PaperRelé. Relé controlado por transistor

Descripción

A veces es necesario controlar una carga de potencia (bien en alterna o en continua) a partir de una señal digital de 5 v. Una forma de conseguirlo y además de aislar la zona de 5v y la de alta tensión puede ser mediante la utilización de un relé.
Normalmente los microcontroladores suministran unos 25mA (Arduino hasta 40) pero para poder gobernar con seguridad la bobina de un relé de 5v (80mA) es mejor hacerlo mediante un transistor.

El diodo D1 es necesario para eliminar los picos de corriente producidos por la bobina del relé.
El diodo LED y su resistencia R2 se utilizan como indicadores del estado de la señal de control, en el caso de no necesitarse se pueden eliminar tranquilamente (como por ejemplo al utilizar la salida digital 13 de Arduino).


NOTA1: si se quiere regular la potencia de la carga, (no sólamente encenderla y apagarla), se puede utilizar el circuito  papertrino, publicado anteriormente en http://txapuzas.blogspot.com).

Componentes

• R1       Resistencia 10K 1/8W (0,02€)
• R2       Resistencia 1K 1/8W (0,02€)
• D1       Diodo rectificador 1N4007 (0,02€)
• TR1     Transistor BC547C (0,02€)
• J1        Barra de pins de 2,5 hembra (~0,02€)
• J2        Borna 3P C.I. P=5,08 (0,25€)
• RL1     Relé 5V 1A G2RL (~1,5€)
• Placa   trozo Stripboard 15x15 agujeros (~0,6€)

El coste total de componentes es menos de 3€. Los precios son aproximados y del año 2010)

NOTA: Parece ser que la resistencia R1 de 10K es un poco elevada y puede derse el caso de que no lleve al transistor a saturación, si ese es tu caso, puedes sustituir la resistencia R1 de 10K a 4,7K.

Características técnicas
Consumo: ~400mW
Tensión de entrada: 0-5v TTL standard
Intensidad señal de entrada: despreciable (IN)
Tensión máxima salida: 220v (depende del relé)
Intensidad máxima salida: 8A (depende del relé)
(para más detalles ver hojas de características del relé en el archivo zip de descargas)


Realización

Si vas a utilizar este circuito para controlar cargas de 220 V (lámparas, motores, ...), ten cuidado  (¡¡ existe peligro de muerte !!).


El método utilizado para la realización de la placa es con una stripboard (placa de prototipos en linea) y la ayuda de una pegatina. Para lo cual:

1 Descarga el archivo comprimido en zip e imprime el documento "PaperRelé" (lo tienes disponible en varios formatos más abajo, en apartado descargas).

2 Comprueba mediante la regla situada en el margen izquierdo del documento impreso que está a escala 1/1, es decir que la regla mide 230mm de longitud. Si no es así deberás modificar algún parámetro de tu impresora para que la impresión sea a escala natural.

3 Recorta la zona denominada "Pegatina Lado componentes" (Si quieres puedes pegar encima un trozo de "Aeronfix" transparente para protegerlo.

4 Recorta un trozo de Stripboard con las dimensiones de la pegatina.

5 Pega la pegatina sobre el stripboard. Para facilitar el posicionamiento de la pegatina, puedes punzonar con una aguja unos cuantos puntos de inserción, por ejemplo los de las bornas J1 y J2, y colocar en los agujeros practicados las regletas.
Atención: Fíjate en la dirección de las pistas de la stripboard, tienen que ser perpendiculares a las bornas de conexionado.

6 Punzona todos los agujeros de inserción (sobre una superficie blanda, yo utilizo una caja de cartón), que están representados en la pegatina como un punto blanco de 1mm de diámetro. Como la pegatina está a escala (y si está bien pegada) y los agujeros están dispuestos sobre una rejilla de 2,5mm tiene que coincidir un agujero de la stripboard debajo de cada punto de inserción.

