آموزش استفاده از رله Relay در پروژه‌های الکترونیک و اینترنت اشیا IOT

در کلیه صنایع و یا زندگی روزمره، عملیات کنترل از راه دور توسط مدارهای الکترونیکی صورت می‌گیرد. زمانی بود که گفته میشد با علم الکترونیک می‌توان توسط یک کلید ساده و کوچک، جرثقیل غول‌پیکر را جابجا کرد. (نمیدونم چه فازی بوده که این حرفو میزدن!) این عملیات کنترل از عمده قطعات الکترونیک تشکیل شده‌است. چندین پروتکل کنار هم قرار می‌گیرند و در نهایت به مدار دیگری فرمان داده می‌شود. اینکه فرمان از یک مدار کوچک و ضعیت به مدار بزرگتر با جریان و لتاژ کاری بیشتری منتقل می‌شود، از چند تکنولوژی متفاوت استفاده می‌کند. یکی از این روش‌ها استفاده از رله Relay می‌باشد. رله نوعی کلید الکترونیکی است. با عبور جریان الکتریکی از داخل آن، همانند یک کلید عمل می‌کند. در خروجی می‌تواند یک مدار دیگر را به حالت باز یا بسته تبدیل کند. در ادامه این آموزش شیوه استفاده از رله Relay در پروژه‌های اینترنت اشیاء IOT را در مرجع تخصصی اینترنت اشیاء به زبان فارسی، دیجی اسپارک آموزش خواهم داد. شیوه اتصال رله Relay برای بسیاری از کاربران به یک مشکل تبدیل‌ شده است. از این رو از دوستان حرفه‌ای که این پروژه‌های ساده را تحمل می‌کنند؛ تشکر می‌کنم.

دو مدل رله در اینترنت اشیا

رله SPDT یا معمولی که دارای بوبین و سیم پیج است و رله حالت جامد یا SSR که از قابلیت اطمینان بیشتری برخوردار است. در هر دو حالت عمل کلید بین مدار انجام می‌شود. ولی در رله معمولی از سیم پیچ القایی استفاده شده است و در اثر عملکرد زیاد ممکن است ایجاد جرقه و در اثر عبور جریان زیاد ممکن است منجر به آتش سوزی شود. بنابراین رله حالت جامد SSR با توجه به ساختار اصلی آن، از امنیت بیشتری برخوردار است. این موضوع به این خاطر است که در رله حالت جامد SSR هیچ قسمت متحرکی وجود ندارد. در پروژه اینترنت اشیاء IOT اطلاعات در لایه‌های مختلف ارسال و منتقل می‌شوند. در نهایت باید توسط یک مدار منجر به تغییرات فیزیکی شود. مثلا در اثر تغییر دما در محیط، سیستم تهویه روشن شود. یا در اثر تغییرات حضور انسان در محیط، سیستم روشنایی روشن و یا خاموش شود. از این رو پس از اجرا تمام مراحل پروژه اینترنت اشیاء IOT باید با وسیله‌ای مانند رله خروجی را به یک مدار دیگر هدایت کنیم.

شیوه اتصال و سیم کشی رله Relay

رله معمولی دارای بوبین که از پرکاربردترین نوع است. در خروجی دارای ۳ پایه می‌باشد.پایه وسط مشترک و دو پایه کناری یکی NO به مفهوم Normally Open یعنی به صورت پیش فرض در حالت باز قرار دارد. پایه دیگر NC به مفهوم Normally Close یعنی به صورت پیش فرض در حالت بسته قرار دارد. خروجی رله به صورت کلید میان راهی بین یکی از سیم‌ها قرار می‌گیرد. جهت درک بهتر این موضوع به تصویر زیر دقت کنید.

شیوه اتصال در رله‌های حالت جامد یکسان است. با این تفاوت که در آن مدل از رله‌ها فقط دو پایه وجود دارد. دقیقا همانند رله معمولی ببین مسیر قرار می‌گیرند. در مورد پایه سوم در رله‌های بوبین دار، شیه عملکرد مدار برعکس می‌شود. یعنی با برعکس کردن اتصالات به موقع برقرار جریان لامپ روش می‌شود و پس از سوئیچ کردن رله، لامپ خاموش می‌شود.

پروژه اینترنت اشیاء IOT ساده توسط برد Wemos D1 Mini را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید. پیرو برنامه‌ای خاص در زمان و موقع مشخص رله تحریک شده و در اثر این تحریک فن برقی روشن و یا خاموش می‌شود. همانطور که در تصویر ملاحضه می‌کنید، رله مانند یک کلید سر راه یکی از رشته سیم‌ها قرار گرفته است.

