Mit dem Arduino ein Relais ansteuern

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Die Kunst, hohe Lasten mühelos zu schalten

Kleincomputer – wie etwa der Arduino – eignen sich perfekt dazu, Motoren, Lampen oder Aktoren anzusteuern. Da diese in der Regel jedoch mit Spannungen jenseits von 5V arbeiten, können diese nicht direkt an die entsprechenden Ausgänge dieser Kleincomputer angeschlossen werden. Hier sind Relais die perfekte Lösung, da damit getrennte Steuer- und Leistungsteile realisierbar sind.

Ein Relais ist ein Bauteil, in dem ein Elektromagnet bei Stromdurchfluss eine oder mehrere metallene Blechzungen miteinander verbindet oder trennt. Je nach Bauart sind in einem Relais mehrere Schließer und Öffner vereint. In der Regel sind diese Funktionen bei hochwertigen Exemplaren auf dem Gehäuse aufgedruckt, sodass es über die Funktion des Relais kein Rätselraten gibt.

Anders verhält sich dies mit billiger Fernost-Ware. Hier ist es wichtig, sich den entsprechenden Schaltplan des Herstellers zu besorgen, um die Anschlussbelegung in Erfahrung zu bringen.

Liegt die Anschlussbelegung vor, so können Relais perfekt dazu verwendet werden, hohe Lasten zu schalten. Auf diese Weise wird verhindert, dass Kleincomputer, wie etwa der Arduino, überlastet und somit beschädigt werden. Um die Möglichkeit zu nutzen, große Lasten per Arduino zu schalten, genügt es, die Relais-Anschlüsse ›Plus‹ und ›Minus‹ mit den entsprechenden Anschlüssen des Arduino zu verbinden.

Zusätzlich ist der Eingang ›S‹ mit einem beliebigen Pin am Arduino zu verbinden. Dieser Pin gibt das Steuersignal aus, welches den Elektromagneten des Relais erregt, wodurch wiederum der Anker mit den daran befestigten Blechblättchen bewegt wird, somit Kontakte geöffnet oder geschlossen werden.

Im folgenden Beispiel wird Pin 7 für die Ansteuerung des Relais verwendet. Wenn der nachfolgende Sketch entsprechend angepasst wird, kann jedoch jeder andere digitale Pin für diese Aufgabe verwendet werden.

Zur Demonstration der Relaisfunktion werden zwei Niedervoltlampen verwendet, wie sie auch für Fahrräder verwendet werden. Auf diese Weise kann sehr schön die Funktion eines Relais in Erfahrung gebracht werden, ohne mit lebensgefährlicher Spannung zu hantieren. Diese Lampen sollen abwechselnd blinken, wobei jede Lampe für fünf Sekunden leuchten beziehungsweise dunkel bleiben soll.

Der dazu nötige Schaltplan könnte wie folgt aussehen:

Es ist sofort erkennbar, dass sich die Spannung von Steuer- und Leistungsteil unterscheiden. Während die Steuerteilspannung vom Arduino abgegriffen wird, erzeugt die Spannung für den Leistungsteil eine Batterie oder besser noch ein externes Netzteil. Auf diese Weise können Lampen, Motoren oder Aktoren mit weit höheren Spannungen betrieben werden, ohne die Möglichkeiten des Arduino zu überfordern.

Die reale Verdrahtung der Schaltung könnte wie folgt aussehen:

Das Ergebnis ist ein Schaltungsaufbau, der sich beispielsweise wie folgt präsentiert:

Hier ist anzumerken, dass in diesem Fall die Lampenanschlüsse mit passenden Kabeln verlötet wurden. Dies hat den Vorteil, dass die Kabelstifte für einen festen Sitz der Lampen auf dem Steckbrett sorgen und zudem mühelos eine sichere Verbindung zur Stromversorgung vorgenommen werden kann.

Das zugehörige Programm zum Blinken der Lampen könnte wie folgt aussehen:

Kopieren 
int Relais = 7; //Pin 7 steuert das Relais an
void setup() {
  pinMode(Relais, OUTPUT);
}
void loop() {
  digitalWrite(Relais, HIGH);   delay(5000);  //Relais anziehen und 5 Sec warten             
  digitalWrite(Relais, LOW);    delay(5000);  //Relais abfallen und 5 Sec warten
}

Dieses Programm bewirkt, dass das Relais alle fünf Sekunden seinen Zustand wechselt. Dazu steht an Pin 7 fünf Sekunden ein Signal an, das danach für fünf Sekunden erlischt. Dies bewirkt, dass fünf Sekunden lang die Spule des Relais erregt wird beziehungsweise fünf Sekunden kein Strom durch die Spule fließt. Auf diese Weise schaltet das Relais seine Blechzungen hin- und her. Da das Relais als Wechsler konstruiert ist, erfolgt der Stromfluss abwechselnd durch die beiden Lampen, was sich durch Blinken äußert.

Anmerkung:

Anzumerken ist, dass bereits nach dem Einschalten der externen Stromversorgung eine der beiden Lampen aufleuchtet. Dies ist verständlich, da das Relais in Ruhestellung einen Kontakt geschlossen hat, wodurch der entsprechende Stromkreis geschlossen wird und die dort befindliche Lampe daher aufleuchtet.

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