Un caso especial son algunos relés, que no tienen la disposición de patillas según la rejilla standard. En este caso creo que lo mejor es agrandar los agujeros del relé en la placa y doblar las patillas del relé.

7 Vete colocando y soldando todos los componentes. Suele ser recomendable soldarlos en este orden:

1. puentes, zócalos y conectores. 
2. Resistencias
3. Condensadores
4. Diodos y transistores

8 También tienes que eliminar dos zonas en la parte inferior de la placa, una para separar las dos patillas de la bobina del relé y la otra para aislar el tornillo de fijación de la alta tensión. Utiliza la imagen "Lado Cobre" del documento impreso "PaperRelé_v0.pdf" disponible más abajo, en descargas,

Resultado

Tatxan!! ya tenemos la placa lista: Placa vista por arriba

y por abajo (homenaje a Chivas ;-) )

Ejemplos

Si vas a utilizar esta placa con Arduino, no se necesita ningún software especial. Siempre que actives la salida digital a la que está conectada la patilla "IN" de la placa el relé se activará, y la carga que tenga conectada también.

Blink.pde
Para comprobar el funcionamiento puedes utilizar el ejemplo de Arduino que enciende y apaga un led (disponible en: MenúArduino/File/Examples/Digital/Blink)

El montaje deberás hacerlo como indica la figura siguiente:

(En el archivo zip de descargas, en el directorio "Sketches", tienes instrucciones más detalladas)
Perdonad la mala calidad del video, pero tengo un móvil muy potroso.
Aunque en el video no haya conectado nada al relé, podeis apreciar que el relé funciona, además de por el diodo led, por el sonido que hace al abrir y cerrar los contactos.



BlinkModificable.pde
Este es otro ejemplo suministrado (en el directorio sketches del documento descargable) , que como su nombre indica es una modificación del programa blink pero con dos modos de funcionamiento. Dispone de tres pulsadores, si apretamos el del medio se enciende o apaga el relé, y si pulsamos los laterales el relé pasa a intermitente, aumentando la cadencia si pulsamos el botón de la izquierda del "paperteclado" y disminuyendo si pulsamos el de la derecha. El montaje es el siguiente (puedes utilizar cualquier Arduino compatible):

(En el directorio Sketches del archivo zip descargado, tienes instrucciones detalladas de montaje.)

El código es el siguiente:

  /*
  BlinkModificable

 Apaga y enciende un LED repetidamente graduando su intervalo de encendido mediante pulsadores

 EL CIRCUITO
* 3 Pulsadores Pull-UP (activos a masa) ó PaperTeclado
  - Cable 1 (CableMas-rojo) PaperTeclado con Entrada digital Arduino D4
  - Cable 2 (CableMarcha/Paro) PaperTeclado con Entrada digital Arduino D3
  - Cable 3 (GND) PaperTeclado con conector GND Arduino
  - Cable 4 (+5V) PaperTeclado con conector +5V Arduino
  - Cable 5 (CableMenos) PaperTeclado con Entrada digital Arduino D2
* LED conectado entre el pin 13 y masa.
  - Nota: La mayoría de las placas Arduino tienen un led conectado al pin 13 de la placa,
          este led es opcional
* PaperRelé
  - Conector IN PaperRelé conectado con Salida digital Arduino D13
  - Conector +5V PaperRelé conectado con +5V Arduino
  - Conector GND PaperRelé conectado con GND Arduino
   
 Creado el 27 de Agosto de 2010
 Por Iñigo Zuluaga

http://txapuzas.blogspot.com/
 
*/

// DEFINICION ENTRADAS/SALIDAS

int LedPin =  13;         // LED conectado en placa al pin digital 13
int MenosPin = 2;         // CableMenos PaperTeclado a Entrada dig 2
int MarchaPin = 3;        // CableMarcha/Paro PaperTeclado a Entrada dig 3
int MasPin = 4;           // CableMas PaperTeclado a Entrada dig 4

