روش‌های مختلف کنترل از راه دور کلید قدرت با استفاده از میکروکنترلر

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، اغلب با شرایطی روبرو می‌شویم که می‌خواهیم با فشار دادن چند دکمه در برنامه کامپیوتری، بار الکتریکی را روشن کنیم. مثالی را در نظر بگیرید، فرض کنید بخواهید یک جایی که کلید قدرت را از محلی که در نیروگاه نشسته اید روشن کنید. کنترل کلید قدرت از راه دور عمدتا توسط میکروکنترلر انجام می‌گیرد. حال به بحث در مورد روش‌های مختلف کنترل از راه دور کلید قدرت با استفاده از میکروکنترلر می‌پردازیم. اجزای مورد استفاده بدین منظور عبارتند از:

میکروکنترلر
ترانزیستور
دیود
مقاومت
رله
LED
کامپیوتر شخصی

میکروکنترلر

میکروکنترلر یک IC است که دارای هوش است تا بتواند دستورات دریافت شده از رایانه توسط پروتکل‌های ارتباطی را دریافت کند. میکروکنترلر دارای پروتکل‌های ارتباطی مختلف برای ارتباط با رایانه‌های شخصی مانند سریال، اترنت [۱]و CAN (شبکه ناحیه‌ای کنترلر [۲]) دارد. میکروکنترلر دارای پین‌های جانبی بسیاری مانند [۳]GPIO (هدف کلی ورودی/ خروجی)، [۴]ADC (مبدل آنالوگ به دیجیتال)، تایمر، [۵]UART (فرستنده گیرنده آسنکرون یونیورسال) و اترنت و سایر لوازم جانبی برای ارتباط با دنیای خارجی است. خروجی دیجیتال میکروکنترلر یک سیگنال با آمپراژ پایین است. هنگامی که یک پین HIGH تنظیم می‌شود، ولتاژ اعمالی به آن پین به طور معمول ۳.۳ یا ۵ ولت است و میزان جریانی که می‌تواند تامین نماید حدود mA ۳۰ است که برای کنترل یک LED که نیاز به جریان کمتری دارد، مناسب است. اگر بخواهیم کلید قدرت را توسط پین میکروکنترلر کنترل کنیم، به درایوری نیاز داریم که بتواند مقدار لازم جریان را به بار منتقل کند تا روشن شود؛ بنابراین به یک وسیله بین میکروکنترلر و دستگاهی که باید توسط ولتاژ و جریان پایین کنترل می‌شود، نیاز است. رله‌ها و ترانزیستور‌ها اغلب با این هدف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مدار وصل کلید قدرت با میکروکنترلر

ترانزیستور

ترانزیستور در این برنامه به عنوان یک درایور کار می‌کند که جریان مورد نیاز را به رله می‌دهد تا وقتی که در حالت اشباع است روشن شود.

مقاومت

از مقاومت‌ها برای محدود نمودن جریان در LED و ترانزیستور‌ها بکار می‌رود.

LED

از دیود‌های نشر نوری برای مشخص کردن وضعیت روشن یا خاموش کلید قدرت استفاده می‌شود.

رله

رله یک سوئیچ است که برای کنترل بار الکتریکی با توان بالا (مانند مدار شکن، موتور و سولنوئید) استفاده می‌شود. سوئیچ معمولی قادر به تحمل بار زیاد نیست، به همین دلیل از رله برای کنترل بار الکتریکی با توان بالا استفاده می‌شود.

قواعد کار کنترل از راه دور کلید قدرت توسط میکروکنترلر

هنگامی که به میکروکنترلر دستور داده می‌شود تا بار را روشن کند، پین میکروکنترلر بر روی ۳.۳ ولت (در مدار بالا) تنظیم می‌شود که ترانزیستور NPN را روشن می‌کند. هنگامی که ترانزیستور روشن است جریان از کلکتور به امیتر ترانزیستور شارش می‌یابد که رله را فعال می‌کند و رله ولتاژ AC را به کلید قدرت متصل می‌کند تا روشن شود. از LED برای نشان دادن روشن یا خاموش بودن کلید قدرت استفاده می‌شود. هنگامی که پین ​​میکروکنترلر زیاد باشد LED روشن است (کلید قدرت روشن) و هنگامی که پین ​​میکروکنترلر پایین باشد، ترانزیستور در حالت خاموش قرار دارد و هیچ جریانی به سیم‌پیچ رله نمی‌رسد و کلید قدرت و LED خاموش هستند.

دیود حفاظتی

با خاموش شدن رله، یک emf برگشتی تولید می‌شود که اگر دامنه آن بیش از ولتاژ VCEO ترانزیستور باشد، ترانزیستور دچار آسیب می‌شود. برای محافظت از ترانزیستور و همچنین خروجی دیجیتال میکروکنترلر از یک دیود استفاده می‌شود که هنگام خاموش شدن رله هدایت می‌کند که به عنوان دیود هرزگرد [۶]نیز معروف است.

طراحی

فرض کنید زمانیکه پین میکروکنترلر بالاست ولتاژ ۳.۳ ولت و زمانیکه پین آن پایین است ولتاژ صفر می‌دهد. یک رله ۱۲ ولتی و یک سیم‌پیچ با مقاومت ۳۶۰ اهم انتخاب کنید، در اینصورت جریان کشیده شده توسط رله برای روشن شدن برابر است با:



که جریان نامی رله است.

LED (که دارای ولتاژ مستقیم [۷]۱.۲ ولت است) حدود ۲۰ میلی آمپر جریان می‌کشد، در اینصورت RLED برابر خواهد بود:

در اینصورت مقدار RLED برابر با ۵۰۰ اهم انتخاب می‌شود؛ بنابراین جریان کل مورد نیاز برابر با ۳۳.۳+۲۰=۵۳.۳ mA خواهد بود که از کلکتور به سمت امیتر ترانزیستور شارش می‌یابد.

ترانزیستوری را در نظر بگیرید که بهره جریان DC (β) آن برابر با ۱۰۰ است. زمانیکه IC>۵۰ mA آنگاهBIb> ICدر ناحیه اشباع).