# Giriş #
OP, 5 Sparkfun's Beefcake röle modülünün bir bankasını güvenli bir şekilde kontrol etmek için Rpi'yi kullanmak istiyor . Bir problemi vardı çünkü Rpi GPIO mantık seviyesi 3.3V idi, fakat rölesi 5V mantık kontrolü kullanıyor. Mantıksal düzeyde eşitsizlik sorununun üstesinden gelmek için Rpi'yi nasıl değiştireceğini bilmek istiyor. Aşağıdakileri içeren seçimleri: röle bobinini sürmek için BC5468 transistörünü kullanmak; bir opto izolasyon rölesi almak ve ULN2803 kullanarak sürmek; UDN2981 gibi bir kaynak sürücü kullanarak ...
Soruşturmadan sonra, şimdi kendi lehte ve aleyhlerinde birkaç çözüm öneririm. OP risk, güvenilirlik, maliyet vb. İşlemlerinden sonra bir çözüm seçebilir.
# İçindekiler #
1. Çözüm - NPN transistörünün önyargı direncini değiştirme
2. Çözüm - Rpi'nin 3.3V GPIO sinyalini 5V'a çıkarmak için UDN2981'i kullanma
3. Çözüm - Rpi'nin 3.3V GPIO sinyalini 5V'a çıkarmak için 74HC03 ve 74HC04'ü kullanma
4. Çözüm - 74HCT125'i mantıksal seviye dönüştürme yapmak için kullanma
5. Çözüm - Mantıksal düzeyde dönüştürme yapmak için TXS0102'yi kullanma
Soution 6 - Mantıksal seviye dönüştürmesi yapmak için 2N2222 kullanımı
Çözüm 7 - Mantıksal düzeyde dönüştürme yapmak için 2N7000 kullanma
SSS1 - Rpi ve röle modülüne nasıl güç verilir ve birlikte topraklama yapılır
SSS2 - Değişken giriş probleminden nasıl kaçınılır?
SSS3 - Rölem sürekli yanıyor, Yüksek veya Düşük giriş olsun, Rpi Düşük sinyalinin yeterince düşük olmadığı için mi?
SSS3 - Rpi GPIO Düşük sinyalim röleyi kapatamıyor, ancak GPIO'yu giriş yapacağınız gibi ayarlamak. Bunu yaparsam Rpi'mi incitir miyim?
Donanım Sorun Giderme Önerisi
Yazılım Sorun Giderme Önerisi
Referanslar
# Çözüm 1. 3.3V uyumlu hale getirmek için NPN transistörünü önyargısını değiştirmek
İki genel çözüm türü şunlardır:
(1) 3.3V sinyaline adapte olacak şekilde modülün 5V lojik seviye giriş devresini değiştirmek,
(2) Rpi'nin 3.3V sinyallerini 5V'a çıkarmak için 3.3V - 5V mantıksal seviye dönüştürücü kullanın.
Şimdi (1) ile başlıyorum.
soruşturma
Sparkfun's Beefcake röle modülünde bobini (U1) süren bir NPN transistörü 2N3904 (Q2) vardır. Arduino'nun 5V mantık sinyalleri için tasarlanmıştır.
Rpi'nin 3.3V sinyalleri tarafından çalıştırılabilen benzer bir NPN transistör modülü KY019 var. Bu yüzden, KY019'un neden 3.3V sinyalleri alabildiğini ancak Beecake'in yapamadığını bulmak için giriş sinyali gereksinimlerini kontrol ettim.
KY- 019'ın 2.5V ve 0.1mA tetikleyici seviyesine sahip olduğunu buldum . Bu sinyal NPN transistörü tarafından 50mA'ya yükseltilir ve bobini röleyi aktive etmeye yetecek kadar yüksek.
Rpi GPIO (Yüksek yukarıdaki düzeyi ile 2.8 V'a ve maksimum akım sınırı 16mA ), rahatça 4mA olabilir kaynak, doğrudan modülü sürüş sorun olmaması gerekir.
Bobin 10mS'lik bir tepki süresine sahiptir. Rpi GPIO pin 17'yi röle modülünü 40mS döneminde (25cps) değiştirecek şekilde programladım ve rölenin beklendiği gibi mutlu şekilde tıklandığını gördüm. (GPIO sinyalleri için 2 metre uzunluğunda bağlantı kabloları kullanıyordum, bu nedenle röle giriş ucundaki sinyal biraz gürültülü.)
Beefcake modülünü 3.3V mantığına uyumlu hale getirmek için nasıl değiştirilir
Beefcake NPN transistörü, 1K değerinde bir akım sınırlayıcı rezistöre sahiptir. Bu direnç, Arduino 5V mantık yüksek seviyesindeki temel akımı sınırlandırır. Amplifikasyondan sonra (genellikle hFE> 100) limit dahilindeki baz akımı, bobini kızdıracak kadar büyüktür.