// DEFINICION DE VARIABLES

int Temp = 500;           // Tiempo de intervalo de encendido (100-2000 mseg)
int Estado = 0;           // Estado: 0=apagado, 1=encendido, 2=Pulsando
boolean ValLedPin = HIGH; // Valor de la salida LedPin13 del Arduino
int PulsMenos=0;          //
int PulsMarcha=0;
int PulsMas=0;

// FUNCION INICIAL

void setup()   {              
  // Inicializar las salidas:
  pinMode(LedPin, OUTPUT);  // Se define como entrada el LedPin (es también el Relé) 
  pinMode(MenosPin, INPUT); // Define como entrada el Pulsador Menos
  pinMode(MarchaPin, INPUT);// Define como entrada del Pulsador Marcha/Paro
  pinMode(MasPin, INPUT);   // Define como entrada del Pulsador Más
  Serial.begin(9600);       // Define el puerto Serie
}

// CICLO PRINCIPAL

void loop() {
 
  delay(Temp);                            //Espera el tiempo indicado
  Serial.print("PulsMenos:");
  Serial.print(PulsMenos);
  Serial.print(", PulsMarcha:");
  Serial.print(PulsMarcha);
  Serial.print(", PulsMas:");
  Serial.print(PulsMas);
  Serial.print(", Estado:");
  Serial.print(Estado);
  Serial.print(", Temp:");
  Serial.println(Temp);
 
  // lee el valor de los pulsadores:
  PulsMenos=digitalRead(MenosPin);
  PulsMarcha=digitalRead(MarchaPin);
  PulsMas=digitalRead(MasPin);
  if (Estado==0) {                        // Si está apagado
    if (PulsMarcha==LOW){                 // y se ha pulsado Marcha:
       Estado=1;                          // Define el flag de Estado a 1 (Marcha)
       ValLedPin=HIGH;
       digitalWrite(LedPin,ValLedPin);    // y Enciende el relé
    }
    else if (PulsMenos==LOW){             // Si se ha pulsado menos "<" estando apagado:
      Estado=2;                           // pasa a estado automático
    }
    else if (PulsMas==LOW){               // idem si se ha pulsado ">"
      Estado=2;
    }
  }
  else if (Estado==1) {                        // Si está encendido en modo Manual
    if (PulsMarcha==LOW){                 // y se pulsa el boton Marcha/Paro "-":
       Estado=0;
       ValLedPin=LOW;                    // Se pone en modo Parado
       digitalWrite(LedPin,ValLedPin);   // y se apaga la salida
    }
    else if (PulsMenos==LOW){             // Si en Manual se pulsa Menos "<":
      Estado=2;                           // pasa a estado automático 
    }
    else if (PulsMas==LOW){               // idem si se pulsa Mas ">"
      Estado=2;
    }
  }
  else if (Estado==2) {                        // Si está en modo Automático
    if (PulsMarcha==LOW){                 // y se pulsa Marcha/Paro "-":
       Estado=0;                          // Se pone en modo parado
       ValLedPin=LOW;
       digitalWrite(LedPin,ValLedPin);    // y se apaga la salida
    }
    else if (PulsMenos==LOW){             // Si en automático se pulsa Menos "<":
      Temp=Temp-100;                      // se reduce en 100ms el intervalo
      if (Temp<100){                      // Si el intervalo es muy pequeño
        Temp=100;                         // se impide que se reduzca más
      }
    }
    else if (PulsMas==LOW){               // Si en automático se pulsa Mas ">":
      Temp=Temp+100;                      // se incrementa en 100ms el intervalo
      if (Temp>1500){                     // Si el intervalo es muy grande
        Temp=1500;                        // se impide que aumente más
      }
    }
    else{
      ValLedPin=!ValLedPin;             // Se cambia el estado del valor del Pin de salida
      digitalWrite(LedPin,ValLedPin);   // y se escribe este valor en la salida.     
    }
  }
}

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Notas
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