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quinta-feira, 6 de agosto de 2020

Como fazer um Módulo Relé para dispositivos digitais como; ESP8266, Arduíno, PIC Etc.

Como fazer um Módulo Relé para dispositivos digitais como; ESP8266, Arduíno, PIC Etc.

Olá a Todos!!!
No post de hoje, iremos montar um simples módulo Relê, que poderá ser ativado através de um dispositivo de controle digital, como ESP8266, ESP32, NodeMCU, Wemos, Arduino, PICs, e etc, tudo isso de forma bastante simplificada, e com o custo realmente baixo.

Os Módulos Relés

Módulos Relés, são dispositivos compostos por um conjunto de componentes eletrônico, que juntos conseguem controlar uma carga de alta tensão e alta corrente com apenas um sinal de baixa tensão com baixíssima corrente, e de forma totalmente isolada da rede de alta tensão, o que é bastante interessante para nós que fazemos circuitos para automação, e necessitamos de isolar a rede de energia do nosso circuito de controle.

Os Relés

O relé é um interruptor eletromecânico que é acionado eletricamente por um eletroímã, que quando energizada, a corrente elétrica percorre a bobina criando o campo magnético que faz com que uma pequena aleta ferromagnética mude o estado das conexões de chaveamento do Relé, ocasionando assim o acionamento da carga ou o desligamento da carga, e isso com o circuito de controle independente da carga, ou seja isolado da carga. Com isso nos possibilita controlarmos dispositivos eletrônicos de alta tensão acionado por pequenas tensões e baixa corrente além de tudo isolado da rede controlada.
Existem diversos tipos de relé, mas o que vamos abordar aqui é o mais simples e conhecido, que são os relés de 5 pinos, como podemos visualizar na figura 2 abaixo, mas, vale lembra que o princípio de funcionamento é exatamente semelhante à todos os relés.
Fig. 2 - Relé 5V ,10 Amperes, HJR-3FF-S-Z 5 Pinos

O Circuito

O circuito é bastante simplista, mas não quer dizer que não seja funcional, na verdade ele é exatamente igual aos módulos que compramos já prontos no mercado. 
Existem três configurações que iremos abordar aqui neste Post, e cada um deles teem suas características e suas vantagens e é claro suas desvantagens.

Módulo com isolamento Total:

O módulo de isolamento total é a mais utilizada em circuitos industriais, devido as interpéries indesejadas que acontecem em campo, há uma necessidade de termos total redundância em assegurar o funcionamento e evitar a queima e, ou mal funcionamento de todo os circuitos, na Figura 3 logo abaixo, podemos analisar o diagrama esquemático do circuito do módulo de relés, nessa configuração o circuito da carga não tem nenhum contato com o circuito de ativação, pois é isolado através do Opto-acoplador que emite sinais de Luz para trafegar os comandos de acionamentos e a alimentação do circuito é totalmente independente do circuito de controle, trazendo assim garantias que o circuito módulo de acionamento não irá de maneira alguma interferir no controlador digital, caso aconteça alguma curto-circuito na carga.
Fig. 3 - Módulo Relé isolamento total

Nesta configuração o circuito controlador, Arduíno, ESPs, PICs, CPUs etc., não tem contato algum com o circuito da carga, que tem uma fonte independente para a ativação do Relé, e o Relé isola a carga do circuito de controle.

Lista de Materiais Módulo isolamento Total:

TR1 --------------------------- Transistor NPN de uso geral 2N3904, BC548, etc.
OA ---------------------------- Opto-Acoplador PC817
D1 ----------------------------- Diodo 1N4148, 1N4001, 1N4002... 4007, etc.
LED1 ------------------------- Led de uso geral 3mm vermelho
R1 ----------------------------- Resistor 1K (morron, preto, vermelho)
RL ----------------------------- Relé de 5 Pinos HJR-3FF-S-Z, JQC-3FF-S-Z, etc. 
J1, J2 -------------------------- Conector Barra Macho 2 Pinos
J3 ------------------------------ Borne Conector Kre 3 Vias
Diversos ---------------------- Placa Circuito Impresso, estanho, fios, etc.