Arduino 5V GPIO akımının Beefcake röle modülüne hesaplanması:
Arduino akımı i ~ (4V [Arduino Yüksek] - 1V [Vce (sat)]) / 1K [R]) = 3V / 1K = 3mA
Bununla birlikte, Rpi'nin mantık Yüksek sinyali Arduino'dan daha düşüktür, bu nedenle karşılık gelen sınırlı akım daha küçüktür ve amplifikasyondan sonra bobini sürecek kadar büyük değildir.
Rpi akımı i ~ ((3V [Rpi Yüksek] - 1V) / 1K = 2mA
Değişiklik basittir - sadece 1K R2'yi daha küçük bir dirençle değiştirin, 510R diyoruz.
Rpi akımı i (değişiklikten sonra) = (3V - 1V) / 501R = 4mA
Devre analizi ve deneye dayalı eğitim tahminleri yapıyorum. Sanırım tahminim% 90 muhtemelen doğru.
Risk analizi
Küçük sinyal NPN transistörü 2N3094, küçük yük anahtarlaması için kullanılabilse de, bu güvenilir değildir. Röle anahtarlaması için, endüktif yükler için özel olarak tasarlanmış SS8050, UDN2981 gibi güç transistörlerini kullanmak daha güvenlidir.
OP, Pi'sini kızartmayacak güvenli bir yöntem istiyor, bu yüzden güvenilirlik için UDN2981 gibi bir kaynak sürücü kullanılacak.
/ ...
# Çözüm 2 - Beefcake röle modülünü çalıştırmak için UDN2981'i kullanma #
Yorumlar OP'nin Sparkfun Beefcake röle modülünün yüksek seviye tetikleyici olduğunu, bu nedenle sık kullanılan lavabo sürücüsü ULN2803'ün kullanılamayacağını göstermektedir. Bunun yerine ULN2803'e benzer bir sürücü, ancak akım alma yerine akım kaynağı kullanılmalıdır.
OP'nin röle modülü için UDN2981'in uygun bir sürücü olduğunu düşünüyorum.
UDN2981’in Beefcak’a benzer bir yüksek seviye tirgger röle modülü kullandığını ve ULN2803’ün düşük tetiğe sahip olduğunu başarıyla doğruladım. Aşağıda bir özetidir.
UDN2981, Yüksek tetikleme, NPN transistör giriş tipi röle modüllerini kontrol eder
Devrenin iyi çalıştığından emin olmak için ilk önce UDP2981'i Rpi'ye bağlamadan, 4 LED'i yanıp sönmek üzere manuel olarak test ettim.
Sonra 4 NPN transistör giriş tipi röle modülünü (KY019) kurdum ve 4 röle modülü girişini 4 UDN2981 kanal çıkışına bağladım.
Sonra 4 Rpi 3.3V GPIO pinini doğrudan 4 UDN2981 kanal girişine bağladım. 4 röle modülünü 25 cps'de değiştirmek için aşağıdaki python işlevini kullandım.
Sonuç iyiydi. 4 röle modülü kliklenir ve LED'ler beklendiği gibi 25cps'de yanıp söner. Rpi GPIO çıkış sinyalleri 3,3V civarında kaldı ve UDN çıkışı 4,0V civarında sinyal verdi, bu da hiçbir girişin aşırı yüklenmediğini gösteriyor.
UDN2981 yüksek tetiklemeli, opto yalıtımlı röle modüllerini kontrol eder
OP ayrıca opto izolasyonlu röle modüllerini kullanmayı düşündü çünkü daha güvenlidirler. Aynı UDN2981'i 4 Yüksek seviye tetikleme, opto yalıtımlı röle modüllerini (MK055) kontrol etmek için başarıyla kullandım.
Aslında UDN2981, NPN transistörü veya opto izole edilmiş tipler ne olursa olsun her türlü Yüksek tetikleme modülünü kontrol etmek için kullanılabilir.
Bununla birlikte, Düşük tetik modülleri için, PNP transistörü veya opto yalıtımlı olsun, kaynak sürücüsü UDN2981 çalışmıyorsa, ULN2803 veya başka bir havuz sürücüsü kullanılmalıdır.
ULN2803 kontrol Düşük tetiklemeli PNP transistör girişi veya opto yalıtımlı röle modülleri
ULN2083 lavabo sürücüsünün 4 Düşük tetiklemeli opto izole röle modülünü kontrol edebildiğini başarıyla doğruladım. Öncelikle 4 LED'i yanıp sönen manuel olarak test ettim, sonra 4 modülü test etmek için yukarıdaki aynı python fonksiyonunu kullandım. Sonuçlar da iyiydi.
