उच्चतर वर्तमान डिवाइस (मोटर, सोलनॉइड, लाइट, आदि) को एक Arduino द्वारा कैसे नियंत्रित किया जा सकता है?


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मैं एक व्यापक रूप से लागू समाधान की तलाश कर रहा हूं, जिसे विभिन्न परियोजनाओं के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।

मैं वर्तमान में कई परियोजनाओं पर काम कर रहा हूं, जिनमें से प्रत्येक को एक Arduino Uno से 800mA से 2A तक के उपकरणों को नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है। एक स्टेपर मोटर्स को नियंत्रित करता है, एक 12vdc सॉलोनॉयड एक्ट्यूएटर्स को नियंत्रित करता है, और एक 12vdc वायवीय वाल्व को नियंत्रित करता है।

उदाहरण के लिए:

Arduino एक बटन को मॉनिटर करता है, और हर बार बटन दबाए जाने पर यह solenoid actuator को ट्रिगर करता है। क्योंकि Arduino solenoid द्वारा आवश्यक धारा को स्रोत करने में असमर्थ है, एक स्विच (रिले, ट्रांजिस्टर, आदि) को नियंत्रित करने वाले Arduino के साथ एक अलग बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता होती है जो उच्च वर्तमान को पारित करने की अनुमति देता है। स्टेपर मोटर के लिए, लेआउट अधिक जटिल है क्योंकि चार पिनों को चार अलग-अलग स्विच (सर्किट की इंटरऑपरेबिलिटी बनाए रखने के लिए) को नियंत्रित करने की आवश्यकता होगी। रिले एक वायु वाल्व को नियंत्रित करता है और इसके लिए 12vdc की भी आवश्यकता होती है।

मैं यह पता लगाने की कोशिश कर रहा हूं कि इन अनुप्रयोगों में से प्रत्येक में (और किसी भी भविष्य की परियोजनाओं) में इस्तेमाल होने वाले एकल सर्किट का उपयोग कैसे किया जा सकता है जिसमें Arduino पिन की तुलना में उच्च वर्तमान उपकरणों को नियंत्रित करना शामिल है।

प्रोटोटाइपिंग गति, मानकीकृत घटक और कम लागत ड्राइविंग कारक हैं। स्विचिंग गति, उपयोगी जीवन और शोर भी महत्वपूर्ण हैं।

क्या एक ब्रेकआउट बोर्ड, सर्किट या घटक है जो एक Arduino पिन से जुड़ा हो सकता है और एक उच्च वर्तमान डिवाइस को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है? आदर्श रूप से एक सॉफ्टवेयर नियंत्रित पोटेंशियोमीटर के साथ ताकि स्केच में ही विभिन्न परियोजनाओं के लिए प्रतिरोध सेट किया जा सके।


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तो यह बोर्ड क्या नियंत्रित करेगा? प्रतिरोध या वोल्टेज? या डिवाइस ही?
hichris123

बोर्ड डिवाइस को नियंत्रित कर रहा होगा। मैंने प्रश्न में विवरण जोड़ दिया है।
jlbnjmn

"उच्च धारा" को परिभाषित करें।
जिप्पी

जवाबों:


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इस तरह की उच्च धाराओं को चलाने के लिए, आपको कई ट्रांजिस्टर का उपयोग करना पड़ सकता है (आप डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर का उपयोग भी कर सकते हैं )। एक चिप में लगे डार्लिंगटन के एरे हैं (जैसे ULN2803A में 8 डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर हैं, लेकिन यह 500mA तक सीमित है)।

आपको संभवतः उच्च शक्ति ट्रांजिस्टर से निपटना होगा; एक उदाहरण के रूप में मैंने STMicroelectronics TIP110 पाया है जो एक 2A वर्तमान (4A चोटी) को स्विच करने का समर्थन कर सकता है, लेकिन शायद गर्मी को फैलाने के लिए एक हीट सिंक की आवश्यकता होगी।

ध्यान दें कि मुझे आश्चर्य है कि क्या आपके स्टेपर को वास्तव में 2 ए वर्तमान की आवश्यकता है (क्या वे इतने बड़े हैं?)। स्टेपर के लिए, आप आमतौर पर आईसी पा सकते हैं जो उन्हें आसानी से ड्राइव कर सकते हैं, जैसे L293D लेकिन यह एक "केवल" 600mA) चला सकता है।

निष्कर्ष के रूप में, मुझे डर है कि आपको "एक आकार सभी फिट बैठता है" समाधान नहीं मिलेगा, क्योंकि आपके सभी उपकरण अलग-अलग हैं और उन्हें उपयुक्त सर्किट द्वारा संचालित किया जाना चाहिए।

संपादित करें:

चूंकि ओवरसाइज़िंग आपके प्रोटोटाइप मामले में कोई समस्या नहीं है, तो आप सामान्य द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के बजाय एक MOSFET के साथ जा सकते हैं । एक MOSFET मानक ट्रांजिस्टर की तुलना में उच्च धाराओं और वोल्टेज को ड्राइव करने में सक्षम होगा।

