REarduino di Luigi Marchi

REarduino è il progetto realizzato da Luigi Marchi in ottica open.source.

Luigi è autore di molti progetti personali condivisi, alcuni pubblicati su questo stesso blog.

Alcuni giorni fa mi ha inviato tutto il materiale relativo alla realizzazione del progetto “REarduino” descritto direttamente da Luigi:

REarduino il relè’ fai da te, PWM per Arduino e centralina PENELOPE

Per capire il meccanismo della modulazione PWM non c’è nulla di più istruttivo di un relè a stato solido: Rearduino.
Attraverso un relè a stato solido, gestito con segnale PWM, puoi controllare il flusso di energia, alla stregua di un comune rubinetto.

Arduino, con tutte le sue uscite PWM, abbinato al relè a stato solido, espande le possibilità offerte da relé classici elettromeccanici di tipo ON/OFF che già conosci.

Il relè a stato solido per corrente continua puoi utilizzarlo per controllare la velocità di rotazione di un motore elettrico o la luminosità di una lampada alogena a bassa tensione o le nuove lampade a led che stanno sostituendo le vecchie lampade a filamento.

Impiego di REarduino

In domotica il relè a stato solido è un componente indispensabile quando vuoi controllare delle lampade di cortesia, l’apertura delle tapparelle o della basculante del garage.

Il controllo lo devi realizzare con impulsi PWM in cui arduino può darti un validissimo aiuto.
Infatti arduino non solo controlla il rubinetto, ma lo fa dopo aver elaborato le informazioni dei sensori con i suoi numerosi ingressi.

Il progetto

Pertanto il nostro relè a stato solido, che ho chiamato “REarduino”, ti dà la possibilità di pilotare l’utenza collegata in relazione ad eventi esterni, pensa alle luci che si attivano gradualmente in relazione alla luminosità dell’ambiente esterno ( funzione crepuscolare ) o si spengono quando nessuno si muove nella stanza ( sensore di movimento ).

Un altro campo di applicazione di REarduino è quello della gestione del riscaldamento o del condizionamento in base alla temperatura ambiente rilavata.

Costruire Rearduino è davvero semplice e di costo assai contenuto perché occorrono componenti di uso comune in elettronica:un Mosfet e poco altro.

Il circuito REarduino

Il circuito elettrico, collaudato in tanti miei progetti, è:

Prevede:

• un Mosfet IRF3205 con funzione di controllo o interruttore;
• un optoisolatore 4N25 ad isolamento del controllo arduino dal Mosfet.
• un regolatore di tensione 7812 il cui scopo è stabilizzare la tensione di eccitazione del Mosfet;

L’IRF3205 possiede una tensione di eccitazione doppia di quella delle uscite a 5 volt di arduino, il funzionamento a 5 volt è previsto dal datasheet, tuttavia, è al limite della migliore operatività ( 10 volt ) in caso contrario si surriscalda.
REarduino puoi adattarlo alle tue necessità selezionando componenti con caratteristiche adeguate, ad esempio alcuni Mosfet possono di operare a centinaia di volt ed essere impiegati in progetti professionali ( vedi progetto “ARIANNA, rubinetto di stringa per fotovoltaico”, che gestisce 400 volt e 10 Ampere ).

Il Mosfet IRF3205 è sovradimensionato applicato al basso voltaggio ( 12 o 24 volt in corrente continua ), ma questa condizione ti mette al riparo dal pericolo di scariche elettriche.

L’uscita Drain del Mosfet si trova al centro dei 3 terminali ed è collegata elettricamente al dissipatore metallico, puoi leggere le caratteristiche del Mosfet nel datasheet.

L’altro componente strategico è l’optoisolatore 4N25 i cui terminali 1,2 e 4,5 sono rispettivamente INPUT ed OUTOUT come puoi leggere nel datasheet.

Ultimo, ma solo in elenco, lo stabilizzatore LM7812, molto comune, di cui puoi leggere le caratteristiche nel datasheet.

Montaggio del progetto

Il montaggio dei componenti puoi effettuarlo su una basetta millefori da 22 x 25 fori da collocare preferibilmente su una barra di alluminio ad U di 65 x 35 mm della lunghezza di 80 mm.

Il montaggio è facilitato dalle foto e dalla posizione dei fori, ho indicato con una lettera le colonne e con un numero le righe partendo dall’angolo in alto a sinistra considerata A1.

Effettua 4 fori da 3 mm per le viti di tipo M3 ai quattro angoli in corrispondenza delle posizioni B2, U2, B24, U24.

Dopo aver fatto il foro nella basetta esegui i fori sulla barra di alluminio sovrapponendo le due.

Gli altri fori puoi realizzarli con una punta da 1,5 mm come vedi nella foto della basetta:

La sezione dei cavi deve essere adeguata a sopportare gli ampere del tuo progetto.