ماژول رله یا قطعه رله

تفاوت ماژول رله با قطعه رله در این است که، ماژول رله مدار فرمان دارد. به عبارتی برای راه اندازی رله نیازمند طراحی مدار ولتاژ برگشت و محافظ مدار هستیم. برای این منظور بستگی به طراحی انجام گرفته، بایستی از ترانزیستور، اپتوکوپلر و دیود استفاده کنیم. ولی با استفاده از ماژول رله Relay بدون نیاز به درگیر شدن در این بخش، میتوانیم خیلی ساده خروجی میکروکنترلر را به ورودی ماژول رله متصل کنیم. ماژول رله اگر دارای اپتوکوپلر باشد، بدون اینکه به برد میکروکنترلر فشار وارد کند و یا نویزی روی آن داشته باشد، کاربردی خواهد بود. بنابراین در خرید ماژول رله بایستی این نکته را مد نظر قرار بدهیم.

روش اتصال ماژول رله به وسایل برقی

ماژول رله میلیون در خروجی دارای سه پایه هستند. این سه پایه به ترتیب NC یعنی دائما بسته، Com پایه مشترک و NO یعنی دائما باز هستند. معمولا خروجی ماژول رله از ترمینال پیچی استفاده شده است. برای سهولت در اجرا و امنیت در اتصالات، کافیست ترمینال پیچی خروجی رله را به صورت اصولی متصل کنیم. برای این کار به یک پیچ گوشتی ظریف نیاز داریم. معمولا پیچ‌های ترمینال به صورت چهارگوش و یا دو گوش هستند. بنابراین کافیست پیچ گوشتی مناسب را انتخاب کرده و این پیچ را در جهت پادساعتگرد چرخانده تا محل اتصال آزاد شود. حال سر سیم افشان را بایستی در حد نیم سانتی متر لخت کرده باشیم. سر سیم افشان را داخل این ترمینال قرار داده و پیچ را در جهت ساعتگرد میچرخانیم تا سیم در محل خود به صورت محکم و سفت قرار گیرد. اینکه سیم‌ها را به کدام پایه‌ها متصل کنیم در بالاتر کاملا توضیح داده ام.

رله High Level Trigger

ماژول‌های رله بر اساس چندین قابلیت دسته بندی می‌شوند. ولی یک قابلیت بسیار مهم در راه اندازی ماژول رله این است که تحریک پذیری رله به چه صورتی باشد. ماژول رله High Level Trigger توسط ولتاژ ورودی ۵ یا ۳ ولت تحریک می‌شود. اگر پایه ورودی از میکروکنترلر در حالت High قرار بگیرد، خروجی رله فعال می‌شود. اگر در حالت Low یا همان ۰ ولت قرار بگیرد، خروچی آن هیچ تغییری نمی‌کند. اما با توجه به اینه خروجی رله دارای سه پایه است. در دو حالت مختلف می‌توانید از این نوع ماژول رله استفاده کنید.

رله High Level Trigger در حالت نرمالی اپن Normally Open

برای استفاده از این ماژول رله در حالت Normally Open از دو پایه No و Com در خروجی رله به وسیله برقی اتصال داده، سپس در صورت اعمال ولتاژ ۵ به پایه تحریک رله، خروجی هم فعال می‌شود. اگر پایه تحریک رله در حالت ۰ یا همان Low قرار بگیرد، خروجی آن هم غیر فعال خواهد بود.

رله High Level Trigger در حالت نرمالی کلوز Normally Close

برای استفاده از این ماژول رله در حالت Normally Close از دو پایه Nc و Com در خروجی رله به وسیله برقی اتصال داده، سپس در صورت اعمال ولتاژ ۰ یا همان Low به پایه تحریک رله، خروجی هم فعال می‌شود. اگر پایه تحریک رله در حالت ۵ یا همان High قرار بگیرد، خروجی آن هم غیر فعال خواهد بود.

این حالت‌ها براساس نوع ورودی تحریک رله‎‌ها و اینکه خروجی را به چه صورتی متصل کنید، شامل ۸ حالت مختلف از عملکرد خواهد بود. در جدول زیر این موارد به صورت تک به تک توضیح داده شده است. کافیست با دقت بررسی کنید.

نمونه کد راه اندازی رله با آردوینو

برنامه نویسی برای راه اندازی یک ماژول رله از طریق برد آردوینو، خیلی پیچیده نیست. کافیست چند خط کد ساده برای فعال سازی یکی از پایه‌های دیجیتال آردوینو بنویسید. به نمونه کد زیر دقت کنید. در این نمونه یکی از پایه‌ها را با دستور pinMode() به عنوان خروجی تعریف می‌کنیم. سپس توسط دستور digitalWrite() آنرا در حالت Low یا همان ۰v و سپس در حالت High یا همان ۵v تعریف می‌کنیم. تا خروجی رله وصل و قطع شود.

// constants won't change
const int RELAY_PIN = 3; // the Arduino pin, which connects to the IN pin of relay

// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
// initialize digital pin as an output.
pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
}

// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(RELAY_PIN, LOW);
delay(500);
}

چنانچه در مراحل راه اندازی و انجام اتصالات رله در پروژه‌های مختلف با مشکل مواجه شدید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد.

در پایان نظرات و پیشنهادات خود را با ما درمیان بگذارید و با اشتراک گذاری این آموزش در شبکه های اجتماعی , از وبسایت دیجی اسپارک حمایت کنید.