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Arduino Relay Shield V1

Dimensionando adecuadamente los relés

Objetivos

 

 

    • Volviendo a los relés.
    • Calculando las características mínimas de un relé.
    • La ley de Ohm (Ataca de nuevo).
    • El Relay Shield V1. 
 

Material requerido.

 

Imagen de Arduino UNO

Arduino Uno o similar. Esta sesión acepta cualquier otro modelo de Arduino.

Shield de 4 relés

Un Arduino Relay Shield V1.

 

Más sobre los relés

 

Antes o después, si estás haciendo proyectos con Arduino te encontrarás con que la mejor solución para ciertas cosas es un relé, y en ese momento surge una duda existencial para los que empiezan con la electrónica y la base teórica es tirando a escasa: ¿Cómo elijo un relé? Porque hay miles.

 
  • Y como esta es una pregunta que aparece cada poco en las consultas que amablemente nos hacéis, vamos a tratar de darle una respuesta cabal.   

Bien, el tema es sencillo si hablamos de baja tensión (Que es donde nos vamos a mover los Arduineros de momento) y basta con un par de ideas claras, manejadas con la prudencia que nos es habitual.

Ese va a ser el objetivo de esta sesión, pero para ello vamos a tener que dar dos pinceladas teóricas antes de empezar y confiar en que no recordéis súbitamente que os habéis dejado el grifo de agua abierto al salir de casa y tengáis que desaparecer con urgencia.

Para ello vamos a hablar de la famosa y habitualmente olvidada ley de Ohm, que aunque no sepáis más, necesitáis conocer, si os movéis con cacharritos electrónicos o eléctricos, y porque los colegas se quedan muy impresionados si en una conversación técnica decís algo que contenga “Ley de Ohm”.

 

La ley de Ohm

 

 

Estoy seguro de que a todos os han hecho aprender la ley de Ohm en el colegio, pero como el que lo contaba era un pelma, probablemente hayáis conseguido olvidaros de ella en cuanto aprobasteis el examen.

Pero mira, es una de esas cosas que tiene muchas aplicaciones en la vida real si tocas cosas con enchufes y conviene entenderla un poco para evitar sustos o peor aún disgustos.

La ley de Ohm (Llamada así en honor de Herr Ohm) establece que la corriente o intensidad (I) que circula por un circuito eléctrico, al que se le aplica una tensión (V) es proporcional a una constante, característica del circuito que llamamos resistencia R.

Matemáticamente establece una relación entre ellas que es así:

V = R * I

Y a partir de ella, si conocemos dos variables, se puede calcular la tercera con seguridad.Por ejemplo si aplicamos 5V a un circuito con nuestro Arduino, que tiene una resistencia de 330Ω la corriente resultante será necesariamente:

Formula
 
  • Conviene dejar constancia de que esta es la ley de Ohm para corriente continua, pero que en corriente alterna se aplica el concepto de impedancia (Z) en lugar de resistencia, que depende de la resistencia pero también de la capacidad del circuito y de su inductancia.
  • Si la capacidad y la inductancia son nulas, entonces la resistencia es igual a la impedancia, pero si no es así, las diferencias entre ambas pueden ser notables especialmente a medida que la frecuencia crece.   

Esto nos lleva a la cuestión de que si la intensidad es 0 nula o casi nula, la intensidad crecerá de forma descontrolada en el circuito hasta valores absurdamente altos. Es lo que se llama cortocircuito (Short Circuito) y es imperativo evitarlo por todos los medios a vuestro alcance, porque suele acabar con olor a chamusquina, componentes caros quemados y una cierta cara de primo, si hay suerte.

 
  • Si no la hay, la alternativa es el hospital, Sed prudentes. Casi todas las instalaciones actuales exigen la instalación de circuitos de protección llamados diferenciales o magneto térmicos, para evitar las peores consecuencias, pero aun así el susto y daño pueden ser importantes.
  • Además en electrónica, los componentes caros tienen la desagradable costumbre de fundirse antes de que salte el diferencial, lo que resulta especialmente molesto y a veces caro.   

Decía Stephen Hawkins en su libro, “Breve historia del tiempo” que su editor le aseguró que por cada formula que pusiese, las ventas disminuirían a la mitad.  Lo que me da un poco de miedo porque aun necesitamos poner otra.

W = V * I

Donde W es la potencia que consume un componente y V e I son la tensión aplicada y la intensidad, que aplicando la anterior ley de Ohm puede escribirse también:

Para un circuito electrico

Para los que siguen leyendo esto (que según Hawkins, serán la cuarta parte o quizás la octava de los que empezaron) sabed, que con estas dos leyes podéis calcular casi cualquier circuito de los habituales en Arduino y los relés no son una excepción.

Vamos con ello

 

Calculando un relé

 

 

Es fácil ahora que conozcamos la ley de Ohm.  Suponte que quieres usar un relé para encender y apagar una luz en tu casa. Necesitas saber la tensión de tu instalación, 220 en Europa y parte de América y 125 en otros países.

Pero las lámparas rara vez listan su resistencia, en cambio sí que indican su potencia. Suponte que son 100 Watios, entonces tendremos, que si aplicamos la ley de la potencia:

Calculo de potencia

Fácil ¿No? Para elegir el relé tendrás que asegurarte que soporta esta tensión y esa intensidad. Todos los relés del mercado listan esos dos valores entre otros, para que puedas elegir con criterio, y es necesario elegir uno que este probado para ese esfuerzo.