Tartışma
ULN2803 ve UDN2981 Artıları ve Eksileri
Artıları
ULN2803 ve UDN2981 doğrudan 3.3V veya 5V besleme gerilimi ile TTL veya CMOS lojik sinyal ile sürülebilir.
Kelepçe diyotlu nominal 500mA çıkışları, röleleri ve kademeli motorları çalıştırmak için uygundur.
Eksileri
ULN2803 ve özellikle UDN2981 çok yaygın değildir.
8 kanala sahiptirler ve bu nedenle daha büyük 18 pin DIP paket boyutuna sahiptirler. Daha az kanal için, 14 pinli DIP paketi olan daha yaygın olan 74HC03 / 04 veya 74HCT125 daha yaygın ve kullanımı daha kolaydır.
# Çözüm 3 - RPi'nin 3.3V GPIO sinyalini yükseltmek için 74HC03 ve 74HC04'ü kullanma #
Bir röle modülünü sürmek için UDN2981 kullanmak, aşırı rölantidir, çünkü röleye doğrudan enerji vermek için yerleşik geri diyotlarla tasarlanmışlardır.
UDN2981 ortak değildir ve yeni başlayanların deney yapması için uygun değildir. Yeni başlayanlar için, çok yaygın ve ucuz mantık kapısı IC'leri, 74HC03 Quad NAND geçitleri ve HC04 Hex Inverters, 3.3V mantık sinyallerini değiştirerek UDN2981 ile aynı işi yapabilir.
HC03 ve HC04'ün 3.3V mantığını 5V'a yükselttiğini başarıyla doğruladım ve transistör girişi ve opto izole edilmiş yüksek seviye tetik modülleri için çalıştığını gördüm.
# Referanslar #
R1. Elektrik Rölesi nasıl çalışır? - TechyDIY
R2. Röle Anahtarı Devresi - Elektronik Dersleri
R3. Beefcake Röle Kontrol Bağlantısı Kılavuzu - SparkFun
R4,. Dijital Tamponlar ve Üç Durumlu Tamponlar - Elektronik Dersleri
R5. Pull-up Dirençleri - Elektronik Dersleri
R6 arasından seçilir. Mantık Seviyeleri Eğitimi - SparkFun
Arduino Voh 4.2V, Cilt 0.9V
R7. Rpi GPIO pin voltajı ve akım belirtimi
Rpi Voh 2.4V, Cilt 0.7V
R8. Bipolar Transistör - Elektronik Dersleri
================
# A.3 HCT125 kullanarak Mantıksal Seviye Dönüştürücü #
Bu yüzden başka bir HCT125 çevirici test ettim. İyi çalıştığını bulmaktan mutlu oldum. HCT125 dönüştürülmüş 5V0 sinyali NPN transistörlü röle modülüne bağlandığında düşmedi.
/ ...
Eklerin Sonu
** * Uzun Cevap Silinecek * **
Bu uzun cevap çok uzun soluk ve dağınık. Şimdi alakasız paragrafları kaldırmaya çalışıyorum ve belki de ilgili soruyu sorarak ve kendime cevap vererek değiştiririm.
Fotoğraf Bağlayıcı / Opto İzole Röle Modülü nasıl kontrol edilir
- Bir atlama teli alın.
- Bir ucu röle modülünün sinyal / giriş pimine bağlayın.
- Diğer ucunu tutun ve Vcc (+) ve Gnd (-) pinlerine dokunun ve aşağıdaki sonuçları kontrol edin.
2.1 Transistör giriş tipi
Popüler iki kutuplu NPN transistör giriş tipi için kaynak sürücü sinyali (3.3V - 5V mantıksal seviye dönüşümünden sonra Rpi GPIO sinyali veya RPi GPIO sinyali) bir dizi LED ve eğilme direnci ile transistörün tabanına gider.
Transistör giriş tipi (BJT NPN) röle modülü örneği
Bu röle anahtarlama öğreticisinde açıklandığı gibi çok popüler olmayan röle anahtarlama devresi vardır.
2.2 Fotosel giriş tipi
Fotosel giriş tipi rölede giriş olarak bir phtocoupler bulunur. Fotosel, röle bobinini çalıştıran başka bir transistör çalıştırır.
Ek C - TXS0102 kullanarak mantıksal seviye dönüştürücü
Artık Rpi GPIO'nun röle modülünü doğrudan çalıştırabildiğini biliyorum, ancak iki sorun var. İlk olarak, uzun bağlantı kablosu olan GPIO sinyali gürültülüdür, bu nedenle güvenilir değildir. İkincisi, volan diyodu 1N4148, bobini EMF'ye tamamen bastırmayabilir ve şans eseri bir şekilde 1N4148 bozulursa veya doğru şekilde bağlanmamışsa (zayıf temas, kuru lehim bağlantısı vb.), Arka EMF Rpi'ye zarar verebilir.
