari componenti (elettronica).
Sviluppa il programma e testa su bread board ogni componente separatamente, poi metti tutto assieme.
Ciao
Whole

EDIT : dimenticavo, con la questione rele io ho fatto così : Arduino Playground - HomePage

ciao Asd0r

Il link ai dati del relé non aiuta perché il documento é per una famiglia di relé con diversi tensioni della bobbina e configuarzione contatti. Devi precisare meglio.

Il transistor non va bene perché sopporta 300V ma solo 50mA e un guadagno molto basso intorno a 40. Un relé assorbe facilmente piú di 50 mA. Usa un ULN2003 puoi pilotare 7 Relé ed ha il diodo di protezione. Collegalo come da questo esempio: http://www.myavr.info/download/produkte/mydigitalout/techb_schaltplan-mydigitalout.png puoi usare anche relé da 12 V basta alimentarlo a 12V e collegare la massa dei alimentatori 5V e dei 12V. Il piedino 9 del ULN2003 deve in quel caso anche essere collegato ai 12V.
Le entrate del ULN2003 possono essere pilotate direttamente dal Arduino. non servono resistenze.

Riguardante il Tuo modo particolare per misurare le correnti; Praticamente non misuri la corrente attraverso la resistenza ma la corrente che circola attraverso l'amperometro perché lo colleghi tra 12 e quasi massa. Rompi cosí sia l' amperometro o almeno il suo fusibile che il transistor.
Per misurare la corrente devi mettere l'amperometro in serie alla resistenza oppure misuri la tensione sulla resistenza e Ti calcoli la corrente con la legge di Ohm.

Ciao Uwe

@whole: che figo! ;D anche tu con lo stesso progetto. Per ora non ho niente su carta ma solo nella mia testa.
Per riscaldare pensavo di usare dei cavi riscaldati (questo è solo un esempio http://www2.produktinfo.conrad.de/datenblaetter/625000-649999/625812-an-01-it-HEIZKABEL_MIT_FROSTSCHUTZFUNKTION_5M.pdf).
Come sensore avevo pensato al SHT10 che in temperatura da un errore di mezzo grado che non credo possa diventare un problema.
Per l'umidificatore ho pensato o ad uno a evaporazione così potrebbe anche abbassare un po' la tempratura (magari autocostruito) o a ultrasuoni. Però trovo solo prodotti finiti.
Che piante avevi in mente di metterci?
Io delle orchidee che hanno bisogno di molta umidità e tanto caldo. Non so però quanta areazione hanno bisogno :frowning:
Ps: la serra è per un amico e che aveva visto la serra della Smeg ma costa veramente troppo :frowning:

@uwefed: hai ragione: ho sbagliato a misurare le correnti :o
il relay sarebbe quello da 400mW.
Così fatto il circuito dovrebbe funzionare anche con il transistor che ho pensato io:

Avevo visto per ULN2003 però prima di usare componenti già finiti volevi capire l'esatto funzionamento di questi componenti per cultura personale :wink:

A proposto che caratteristiche deve avere il diodo di protezione?

Grazie mille per le gentili risposte

Ciao AsdOr,

occhio che il relay non e' una resistenza, ma un carico induttivo!

Questo significa che una vota che hai eccitato l'elettromagnete, e' corretto considerarlo come una resistenza come hai fatto tu (il valore o lo misuri con un ohm-metro o te lo da il data sheet). Durante la transizione on-off e vice versa si comporta come un grosso induttore, quindi, avrai 2 tipi di problemi:

  1. il transitorio di corrente per caricare l'induttore, che puo' essere MOLTO maggiore della corrente operativa, e dovra' passare attraverso il transistor che usi per pilotare il relay

  2. le sovraelongazioni di tensione ai capi del relay (cioe' delle oscillazioni nella tensione ai capi del relay, anche molto grandi), per cui ti serve il diodo

Per il punto 1, devi assicurarti che il tuo transistor possa reggere, diciamo, una corrente Collettore-Emettitore di picco 4 o 5 volte superiore a quella nominale che assorbe il relay una volta acceso. Se il transistor 'e di potenza, dovrebbe farcela di sicuro. Se hai dubbi, o se prevedi una elevata frequenza dei cicli on-off, mettici un dissipatore.

Per il punto 2, praticamente quando la tensione sul collettore del transistor supera la tensione di alimentazione (a causa del carico induttivo che si carica/scarica), il diodo entra in conduzione e cortocircuita per un brevissimo tempo il relay, evitando possibili danni al testo del circuito e limitando il rumore generato dalla commutazione. Non ricordo le formule esatte per la scelta del diodo, ma il buon senso mi farebbe scegliere un componente che possa sopportare facilmente 2 volte la massima corrente operativa del relay e con una tensione massima (si chiama PIV sul data sheet) almeno del doppio della tensione di alimentazione.

