# परिचय #
ओपी 5 स्पार्कफुन के बीफकेक रिले मॉड्यूल के एक बैंक को सुरक्षित रूप से नियंत्रित करने के लिए आरपीआई का उपयोग करना चाहेगा । उन्हें एक समस्या थी क्योंकि Rpi GPIO तर्क स्तर 3.3V है, लेकिन उनका रिले 5V तर्क नियंत्रण का उपयोग करता है। वह जानना चाहता है कि तार्किक स्तर की असमानता समस्या के आसपास आने के लिए आरपीआई को कैसे संशोधित किया जाए। निम्नलिखित सहित उनकी पसंद: रिले कॉइल को चलाने के लिए ट्रांजिस्टर बीसी 5468 का उपयोग करना; एक ऑप्टो अलगाव रिले हो रही है और इसे ULN2803 का उपयोग करके ड्राइव करें; UDN2981 जैसे स्रोत ड्राइवर का उपयोग कर, ...
जांच के बाद, मैं अब उनके संबंधित पेशेवरों और विपक्षों के साथ समाधान के एक जोड़े का सुझाव देता हूं। ओपी जोखिम, विश्वसनीयता, लागत आदि का व्यापार करने के बाद समाधान चुन सकता है।
# सामग्री #
समाधान 1 - एनपीएन ट्रांजिस्टर के पूर्वाग्रह रोकनेवाला को संशोधित करना
समाधान 2 - RDN के 3.3V GPIO सिग्नल को 5V में बदलने के लिए UDN2981 का उपयोग करना
समाधान 3 - 74HC03 और 74HC04 का उपयोग करके Rpi के 3.3V GPIO सिग्नल को 5V में बदलने के लिए
समाधान 4 - 74HCT125 का उपयोग तार्किक स्तर पर कंवर्जन करने के लिए
समाधान 5 - तार्किक स्तर परिवर्तित करने के लिए TXS0102 का उपयोग करना
Soution 6 - तार्किक स्तर परिवर्तित करने के लिए 2N2222 का उपयोग करना
समाधान 7 - तार्किक स्तर को परिवर्तित करने के लिए 2N7000 का उपयोग करना
FAQ1 - आरपीआई और रिले मॉड्यूल को कैसे पावर करें और एक साथ टाई आधार
FAQ2 - फ्लोटिंग इनपुट समस्या से कैसे बचें
FAQ3 - मेरा रिले हमेशा हाई या लो इनपुट पर होता है, क्या ऐसा इसलिए है क्योंकि आरपीआई लो सिग्नल कम पर्याप्त नहीं है?
FAQ3 - मेरा आरपीआई GPIO लो सिग्नल रिले को बंद नहीं कर सकता है, लेकिन इनपुट के रूप में GPIO सेटिंग करेगा। अगर मैं ऐसा करता हूं तो क्या मैं अपनी आरपीआई को नुकसान पहुंचाऊंगा?
हार्डवेयर समस्या निवारण सुझाव
सॉफ्टवेयर समस्या निवारण सुझाव
संदर्भ
# समाधान 1. संशोधित NPN ट्रांजिस्टर बनाने के लिए यह 3.3V संगत #
समाधान के दो सामान्य प्रकार हैं:
(1) 3.3V संकेतों के अनुकूल मॉड्यूल के 5V तर्क स्तर इनपुट सर्किट को संशोधित करें,
(2) RV के 3.3 V सिग्नल को 5V में शिफ्ट करने के लिए 3.3V से 5V लॉजिकल लेवल कन्वर्टर का उपयोग करें।
मैं अब (1) से शुरू करता हूं।
जाँच पड़ताल
स्पार्कफुन के बीफकेक रिले मॉड्यूल में एक एनपीएन ट्रांजिस्टर 2N3904 (क्यू 2) कॉइल (यू 1) ड्राइविंग है। इसे Arduino के 5V लॉजिक सिग्नल के लिए डिज़ाइन किया गया है।