Un rele sencillo

Fíjate en la imagen. Indica la maraca por supuesto, pero luego te indica que está pensado para que el control del interruptor sea de 5V de corriente continua CC (O DC en inglés) y luego las dos últimas líneas indican que tolera corriente alterna (CA o AC en inglés)

Fíjate en la imagen. Indica la maraca por supuesto, pero luego fíjate en las dos últimas líneas:

3A 125 VAC
3A 24VDC

La primera indica que acepta un máximo de 3 Amperios (Si pasas se quemará) a 125 Voltios de corriente alterna (VAC = Voltage of Alternate Current en el idioma de Albión) y la segunda línea dice que acepta 3A de corriente continua a 24V (VDC = Voltaje of Direct Current)

 
  • Aunque nada dice de nuestros 220VAC, ya nadie fabrica solo para un valor y con un 99.99% de probabilidad soportará también los 220 V a 3 A.
  • Aunque siempre hay la posibilidad de que el chino que lo diseñó no tuviese idea de tan extraña circunstancia, así que conviene hacer la prueba.   

Otro concepto importante, es que tenéis que comprender que cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor existe siempre una pérdida de energía en forma de calor que calienta el circuito. A medida que la corriente crece también lo hace el calor generado y el componente debe calcularse para poder disipar ese calor o haremos barbacoa de electrónica.

Este relé nos iría bien para controlar la luz de la que hablábamos antes ya que necesitábamos menos de medio amperio y acepta 3. Pero si quisiéramos encender y apagar una estufa de 2000 W, nada raro, a 220 VAC, nos encontraríamos con que la intensidad seria:

calculo de la intensidad

Seria de lo más peligroso usar este relé de arriba, porque estamos triplicando la tensión nominal aceptable y con bastante certeza el relé se fundiría, causando un pequeño estropicio de la vez que menos y un desastre con bomberos a la mínima.

Mucho cuidado con esto. Elegid con prudencia los componentes porque el calor disipado tiende a hacer un humo asqueroso si te pasas y llamas a partir de un cierto punto. Sobredimensionar siempre los componentes es una buena práctica especialmente si estáis empezando

 

Relés y Arduino

 

Podemos comprar relés discretos y luego buscar una forma de hacer un montaje con nuestro Arduino en una protoboard o PCB a medida, pero siempre es molesto por lo de tener componentes bailando por ahí.

Normalmente necesitamos un transistor y una resistencia para gobernar cada relé y además si quieres saber cunado se activa, otro LED con su resistencia. Por eso yo tiendo a usar siempre que puedo un pequeño shield de relés, que hace más práctico todo el montaje y se maneja de modo coherente.

Voy a presentaros uno de mis favoritos, que incluye 4 relés como el de la foto de unos párrafos más arriba. No son relés de mucha capacidad o potencia pero suelen ir sobrados para las cuestiones domésticas, que no sean estufas, y resuelven con elegancia el problema controlar dispositivos externos.

Shiedl de 4 reles

Incluye 4 relés de 3 Amperios y con conectores NA y NC, y encaja directamente como un Shield normal en Arduino. Vamos a ver cómo se maneja.

 

El Relay Shield V1

 

Es un shield muy sencillo y el diagrama de bloques es algo así:

esquema de bloques

Cada relé se activa con un único pin digital de Arduino, dejando libre el resto para nuestros rollos. Fijaros arriba donde indica que los pines digitales del 4 al 7, controlan los 4 relés del shield, del siguiente modo:

Pin ArduinoRelé Núm.
Pin D4Relé 4
Pin D5Relé 3
Pin D6Relé 2
Pin D7Relé 1

Y el tema no da para mucho más, porque manejáis los contactos del relé simplemente activando el pin digital correspondiente, con un programa del tipo de este

void setup()
   {   Serial.begin(9600);
       for (int j= 4; j<8 ; j++)
            pinMode(j, OUTPUT);
   }

void loop()
   {  digitalWrite(7, HIGH);
   }

Fijaros que cada relé dispone de un conector de 3 bornes, con el común en el centro (Como suele ser habitual) y los contactos Normalmente abierto y normalmente cerrados a los lados (Adivina cual es cual)

Podemos hacer un sencillo montaje con un par de LEDs que se iluminen y apaguen alternativamente mediante el uso del shield y uno par de sus relés:

void setup()
   {  for (int j= 4; j<8 ; j++)
           pinMode(j, OUTPUT);
   }

void loop()
   { 
      digitalWrite(4, HIGH);
      digitalWrite(5, LOW) ;
      delay(500);

      digitalWrite(4, LOW);
      digitalWrite(5, HIGH);
      delay(500);

      digitalWrite(4, HIGH);
      digitalWrite(5, HIGH);
      delay(500);
   }

Aquí os dejo un mini video mostrando el resultado

Por ultimo comentario mencionar que he visto algunos Shields de este tipo por ahí que incluye relés de hasta 8 amperios con lo que ya suponen una capacidad importante de conmutación, pero hasta la fecha no he tenido necesidad de ellos.

 

Resumen de la sesión

 

 

    • Hemos seguido hablando de los relés y sus cosas.
    • Volvimos a la ley de Ohm, que vais a necesitar continuamente.
    • Vimos como calcular al elegir un relé.
    • Presentamos el Relay SHield V1.