नकारात्मक पक्ष यह है कि आप इसे केवल एक स्विच के रूप में उपयोग कर सकते हैं (जैसे एक रिले) और इस प्रकार वास्तव में आपके उपकरणों के लिए सटीक शक्ति ड्राइव नहीं कर सकते हैं । मुझे लगता है कि एक Stepper मोटर, या एक Solenoid के लिए कोई फर्क नहीं पड़ता है, लेकिन उदाहरण के लिए ड्राइविंग रोशनी के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है।

हालाँकि, अच्छी बात यह है कि आप इसके लिए पीडब्लूएम का उपयोग कर सकते हैं क्योंकि मोसफेट स्विचिंग गति ऐसे उद्देश्यों के लिए पर्याप्त है।

कीमत के बारे में, वहाँ MOSFET के कई अलग-अलग प्रकार हैं, लेकिन मुझे लगता है कि आप $ 1 से कम के लिए अपनी आवश्यकताओं (12V, 2A) को फिट करने वाला पा सकते हैं।

मैं आपको इस विषय के बारे में इस महान लेख पर एक नज़र डालने की सलाह देता हूं ।


2A solenoids के लिए है। मैं समझता हूं कि एक आकार सभी के लिए एक चुनौती है और उत्पादन के लिए आदर्श नहीं है। इस मामले में उद्देश्य तेजी से प्रोटोटाइप है, जहां ओवर बिल्डिंग स्वीकार्य है।
jlbnjmn

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ध्यान दें कि TIP110 के साथ भी, आपको संभवतः इसके और Arduino आउटपुट पिन के बीच में एक छोटा ट्रांजिस्टर जोड़ना होगा, क्योंकि TIP110 अपने बेस पर 50mA खींच सकता है, जो एक Arduino पिन के लिए बहुत अधिक है।
jfpoilpret

मुझे लगता है कि टिप 120 इस के लिए आदर्श है, डेटापत्रक के अनुसार, यह 5 ए और 6V के लिए धाराओं ऊपर से निपटने में सक्षम है - fairchildsemi.com/datasheets/TI/TIP120.pdf
Yasitha Chinthaka

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उच्च भार को स्विच करने के बहुत सारे तरीके हैं, और jfpoilpret ने कुछ अच्छे विकल्पों का वर्णन किया है। मैं रिले-आधारित समाधानों के एक जोड़े को संक्षेप में प्रस्तुत करूंगा, जो मुख्य रूप से तुलनात्मक रूप से धीमी गति से स्विचिंग गति (यानी आमतौर पर पीडब्लू के लिए उपयुक्त नहीं) के लिए उपयुक्त हैं।

ठोस राज्य रिले
ठोस राज्य रिले (SSR) प्रभावी रूप से अर्धचालक आधारित स्विच हैं। वे आपकी आवश्यकताओं के आधार पर विभिन्न प्रकार के कॉन्फ़िगरेशन में आते हैं, लेकिन महत्वपूर्ण कारक यह है कि उनके पास कोई चलती भाग नहीं है। इसका मतलब है कि यदि वे ठीक से उपयोग किए जाते हैं तो वे लंबे समय में बहुत विश्वसनीय हो सकते हैं।

आंतरिक रूप से, वे आमतौर पर MOSFETs और thyristors या इसी तरह के होते हैं। यह उन्हें सिद्धांत में काफी उच्च स्विचिंग गति प्राप्त करने की अनुमति दे सकता है। व्यवहार में, जितनी अधिक शक्ति के लिए इसे डिज़ाइन किया गया है, उतनी ही जल्दी इसे स्विच करना कठिन है। इसका मतलब है कि उच्च गति + उच्च शक्ति काफी महंगी हो सकती है।

ध्यान में रखने के लिए एक महत्वपूर्ण कारक यह है कि यदि आप डीसी के बजाय एसी स्विच करना चाहते हैं, तो आपको आमतौर पर एक अलग प्रकार के एसएसआर की आवश्यकता होगी। यह भी ध्यान रखना अच्छा है कि कुछ बिल्ट-इन ऑप्टो-आइसोलेटर के साथ आएंगे या आपकी बिजली की आपूर्ति अलग रखने के लिए।

इलेक्ट्रो मैकेनिकल रिलेज़
यह अधिक 'पारंपरिक' दृष्टिकोण है। इलेक्ट्रो मैकेनिकल रिले (EMR) एक काफी सरल घटक है, जिसमें एक विद्युत स्विच होता है, जो एक विद्युत चुम्बकीय कुंडली द्वारा नियंत्रित होता है। यदि स्विच सामान्य रूप से खुला है, तो एक नियंत्रण धारा लागू होने पर कुंडल इसे बंद कर देता है। इसके विपरीत, एक सामान्य रूप से बंद स्विच को तब खोला जाता है जब एक कंट्रोल करंट लगाया जाता है।

SSRs जैसी चीजों पर EMR के कई फायदे हैं। सबसे स्पष्ट लागत है - उनकी सादगी उन्हें काफी सस्ता बनाती है, और उच्च-शक्ति संस्करणों के लिए लागत इतनी तेजी से नहीं बढ़ती है। इसके अतिरिक्त, नियंत्रण और लोड स्वाभाविक रूप से अलग-थलग हैं, और वे परवाह नहीं करते हैं कि आप एसी या डीसी स्विच कर रहे हैं या नहीं।