मेरे पास एक समान एनपीएन ट्रांजिस्टर मॉड्यूल KY019 है जिसे Rpi के 3.3V संकेतों द्वारा संचालित किया जा सकता है। इसलिए मैंने यह पता लगाने के लिए इसकी इनपुट सिग्नल आवश्यकताओं की जाँच की कि क्यों KY019 3.3V सिग्नलों का मनोरंजन कर सकता है लेकिन Beecake नहीं कर सकता।
मैंने पाया कि KY-019 का ट्रिगर स्तर 2.5V और 0.1mA है । यह संकेत एनपीएन ट्रांजिस्टर द्वारा 50mA तक बढ़ाया जाता है, जो रिले को सक्रिय करने के लिए कॉइल को सक्रिय करने के लिए पर्याप्त उच्च होता है।
Rpi GPIO (उच्च स्तर 2.8V से ऊपर , और 16mA की अधिकतम वर्तमान सीमा ), आराम से स्रोत 4mA हो सकता है, मॉड्यूल को सीधे चलाने में कोई समस्या नहीं होनी चाहिए।
कॉइल का रिस्पांस टाइम 10mS है। मैंने आरपीआई जीपीआईओ पिन 17 को रिले मॉड्यूल को टॉगल करने के लिए 40mS अवधि (25cps) पर प्रोग्राम किया और रिले को उम्मीद के मुताबिक खुशी से क्लिक करते हुए पाया। (मैं GPIO सिग्नल के लिए 2 मीटर लंबे कनेक्टिंग वायर का उपयोग कर रहा था, इसलिए रिले इनपुट एंड पर सिग्नल थोड़ा शोर है।)
बीफकेक मॉड्यूल को 3.3V तर्क के अनुकूल बनाने के लिए कैसे संशोधित किया जाए
बीफ़केक एनपीएन ट्रांजिस्टर में मूल्य 1K का वर्तमान सीमित अवरोध करनेवाला आर 2 है। यह अवरोधक Arduino 5V तर्क उच्च स्तर पर बेस करंट को सीमित करता है। प्रवर्धन के बाद सीमा के भीतर का आधार (आमतौर पर hFE> 100), कॉइल को संलग्न करने के लिए पर्याप्त बड़ा होता है।
बीफकेक रिले मॉड्यूल में Arduino 5V GPIO वर्तमान की गणना:
Arduino वर्तमान i ~ (4V [Arduino High] - 1V [Vce (sat)]) / 1K [R]) = 3V / 1K = 3mA
हालांकि, आरपीआई का तर्क उच्च संकेत अरडिनो से कम है, इसलिए संबंधित सीमित वर्तमान छोटा है और प्रवर्धन के बाद कॉइल को चलाने के लिए पर्याप्त बड़ा नहीं है।
आरपीआई वर्तमान मैं ~ ((3 वी [आरपीआई उच्च] - 1 वी) / 1 के = 2mA
संशोधन सरल है - सिर्फ 1K R2 को छोटे अवरोधक से बदलें, 510R कहें।
आरपीआई वर्तमान i (संशोधन के बाद) = (3V - 1V) / 501R = 4mA
मैं सर्किट विश्लेषण और प्रयोग के आधार पर शिक्षा का अनुमान लगा रहा हूं। मुझे लगता है कि मेरा अनुमान 90% सही है।
जोखिम विश्लेषण
हालांकि छोटे सिग्नल एनपीएन ट्रांजिस्टर 2N3094 का उपयोग छोटे लोड स्विचिंग के लिए किया जा सकता है, लेकिन यह विश्वसनीय नहीं है। रिले स्विचिंग के लिए, यह SS8050, UDN2981 जैसे बिजली ट्रांजिस्टर का उपयोग करने के लिए सुरक्षित है, विशेष रूप से आगमनात्मक भार के लिए डिज़ाइन किया गया है।
ओपी एक सुरक्षित तरीका चाहता है जो उसके पाई को भून नहीं करेगा, इसलिए विश्वसनीयता के लिए, एक स्रोत ड्राइवर जैसे कि UDN2981 जाने का रास्ता है।
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# समाधान 2 - बीफकेक रिले मॉड्यूल को चलाने के लिए UDN2981 का उपयोग करना #