Bu yüzden Rpi GPIO sinyalini 3V3'ten 5V'a çıkarmak için bir mantıksal seviye dönüştürücü kullanmaya karar verdim. Önce TXS102 dönüştürücüyü denedim ve iyi çalıştığını gördüm. GPIO işaretini yükseltmenin yanı sıra, yüksek seviyedeki gürültü de büyük ölçüde azaltıldı.
Ancak dönüştürülen 5V GPIO singal'ı röle modülüne beslerken büyük bir sorun buldum. Röle, 3V3 sinyaliyle hala eskisi gibi açılıp kapandı, ancak dalga biçimini kontrol etmek için kapsamı kullandığımda, şaşırtıcı bir şekilde 5V sinyalinin yarı yarıya düştüğünü ve 2.2V'ye düştüğünü gördüm .
Sebep, TXS0102'nin röle modülüne akım sağlamaktan çok daha iyi akım alabildiğinden şüphelendim. Tahminimi doğrulamak için 5V sinyalini başka bir röle modülüne, bir fotokuplayıcı tipte, MK01 modelinde besledim.
Bu sefer 5V sinyalinin gözle görülür miktarda düşmediğini fark ettim.
Bu yüzden hızlı bir şekilde NPN transistör tipi röle modülünün kötü bir seçim olduğu sonucuna vardım. Bundan böyle bu tür röleleri test etmeyi bırakır ve fotosel rölesi tipini kullanırdım.
Ayrıca başka bir fotokuplör sürücü modülü MK101'i de test ettim. Bu modül, Yüksek tetiği veya Düşük tetiği seçmek için bir jumper'a sahiptir. Düşük tetikleme için, TSX0102 dönüştürülmüş 5V sinyal seviyesinin etkilenmediğini tespit ettim. Ancak Düşük tetik seçildiğinde, dönüştürülen 5V sinyal seviyesi röle hala çalışıyor olsa da yaklaşık 2.5V'a düşmüştür.
Ek E - HC04 kullanarak mantıksal seviye dönüştürücü
HCT125 çok yaygın değildir. Bu yüzden HC03 dörtlü açık tahliye NAND geçidi ve HC04 altıgen invertör kullanarak bir tane daha dönüştürücü devre denedim. HC04 çıkışını test ettiğimde çok gürültülü buldum. Bunun bir nedeni, rpi için diğeri dönüştürücü için başka güç kaynakları kullanmamdı. Güç kaynaklarının toprak noktalarını ortak bir nokta yapmak için bağlasam bile, gürültü kaybolmadı. Daha sonra hem rpi hem de dönüştürücü için bir güç kaynağı kullandım ve gürültü kayboldu.
Röle modülü için HC04 çıkış sinyalini Düşük tetikleme modunda (batan akım gerektirir, ancak Yüksek tetikleme modunda değil) (kaynak akımı gerektirir) denedim, bu yüzden akım kaynağı olan HC04 hex NOT geçidini ekleyeceğim. röle modülü.
Ek F - HC04 Seviye Çevirici Yüzer Giriş Sorunu
HC03 tabanlı seviye dönüştürücüyü ilk kez denediğimde, bir fotosel röle modülünde, girişi yüzer halde bırakırsam modülün gürültüyü topladığını ve rölenin delice açılıp kapandığını buldum. Frekansın belki 1kHz olduğunu sanıyordum. Bir tür olumlu geribildirim salınımı olup olmadığından emin değildim. Ancak kapsamı kontrol etmek için kullandığımda şaşırtıcı bir şekilde 50Hz olduğunu gördüm! Sanırım bir çeşit rezonans. Fakat rezonans ve salınım arasındaki farkın ne olduğunu bilmiyorum. Belki de yine göz kamaştırmalıyım. Neyse, sanırım bir yere yukarı / aşağı direnç eklemek gerekiyor.
Kısaltılmış veya silinmiş aşağıda
# Ekler #
# A1. İzole Opto / Fotoğraf çoğaltıcı röle modülü kartı ve şematik #
Opto yalıtımlı röle modülü, 4 pinli IC olan bir fotoğraf kuplörüne sahiptir. Aşağıdaki resim bir photoCoupler PC1'i (1, 2, 3, 4 yeşil olarak işaretlenmiş 4 pimi ile) ve bir transistör Q1'i göstermektedir. IC'ler her zaman işaretli değildir. Bu resimde PC1, EL354 ve Q1 8050'dir.
Diyagram Bağlantıları
35 : https://i.stack.imgur.com/cWkRi.jpg