हालांकि इसके कई नुकसान भी हैं। यांत्रिक पहलू का अर्थ है कि गैर-यांत्रिक स्विचिंग समाधानों की तुलना में ईएमआर आमतौर पर बहुत धीमा होता है, और संपर्क उछाल से पीड़ित हो सकता है। इसके अतिरिक्त, वे शारीरिक रूप से घिस सकते हैं, और वे झटके, कंपन, और (संभवतः) अन्य चुंबकीय क्षेत्रों जैसी चीजों से प्रभावित हो सकते हैं।

ईएमआर का उपयोग करने के लिए सर्किट डिजाइन करते समय, बैक-ईएमएफ (इलेक्ट्रोमोटिव बल) के बारे में पता होना आवश्यक है। जब एक नियंत्रण धारा लागू की जाती है, तो कुंडल एक प्रारंभ करनेवाला के रूप में कार्य करता है, विद्युत चुम्बकीय रूप से चार्ज करता है। जब नियंत्रण वर्तमान बंद हो जाता है, तो संग्रहीत चार्ज नियंत्रण सर्किट के माध्यम से वापस बढ़ सकता है, एक बड़े नकारात्मक वोल्टेज स्पाइक का निर्माण कर सकता है (संभावित रूप से जो लागू किया गया था, उससे कहीं अधिक बड़ा)।

यह स्पाइक दुर्भाग्य से किसी भी संलग्न घटकों या माइक्रोकंट्रोलर पिन को नुकसान पहुंचा सकता है / नष्ट कर सकता है। यह आम तौर पर रोका / एक डायोड डाल से कम है रिवर्स में रिले के नियंत्रण से संपर्क भर में। इस संदर्भ में, इसे कभी-कभी फ्लाईबैक डायोड के रूप में जाना जाता है, और यह ईएमएफ को सुरक्षित रूप से प्रसारित करने की अनुमति देता है।


क्या आप कहेंगे कि एक MOSFET जो कि jfpoilpret द्वारा लिंक किए गए लेख में वर्णित है, इन अनुप्रयोगों के लिए विद्युत रिले के लिए एक उपयुक्त विकल्प होगा?
jlbnjmn

हां, आपके द्वारा वर्णित अनुप्रयोगों के लिए, मुझे उम्मीद है कि एक MOSFET पर्याप्त होगा। बस याद रखें कि वे स्थिर निर्वहन के प्रति संवेदनशील हैं, इसलिए उन्हें संभालते समय उचित सावधानी बरतें।
पीटर ब्लूमफील्ड

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जैसा कि पहले से ही jfpoilpret ने कहा, 12 VDC पावर को चालू और बंद करने के लिए एक पावर MOSFET बहुत अच्छा है जो 44 A. तक खींचता है। प्रत्येक $ 1 के तहत दर्जनों ऐसी MOSFET पावर हैं। अधिक महंगे MOSFET उपलब्ध हैं जो बहुत अधिक करंट और वोल्टेज को संभाल सकते हैं।

सिद्धांत रूप में एक माइक्रोकंट्रोलर और कुछ मुट्ठी भर ट्रांजिस्टर और कुछ अन्य छोटे भागों के साथ एक स्टेपर मोटर चलाना संभव है। हालांकि, बहुत से लोग "स्टेपर ड्राइवर चिप" का उपयोग करना पसंद करते हैं, इसलिए सॉफ़्टवेयर बग के लिए गलती से ट्रांजिस्टर को इस तरह से चालू करना असंभव है क्योंकि बिजली की आपूर्ति को कम करने के लिए (आमतौर पर कम से कम 2 ट्रांजिस्टर को नष्ट करना)। कई हालिया स्टेपर ड्राइवर चिप्स भी माइक्रोस्टेपिंग, करंट लिमिटिंग, थर्मल ओवरलोड प्रोटेक्शन और अन्य अच्छे फीचर्स को हैंडल करते हैं।

उन सभी स्टीपर चालक चिप्स, जिनके बारे में मैंने कभी सुना है, और उन चिप्स का उपयोग करने वाले कुछ ऑफ-द-शेल्फ ब्रेकआउट बोर्ड, http://reprap.org/wiki/stepper_motor_driver पर सूचीबद्ध हैं ।

विशेष रूप से, मैंने कई रिपरैप 3 डी प्रिंटर देखे हैं जिसमें मैंने पांच स्टेपल मोटर्स को चलाने के लिए एक अरुडिनो को चार पोलोलु स्टेपर ड्राइवरों ($ 15 प्रत्येक के तहत) से कनेक्ट किया है ।


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मैंने एक एमटीवी 3055 एमओएसएफईटी 60 वी 12 ए ट्रांजिस्टर का उपयोग करके 12 वी पेल्टियर (जो एक उच्च शक्ति स्रोत भी है) को बिजली देने के लिए एक अरुडिनो (अरुडिनो नैनो) सर्किट बनाया। और सर्किट बहुत अच्छी तरह से चल रहा है।

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