टिप्पणियां बताती हैं कि ओपी के स्पार्कफुन बीफकेक रिले मॉड्यूल उच्च स्तर का ट्रिगर है, इसलिए आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले सिंक ड्राइवर ULN2803 का उपयोग नहीं किया जा सकता है। ULN2803 के समान ड्राइवर, लेकिन वर्तमान डूबने के बजाय वर्तमान सोर्सिंग का उपयोग किया जाना चाहिए
मुझे लगता है कि UDN2981 ओपी के रिले मॉड्यूल के लिए एक उपयुक्त ड्राइवर है।
मैंने सफलतापूर्वक UDN2981 को बीफ़कैक के समान एक उच्च स्तरीय tirgger रिले मॉड्यूल ड्राइविंग का सत्यापन किया, और ULN2803 एक कम ट्रिगर। नीचे एक सारांश है।
UDN2981 उच्च ट्रिगर, NPN ट्रांजिस्टर इनपुट प्रकार रिले मॉड्यूल को नियंत्रित करता है
मैंने पहले RDN से कनेक्ट किए बिना UDN2981 को मैन्युअल रूप से परीक्षण किया, 4 एलईडी को ब्लिंक करने के लिए, यह सुनिश्चित करने के लिए कि सर्किट ठीक काम कर रहा है।
तब मैंने 4 एनपीएन ट्रांजिस्टर इनपुट प्रकार रिले मॉड्यूल (केवाई 01 9) को सेटअप किया, और 4 रिले मॉड्यूल इनपुट को 4 यूडीएन 2981 चैनल आउटपुट से जोड़ा।
फिर मैंने 4 Rpi 3.3V GPIO पिन को सीधे 4 UDN2981 चैनल इनपुट से जोड़ा। मैंने 25 पीपीएस पर 4 रिले मॉड्यूल को चालू करने के लिए निम्नलिखित पायथन फ़ंक्शन का उपयोग किया।
नतीजा अच्छा रहा। 4 रिले मॉड्यूल क्लिक और एल ई डी के रूप में 25cps पर उम्मीद के मुताबिक पलक। Rpi GPIO आउटपुट सिग्नल 3.3V के पास रहे, और UDN आउटपुट सिग्नल 4.0V के आसपास रहे, जिसका अर्थ है कि कोई इनपुट ओवरलोड नहीं था।
UDN2981 उच्च ट्रिगर, ऑप्टो-पृथक रिले मॉड्यूल को नियंत्रित करता है
ओपी ने ऑप्टो पृथक रिले मॉड्यूल का उपयोग करने पर भी विचार किया क्योंकि वे सुरक्षित हैं। मैंने 4 उच्च स्तरीय ट्रिगर, ऑप्टो पृथक रिले मॉड्यूल (MK055) को नियंत्रित करने के लिए एक ही UDN2981 का सफलतापूर्वक उपयोग किया है।
वास्तव में UDN2981 का उपयोग किसी भी प्रकार के उच्च ट्रिगर मॉड्यूल को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है, कोई फर्क नहीं पड़ता NPN ट्रांजिस्टर या ऑप्टो पृथक प्रकार।
हालाँकि, निम्न ट्रिगर मॉड्यूल के लिए, चाहे PNP ट्रांजिस्टर या ऑप्टो पृथक हो, स्रोत ड्राइवर UDN2981 काम नहीं करता है, ULN2803 या अन्य सिंक ड्राइवर का उपयोग किया जाना चाहिए।
ULN2803 कम ट्रिगर PNP ट्रांजिस्टर इनपुट या ऑप्टो पृथक रिले मॉड्यूल को नियंत्रित करता है
मैंने सफलतापूर्वक सत्यापित ULN2083 सिंक ड्राइवर 4 लो ट्रिगर ऑप्टो पृथक रिले मॉड्यूल को नियंत्रित कर सकता है। मैंने पहले 4 एलइडी को मैन्युअल रूप से ब्लिंक करने का परीक्षण किया, फिर 4 मॉड्यूल का परीक्षण करने के लिए ऊपर एक ही पायथन फ़ंक्शन का उपयोग किया। नतीजे भी अच्छे थे।
विचार-विमर्श
ULN2803 और UDN2981 पेशेवरों और विपक्ष
पेशेवरों