Il diodo che hai scelto tu (1N4148) e' un diodo di segnale, quindi puo' sopportare pochissima corrente. Io sceglierei piuttosto un 1N4001 o 1N4007, che sono raddrizzatori a bassa potenza molto usati in queste applicazioni.

Se poi decidi, come hanno suggerito gli altri, di usare un ULN2003, beh, almeno saprai come si pilota un relay (nozione molto utile per stupire le ragazze in discoteca :sunglasses: ).

Ciao!

ciao Asd0r
metti dei diodi 1n4007 (1000V 1A), tanto costano pochissimo e poco di piú dei 1n4148 (100V 100mA); come transitore metti un BC618 é un darlington che regge 1A.
Se usi un ULN2803 o ULN2003 i diodi sono giá inseriti. (sono 8 / 7 transistori darlington con resistenze e diodi di protezione)

ps. penso che sono fuori dall etá di andare in discoteca.
Sono del gruppo di persone che dice che la musica é a volume troppo alto.

Ciao Uwe

@chemic: grazie. Ma non riesco a capire il discorso dell'induttanza. Nel datasheet non c'è scritto niente a riguardo del valore dell'induttanza e per quanto riguarda il consumo di potenza nel mio caso parlano di 400mW. Quindi tutto considerato questo come faccio a verificare esattamente con multisim il corretto funzionamento di carica scarica dell'induttanza?

...Che piante avevi in mente di metterci?

BHO :smiley: ..non è importante, visto che i parametri necessari alla vita delle piante sono gestibili dalla centralina così come anche le fasi diurne notturne.
Ad ogni modo credo che nel periodo di testing del dispositivo proverò con piante a ciclo breve in idroponica , quali pomodori ad esempio, oppure lattuga.
Poi se funziona tutto per bene nulla vieta configurare il tutto per un altro tipo di pianta.

Per quanto riguarda l'umidificatore credo che userò uno di quelli ad ultrasuoni che fa anche una nebbiolina simpatica.
Ciao
Whole

di solito il datasheet non parla di induttanza, anche perche' deve essere enorme...

Si tratta di regole di progetto. I valori che ti ho indicato dovrebbero essere sempre validi. Purtroppo non ho sottomano il libro di elettronica di potenza. Se mi ricordo, lo guardo nel weekend e ti do una risposta lunedi' quando torno in ufficio.

Comunque non preoccuparti, le correnti in gioco nel tuo caso sono piccoline. Abbi solo cura di sostituire il diodo con un raddrizzatore al silicio, e dovresti andare tranquillo, senza "flambare" niente :slight_smile:

Ciao

Grazie mille ;D

Ciao,

allora, mi sono documentato come promesso, e posto alcuni dati a beneficio di tutti.

  1. Modello equivalente di un Relay

Il relay é fondamentalmente un elettromagnete. Come tale si compone di un nucleo in ferro, su cui sono avvolte un certo numero di spire di filo di rame smaltato. Questo forma un induttore, il cui valore dipende, oltre che dal numero di spire anche dalla corrente che scorre nel relay. Inoltre, la sezione del filo usato per l'avvolgimento e la lunghezza totale, fa si che la resistenza parassita dell'induttore sia non trascurabile. Normalmente si trova solo quest'ultimo valore nei datasheet, che é nell'ordine delle centinaia di ohm, mentre é molto raro trovare l'induttanza. Un valore realistico per i calcoli (dove serve) puó essere compreso fra 0.001H e 0.05H per i modelli a bassa potenza (max 12V).

La resistenza parassita del relay limita la corrente che scorre attraverso il transistor che lo pilota, e pertanto fissa il punto di lavoro del circuito e la massima corrente che attraversa il relay, insieme alla polarizzazione del transistor.

L'induttanza influenza invece il tempo di risposta del relay: mentre il transistor polita avrá dei tempi di risposta dell'ordine dei nanosecondi, il tempo di chiusura ed paertura del relay sará fissato dall'induttanza del magnete e dalle resistenze e capacitá parassite del circuito. Solitamente i tempi di risposta non sono importanti nelle applicazioni di automazione casalinga/indistriale.

  1. Problemi relativi al pilotaggio di un carico induttivo (e soluzioni)

A differenza di una resistenza, in induttore mantiene l'energia accumulata nel campo magnetico anche dopo che la polarizzazione ai suoi capi é stata rimossa. Questo significa che quando il transistor pilota si apre, non scorre piú corrente attraverso l'induttore, ma essendo l'energia immagazzinata nel campo magnetico e non avendo modi per dissiparsi, la tensione ai capi del transistor sale a livelli molto elevati, facilmente distruttivi per il transistor stesso. Inoltre si possono creare disturbi molto forti ad altri apparati elettrici nelle vicinanze (o lontani, ma collegati alla medesima alimentazione).

Il problema si risolve con le cosiddette "reti di ricircolo" o Snubber.
Il piú semplice prevede di collegare un diodo raddrizzatore ai capi dell'induttore, con il catodo rivolto verso l'alimentazione. Quando la tensione ai capi del transistor supera la tensione di alimentazione, il diodo entra in conduzione, cortocircuitando l'induttore. La corrente attraverso il diodo é limitata come sempre dalla resistenza parassita dellínduttore, e sará quindi uguale alla corrente operativa del relay.

  1. Dimensionamento dei componenti

Dimensionare i componenti é facile. Partendo dalle basi

i. LEGGE DI OHM: V = R*I
ii. TRANSISTOR NPN PILOTATO IN SATURAZIONE: Vce = Vce,sat

La Vce,sat, tensione di saturazione collettore-emettitore, si trova sui datasheet.

La corrente attraverso il relay sará data da

Icoil = (Valim - Vce,sat)/Rcoil

Il transistor andrá scelto in modo che possa sopportare almeno 2 o 3 volte Icoil, per motivi di dissipazione termica. Lo stesso vale per il diodo.

Ricordate che il diodo va saldato SUL RELAY direttamente, per evitare le induttanze parassite di eventuali cavi.

Facile no?

2 precisazioni.

  • Il circuito magnetico ha diversa resistenza ( e percui il valore del induttanza é diverso ) se il relé é chiuso o se i contatti sono aperti visto che la parte mobile del circuito magnetico é distante dal resto del ferro.

  • se si deve usare un relé per fare delle comutazioni con tempi brevi ( grandezza sotto il secondo) si usano 2 relé in con i contatti messi inserie. Vengono pilotati, conoscendo i tempi di apertura e chiausura, in modo da avere tempi brevi. Si usavano una volta questo accorgimento nei apparecchi radiologici prima del uso sei tyristori e dei inverter per alimentare il trasformatore di alta tensione per tempi brevi oppure ancor'oggi nella maggior parte dei defibillatori. In questi solo recentemente i relé sono stati sostituiti da transistori.

Ciao Uwe

Ciao Uwefed,

Per curiositá personale, sai mica di quanto varia l'induttanza a grandi linee tra contatti aperti e chiusi?

No, non lo so e per l' uso pratico non é che interessa.
Ciao Uwe

Grazie mille veramente. ;D
Ora ho qualche nozione in più.
Mi chiedevo ma queste nozioni da dove sono state prese? Magari qualche libro potrebbe farmi comodo per cultura personale :slight_smile:

Devo deluderti non saprei indicarti nessun sito o libro italiano.

8 anni interessamneto prelavorativo.
20 anni di lavoro e curiositá.
Qualche conferma su siti (dove quelli tedeschi spesso sono piú esaustivi) e datasheet.

Se sai il tedesco questo é buono Amazon.de : Nührmann, Dieter Das komplette (sono 2 volumi di 6 cm altezza ciascuno e ca 4000 pagine ciascuno quasi 3 kg di libro) Io ho la 7. edizione del 1998 che sono 4 volumi.

Ciao Uwe

Per quello che mi riguarda, ho messo spolverato alcuni appunti del corso di Elettronica di Potenza di Ingegneria Elettronica, ma non sono cose che si trovano nelle librerie (a meno che tu non sia di Torino...).

Dipende un po' dal tuo background il tipo di documentazione a cui ti puoi avvicinare. Io ti sconsiglio i libri "da ingegneri" perché sono molto ricchi di matematica, ma spesso mancano di applicazioni.
Da ingegnere, ti consiglio i libri di Nuova Elettronica, se non sbaglio si chiamano "impara l'elettronica partendo da zero". Ci sono tutte le informazioni che servono per realizzare subito delle applicazioni e progettare le proprie.

Stavo pensando di scrivere una breve guida sul pilotaggio dei diversi carichi con Arduino, ma non so se c'é uno spazio sul forum dedicato a questo scopo...

Io sto studiando ingnegeria delle telecomunicazioni e un po' di elettronica l'abbiamo fatta, ma si parla di basi e soprattutto molto teorica. Adesso inzio con la specialistica e ho visto che ci sono un paio di rami incentrati sull'elettronica che vorrei proprio seguire.

Grazie di nuovo, molto gentili :slight_smile:

Scusate se m'intrometto...
Ma non voglio aprire un altro topic per chiedere probabilmente una stupidata..

Se al mio Arduino collego un relè come questo http://it.mouser.com/ProductDetail/Omron-Electronics/G6RL-1A4-ASI-DC5/?qs=sGAEpiMZZMtSzCF3XBhmWwEA1gRiQYgy4GiZuNOnaCs%3D

Posso avere 10A..
Quindi a 220volt dovrei avere 2200 Watt, quindi per 3 lampadine basta e avanza... vero?
Scusatemi ma sono ancora un neofita in elettronica!

@guglio: direi proprio di si
F