I morsetti li collocherai nei fori J2, L2, G24, L24, N24, P24; il terminale 1 del 4N25 nel foro M8 e il 4 nel foro P10; il 7812, nei fori I10, I11, I12.

Il Mosfet, montato in verticale, puoi collocarlo nei fori V12 (Gate), V13(Drain), V14(Source). Ti consiglio di saldare il Mosfet come ultimo componente per agevolare la foratura laterale della barra di alluminio ed apponendo tra i due un isolamento elettrico.

I tre componenti occupano, con i loro terminali, 3 righe ed ognuno incrocia l’altro, questo controllo ti evita disguidi di montaggio.

Tra la basetta e la barra di alluminio usa e viti da 20 mm aggiungendo 2 dadi cadauna come distanziali, come vedi in figura:

con questa collocazione sul retro della millefori non ci sono incroci e i collegamenti tra componenti risultano verticali e orizzontali:

Il 4N25 riceve la tensione di eccitazione PWM al terminale 1, contrassegnato da un puntino, e il piedino 2 è connesso al polo negativo, su entrambi sono presenti una resistenza da 390 ohm sufficienti a proteggere l’optoisolatore in presenza della tensione di 5v seguendo la formula: ( 5v – 1.5v ) / 0.01 = 350ohm.

Al terminale 4 sono collegate 2 resistenze : quella da 1k va a pilotare il Gate del Mosfet e l’altra da 15Kohm è collegata al negativo del circuito. Il terminale 5 del 4N25 riceve la tensione di 12 volt tramite la resistenza da 1Kohm.

Il Source del IRF3205 è collegato al negativo o Gnd, Il Drain è collegato al negativo dell’OUT (cavo di colore azzurro)

pertanto il Mosfet di tipo N agisce sul negativo.

Il 7812 non ha bisogno di dissipatore perché regola solo la tensione e gestisce pochi milliamper che alimenta il 4N25 stabilizzandola se la tensione di ingresso supera i 12 volt; l’ingresso del 7812 devi collegarlo al positivo del morsetto di ingresso, cavetto di colore rosso, e l’uscita del 7812 passa dalla resistenza di 1Kohm che va al terminale 5 del 4N25.

Lo sketch REarduino

Lo sketch è semplicissimo: prevede la generazione di un segnale pwm crescente e decrescente in modo continuo variandone la velocità. Per il test ho utilizzato una lampada da 12 volt simile alle luci da auto.

Ti suggerisco di misurare con un tester la tensione ai capi della lampada, noterai che varia in sintonia con la luminosità da cui puoi dedurre che il Mosfet riesce a modificare la tensione verso un carico resistivo senza sprecare energia come invece accadrebbe con una resistenza variabile.

/* Generatore impulsi PWM con ciclopwm variabile:
 * Genera una uscita PWM con andamento a crescere e poi a decrescere:
 * Evidenzia il duty cycle sul display, insieme alla tensione di uscita:
 * usare Arduino UNO e display SERIALE 2x16:
 */
#include <Arduino.h>           //inclusione della libreria base:

int caricoPin = 9;             // carico analogico PWM pin 9:
int ciclopwm = 0;
int aumento = 1; 
int conta = 0;
int velocita = 25;
int aumentovelocita = 1;
int volt_ingresso = 12;

void setup() {
  pinMode(caricoPin, OUTPUT);  
}  
 
void loop()  {
  conta = conta + 1;
  ciclopwm = ciclopwm + aumento;
  
  if (ciclopwm > 255) { aumento = -1; }
  if (ciclopwm < 1) { aumento = +1; delay(1000); }
  analogWrite (caricoPin, ciclopwm);
  
  if (conta > 30) {
    velocita = velocita + aumentovelocita;
    if (velocita > 50) aumentovelocita = -1;
    if (velocita < 2) aumentovelocita = +1; 
    conta = 0;   
  }
  delay (velocita);
}

Materiale del progetto REarduino

Per ultimare l’esperimento devi procurarti i seguenti materiali:

1. Arduino Uno;
2. il relè descritto in questo articolo;
3. un alimentatore stabilizzato da 12 volt 5/6 amper;
4. una lampada da auto tipo H4 (circa 60 watt di potenza per sezione).

Modifiche al progetto

Gli ingressi Arduino possono prevedere sensori quali: crepuscolare, antintrusione, sensori a contatti magnetici, ecc…
REarduino puoi trovarlo nella sezione DOMOTICA del sito FaenzaSoft a cui potrai contribuire con le tue realizzazioni ed evoluzioni dei progetti proposti. Rilascio i miei progetti secondo le licenze indicate nei rispettivi siti che le pubblicano.