ULN2803 और UDN2981 3.3V या 5V आपूर्ति वोल्टेज के साथ सीधे TTL या CMOS तर्क संकेत द्वारा संचालित किया जा सकता है।
क्लैंप डायोड के साथ उनकी रेटेड 500mA आउटपुट रिले और स्टेपिंग मोटर्स को स्विच करने के लिए उपयुक्त हैं।
विपक्ष
ULN2803 और विशेष रूप से UDN2981 इतने आम नहीं हैं।
उनके पास 8 चैनल हैं और इसलिए उनके पास एक बड़ा 18 पिन डीआईपी पैकेज आकार है। कम चैनलों के लिए, 14 पिन डीआईपी पैकेज के साथ अधिक सामान्य 74HC03 / 04 या 74HCT125 और अधिक सामान्य और संभालना आसान है।
# समाधान 3 - आरपीआई के 3.3V GPIO सिग्नल को शिफ्ट करने के लिए 74HC03 और 74HC04 का उपयोग करना #
रिले मॉड्यूल को चलाने के लिए UDN2981 का उपयोग करना एक बड़ी मार है, क्योंकि वे सीधे रिले को सक्रिय करने के लिए फ्लाई बैक डायोड में बनाया गया है।
UDN2981 प्रयोग करने के लिए शुरुआती के लिए सामान्य नहीं है और न ही। शुरुआती लोगों के लिए, बहुत आम और सस्ते लॉजिक गेट ICs, 74HC03 Quad NAND गेट्स और HC04 Hex Inverters 3.3V लॉजिक सिग्नल्स को शिफ्ट करते हुए UDN2981 की तरह ही काम कर सकते हैं।
मैंने सफलतापूर्वक HC03 और HC04 को 5V में 3.3V तर्क को सत्यापित किया है और पाया है कि यह ट्रांजिस्टर इनपुट और ऑप्टो पृथक उच्च स्तरीय ट्रिगर मॉड्यूल दोनों के लिए काम कर रहा है।
# संदर्भ #
आर 1। इलेक्ट्रिक रिले कैसे काम करता है? - TechyDIY
आर 2। रिले स्विच सर्किट - इलेक्ट्रॉनिक्स ट्यूटोरियल
R3। बीफ़केक रिले कंट्रोल हुकअप गाइड - स्पार्कफुन
R4। डिजिटल बफर और त्रि-राज्य बफर - इलेक्ट्रॉनिक्स ट्यूटोरियल
R5। पुल-अप रेसिस्टर्स - इलेक्ट्रॉनिक्स ट्यूटोरियल
R6। तर्क स्तर ट्यूटोरियल - स्पार्कफुन
Arduino Voh 4.2V, Vol 0.9V
R7। Rpi GPIO पिन वोल्टेज और वर्तमान विनिर्देश
आरपीआई वोह 2.4 वी, वॉल्यूम 0.7 वी
R8। द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर - इलेक्ट्रॉनिक्स ट्यूटोरियल
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# A.3 तार्किक स्तर कनवर्टर HCT125 # का उपयोग
इसलिए मैंने एक और कनवर्टर, HCT125 का परीक्षण किया। मुझे यह जानकर खुशी हुई कि यह अच्छी तरह से काम करता है। NPN ट्रांजिस्टर संचालित रिले मॉड्यूल से कनेक्ट होने पर HCT125 परिवर्तित 5V0 सिग्नल नहीं गिरा।
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परिशिष्टों की समाप्ति
** * लंबा उत्तर हटा दिया जाना है **
यह लंबा उत्तर बहुत लंबा घुमावदार और गड़बड़ है। मैं अब अप्रासंगिक अनुच्छेदों को हटाने की कोशिश कर रहा हूं और शायद प्रासंगिक सवाल पूछकर और खुद का जवाब देकर उन्हें प्रतिस्थापित कर सकता हूं।
फोटो कपलर / ऑप्टो पृथक रिले मॉड्यूल की जांच कैसे करें
- एक जम्पर तार प्राप्त करें।
- रिले मॉड्यूल के सिग्नल / इनपुट पिन के लिए एक छोर कनेक्ट करें।
- दूसरे छोर को पकड़ो और Vcc (+) और Gnd (-) पिन को स्पर्श करें और नीचे दिए गए परिणाम देखें।
2.1 ट्रांजिस्टर इनपुट प्रकार
लोकप्रिय द्विध्रुवी एनपीएन ट्रांजिस्टर इनपुट प्रकार के लिए, सोर्सिंग ड्राइवर सिग्नल (आरपीआई जीपीआईओ सिग्नल या आरपीआई जीपीआईओ 3.3 वी से 5 वी तार्किक स्तर पर रूपांतरण के बाद) एक श्रृंखला एलईडी और बायसिंग रोकनेवाला के माध्यम से ट्रांजिस्टर के आधार पर जाता है।
ट्रांजिस्टर इनपुट प्रकार (BJT NPN) रिले मॉड्यूल का उदाहरण
इस रिले स्विचिंग ट्यूटोरियल में वर्णित अन्य लोकप्रिय रिले स्विचिंग सर्किट नहीं हैं
2.2 Photocoupler इनपुट प्रकार
फोटोकॉउलर इनपुट प्रकार रिले में इनपुट के रूप में एक phtocoupler है। फोटोकॉपर एक और ट्रांजिस्टर ड्राइव करता है जो बदले में रिले कॉइल को ड्राइव करता है।
परिशिष्ट C - TXS0102 का उपयोग करके तार्किक स्तर कनवर्टर
अब मुझे पता है कि Rpi GPIO सीधे रिले मॉड्यूल को चला सकता है, लेकिन दो समस्याएं हैं। सबसे पहले, एक लंबे कनेक्टिंग वायर के साथ GPIO सिग्नल शोर है, इसलिए यह विश्वसनीय नहीं है। दूसरा, फ्लाईव्हील डायोड 1N4148 पूरी तरह से कॉइल वापस EMF को दबा नहीं सकता है, और अगर अनजाने में 1N4148 टूट जाता है, या ठीक से जुड़ा नहीं है (खराब संपर्क, शुष्क टांका लगाने वाला संयुक्त आदि), तो बैक EMF Rpi को नुकसान पहुंचा सकता है।
इसलिए मैंने 3V3 से 5V तक Rpi GPIO सिग्नल को स्थानांतरित करने के लिए एक तार्किक स्तर कनवर्टर का उपयोग करने का निर्णय लिया। मैंने पहली बार TXS102 कनवर्टर की कोशिश की और पाया कि यह अच्छी तरह से काम कर रहा है। GPIO सिगनल को शिफ्ट करने के अलावा, उच्च स्तर पर शोर भी बहुत कम हो जाता है।
हालाँकि, मुझे एक बड़ी समस्या मिली जब परिवर्तित 5V GPIO सिंगल को रिले मॉड्यूल में फीड करना। रिले अभी भी 3V3 सिग्नल के साथ पहले की तरह चालू और बंद था, लेकिन जब मैंने तरंग की जांच करने के लिए गुंजाइश का उपयोग किया, तो मुझे बहुत आश्चर्यजनक रूप से पता चला कि 5V सिग्नल आधे से घटकर 2.2V हो गया ।
मुझे संदेह था कि इसका कारण यह था कि TXS0102 वर्तमान को रिले मॉड्यूल की तुलना में करंट से बेहतर कर सकता है। अपने अनुमान को सत्यापित करने के लिए, मैंने 5V सिग्नल को दूसरे रिले मॉड्यूल, एक पुल डाउन फोटोकॉपर प्रकार, मॉडल MK01 पर खिलाया।
इस बार मैंने पाया कि 5V सिग्नल किसी भी ध्यान देने योग्य राशि को नहीं गिराता है।
इसलिए मैंने जल्दी से निष्कर्ष निकाला कि एनपीएन ट्रांजिस्टर टाइप रिले मॉड्यूल एक बुरा विकल्प है। मैं अब से इस तरह के रिले का परीक्षण करना बंद कर दूंगा, और फोटोकॉपर प्रकार के रिले पर आगे बढ़ूंगा।
मैंने एक अन्य फोटोकॉपी ड्राइवर मॉड्यूल MK101 का भी परीक्षण किया। इस मॉड्यूल में हायर ट्रिगर या लो ट्रिगर को चुनने के लिए एक जम्पर है। मैंने पाया कि कम ट्रिगर के लिए, TSX0102 परिवर्तित 5V सिग्नल स्तर प्रभावित नहीं होता है। लेकिन जब कम ट्रिगर का चयन किया जाता है, तो परिवर्तित 5V सिग्नल स्तर 2.5V के आसपास गिर जाता है, हालांकि रिले अभी भी काम कर रहा है।
परिशिष्ट E - HC04 का उपयोग करके तार्किक स्तर कनवर्टर
HCT125 इतना आम नहीं है। इसलिए मैंने HC03 क्वाड ओपन ड्रेन NAND गेट और HC04 हेक्स इन्वर्टर का उपयोग करते हुए एक और कनवर्टर सर्किट की कोशिश की। जब मैंने HC04 आउटपुट का परीक्षण किया, तो मुझे बहुत शोर मिला। मैंने अनुमान लगाया कि एक कारण यह था कि मैं dirrerent बिजली की आपूर्ति का उपयोग कर रहा था, एक rpi के लिए, दूसरा कनवर्टर के लिए। यहां तक कि मैंने एक सामान्य बिंदु बनाने के लिए बिजली की आपूर्ति के जमीनी बिंदुओं को जोड़ा, शोर दूर नहीं हुआ। मैंने तब आरपीआई और कनवर्टर दोनों के लिए एक बिजली की आपूर्ति का उपयोग किया, और शोर गायब हो गया।
मैंने कम ट्रिगर मोड में रिले मॉड्यूल के लिए HC04 आउटपुट सिग्नल की कोशिश की (जिसमें डूबने वाले वर्तमान की आवश्यकता होती है, लेकिन उच्च ट्रिगर मोड में नहीं (जिसे वर्तमान में सोर्सिंग की आवश्यकता होती है), इसलिए मैं HC04 हेक्स नॉट गेट जोड़ने जा रहा हूं जो वर्तमान स्रोत का स्रोत बन सकता है। रिले मॉड्यूल।
परिशिष्ट F - HC04 स्तर कनवर्टर फ्लोटिंग इनपुट समस्या
पिछली बार जब मैंने पहली बार HC03 आधारित स्तर कनवर्टर की कोशिश की थी, एक फोटोकॉपी रिले मॉड्यूल पर, मैंने पाया कि अगर मैंने इनपुट को तैरना छोड़ दिया, तो मॉड्यूल ने शोर उठाया और रिले ने स्विच ऑफ कर दिया और crazily को बंद कर दिया। मैंने सोचा कि आवृत्ति शायद 1kHz थी। मुझे यकीन नहीं था कि यह सकारात्मक प्रतिक्रिया दोलन का कुछ प्रकार था। लेकिन जब मैंने जांच करने के लिए गुंजाइश का उपयोग किया, तो मुझे आश्चर्य हुआ कि यह 50Hz है! मुझे लगता है कि यह कुछ प्रतिध्वनि है। लेकिन मुझे नहीं पता कि अनुनाद और दोलन के बीच अंतर क्या है। शायद मुझे फिर से आंख मारनी चाहिए। वैसे भी, मुझे लगता है कि मुझे कहीं न कहीं एक पुल अप / डाउन रोकनेवाला जोड़ने की जरूरत है।
नीचे छोटा या नष्ट किया जाना
# परिशिष्ट #
# ए 1। ऑप्टो पृथक / फोटो युग्मक रिले मॉड्यूल बोर्ड और योजनाबद्ध #
ऑप्टो आइसोलेटेड रिले मॉड्यूल में एक फोटो कपलर होता है जो 4 पिन आईसी होता है। नीचे दी गई तस्वीर में एक फोटोकोलर पीसी 1 (इसके 4 पिन लेबल के साथ 1, 2, 3, 4 हरे रंग में) और एक ट्रांजिस्टर Q1 दिखाया गया है। आईसी को हमेशा चिह्नित नहीं किया जाता है। इस चित्र में, PC1 EL354 और Q1 8050 है।
आरेख लिंक
35 : https://i.stack.imgur.com/cWkRi.jpg