Módulo com isolamento Parcial:

Essa configuração quase idêntica ao módulo com isolamento total, o que difere é que a alimentação do circuito Relé é a mesma alimentação do circuito de controle, como podemos ver na Figura 4 logo abaixo, a alimentação de 5 volts do circuito controlador está também conectado ao pino Vcc do circuito para ativar o relé através do Opto-acoplador, e nesta configuração não existe isolamento da fonte de alimentação do relé e a fonte de alimentação do Microcontrolador, no entanto o circuito de acionamento "microcontrolador" ainda tem sua porta digital GPIO isolada do circuito de acionamento através do Opto-acoplador, e a carga ainda está isolamento do circuito, que é ativada através do Relé que é isolado totalmente da carga.
Fig. 4 - Módulo Relé isolamento parcial

Lista de Materiais Módulo isolamento Parcial:

TR1 --------------------------- Transistor NPN de uso geral 2N3904BC548, etc.
OA ---------------------------- Opto-Acoplador PC817
D1 ----------------------------- Diodo 1N41481N40011N4002... 4007, etc.
LED1 ------------------------- Led de uso geral 3mm vermelho
R1 ----------------------------- Resistor 1K (morron, preto, vermelho)
RL ----------------------------- Relé de 5 Pinos HJR-3FF-S-ZJQC-3FF-S-Z, etc. 
J1 ------------------------------ Conector Barra Macho 3 Pinos
J2 ------------------------------ Borne Conector Kre 3 Vias
Diversos ---------------------- Placa Circuito Impresso, estanho, fios, etc.

Módulo simples:

Esse tipo de circuito é o mais simples, e por incrível que pareça é bem utilizado em módulos Relés utilizados em automação residencial, dado a sua simplicidade, o mais simples de todos, ele não tem o circuito de ativação isolado do circuito de controle, pois o pino de sinal digital é conectado diretamente ao transistor que controla o Relé, sendo alimentado com a mesma fonte de alimentação, como mostrado na Figura 5 logo abaixo.
Fig. 5 - Módulo Relé Simples

Lista de Materiais Módulo Simples:

TR1 --------------------------- Transistor NPN de uso geral 2N3904BC548, etc.
D1 ----------------------------- Diodo 1N41481N40011N4002... 4007, etc.
LED1 ------------------------- Led de uso geral 3mm vermelho
R1 ----------------------------- Resistor 1K (morron, preto, vermelho)
R2 ----------------------------- Resistor * Ver texto abaixo
RL ----------------------------- Relé de 5 Pinos HJR-3FF-S-ZJQC-3FF-S-Z, etc. 
J1 ------------------------------ Conector Barra Macho 3 Pinos
J2 ------------------------------ Borne Conector Kre 3 Vias
Diversos ---------------------- Placa Circuito Impresso, estanho, fios, etc.

O resistor R2, é um resistor que serve para limitar corrente no LED, tanto o LED quanto o R2, não são necessários no circuito, servem somente para indicar que o circuito foi ligado na fonte, quando se vai utilizar uma tensão de alimentação independente, Podemos seguir da seguinte maneira:
Par alimentação com uma tensão de:
12V - R2 = 1.2K
9V - R2 =1K
6V - R2 = 560R
3V - Não precisa utilizar R2. 

Existe ainda, a opção de se alimentar esse circuito com uma fonte separada, caso haja necessidade de se utilizar por exemplo um Relé de 12V, o que é necessário fazer, é simplesmente cortar a ligação +V que vem do controlador e ligar em uma fonte separada, deixando em comum para ambos circuitos a ligação do GND, que servirá para referenciar os dois circuitos, ficando assim uma alimentação independente do controlador.
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OBS.: Os pinos de entrada do módulo funcionam de forma inversa, já que estamos conectando as conexões de ativação do Opto-acoplador no positivo da fonte e o negativo do Opto-acoplador na porta digital, isso significa que quando a porta estiver em nível lógico ALTO, ela emitirá os 5V na sua saída, ocasionando o não ddp "diferença de potencial" no opto-acoplador que não ativará o led emissor de luz, quando o nível lógico do controlador estiver em BAIXO, na sua GPIO, "porta", estará em nível BAIXO, ou seja GND, terra, negativo, etc, o que fará com que a corrente flua vindo dos 5V da fonte, passando pelo Opto-acoplador e terminando no GND, fazendo o ciclo causando a ddp, e acendendo o LED, com isso acionando a carga através da alimentação do base do transistor que conduzirá para acionar o RELÉ.

ATENÇÃO: Tenha muita atenção nas ligações da carga, estamos tratando de ligações direto na rede elétrica, existe risco de choque elétrico, que pode causar lesões simples até mesmo lesões letais, se você não tem experiências, não faça esse circuito em ambiente em que você se encontra sozinho, compartilhe do seu projeto com pessoas mais experientes, nós não nos responsabilizamos por qualquer danos causados por suas ações.

Estamos dispondo para Download os materiais necessários para quem deseja montar com a PCI - Placa de Circuito Impresso, os arquivos estão divididos em 3 pastas, para cada modelo que você precise montar, e em cada pasta estamos dispondo os devidos arquivos em PDF e arquivos GERBER para quem deseja enviar para impressão.
Fig. 6 - Módulo Relé Acionamento digital PCB 3D


Download:

Link Direto: Arquivos PDF, GERBER

E por hoje é só, espero que tenham gostado!!!

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Forte abraço.

Deus vos Abençoe

Shalom


2 comentários: