Arduino(アルディーノ)入門編「トランジスターを使ってリレー回路を創ってみよう!」

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こんにちは!や~べ~です。

 
今回は、Arduino(アルディーノ、アルドゥイーノ?、アルデュイーノ?)入門編。トランジスターを使ってリレー回路を創ってみよう!という内容で記事を書いていきます。

Arduino(アルディーノ)からの信号でリレーのONOFFができるとコントロールできる幅が格段に広がります。

トランジスターでArduinoからの信号を増幅するリレー回路を創ると、リレーを駆動させることができます。

 
リレーを使えば、容量に応じて様々な機器の電源をONOFFさせることもできます。

Lチカをマスターした後は、ぜひこのリレーをカチカチコントールする「リレカチ」に挑戦してみると良いのではないかと思います。

この記事ではArduinoの出力信号で作動するリレー回路を創って、動作確認するところまでの内容をまとめさせていただきます。

Arduino側のプログラムはLチカ(↓記事)と同じプログラムが使えます。

書いてみようっ!Arduino入門編「LED点滅(Lチカ)プログラム」

 
使用例については、散水装置を試作した時に実際に使った回路になりますので、そちらの記事↓を確認してみてください。

夏が終わった・・・。間に合わなかったArduino式自作エアコン室外機用自動散水システム

 
では、まずリレー回路の動作確認の様子です。(↓動画)

この動画では疑似的な信号を使って作動させてますが、実際にArduinoからの出力信号でも動作確認済です。

それでは、内容に入っていきたいと思います。

※今回は、Arduino Leonardoで実践していますが、Arduino UNO R3等でも同様に作動できると思います。ただ、Arduino UNOの場合は通常の大きなタイプのUSBでPCと接続することになると思うので、お間違えの無いように。

 

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1.準備したもの

1.抵抗(22kΩ×2本、1kΩ×1本)
 購入先:秋月電子通商(22kΩ1kΩ) 価格:各100円(各100本セット)

2.トランジスター(c1815というタイプ×2本)
 購入先:秋月電子通商  価格:100円(20本セット)

3.リレー(小電力タイプ×1個)
 購入先:秋月電子通商  価格:60円

4.ダイオード(小電力タイプ×1本)
 購入先:秋月電子通商  価格:35円

5.ブレッドボード
 購入先:秋月電子通商  価格:200円

※今回使用しているものは別のところで購入したものですが、秋月で一緒に購入したほうがコストを抑えられます。

6.ブレッドボード用ジャンパーコード
 購入先:秋月電子通商  価格:180円(20本セット)

7.ワニ口クリップ付きケーブル
 購入先:秋月電子通商  価格:350円(10本セット)

8.電池ホルダー
 購入先:秋月電子通商  価格:100円

9.スナップケーブル
 購入先:秋月電子通商  価格:20円

10.単三電池6本
 購入先:ホームセンター  価格:400円程度

11.テスター
 購入先:ホームセンター  価格:1000円程度

12.保護メガネ
 購入先:ホームセンター  価格:300円程度

 

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2.Arduino(アルディーノ)入門編。リレー回路で使う電子部品等の解説

 

2-1.ブレッドボード

ブレッドボードは↓の写真のように赤、黒、黄色の部分がそれぞれ導通しています。

IMG_0668r-d

黄色の部分は真ん中で上下二つに分かれています。

黄色の部分は縦方向のライン内の穴は導通がありますが、隣のラインとは導通していません。

黄色線は一部しかひいてませんが、残りの部分も同様になっています。

ですので、ICやリレーを真ん中に置いて、その他の電子部品をその周りに配置していきます。

横長の向きで真ん中に置くことで、複数あるICの足をショートさせずに配置できます。

ICやリレーの足は規格に沿って作られているので、どんな素子でもブレッドボードの穴へ必ずしっくりはまるようになっています。

 

2-2.リレー

指令電流に応じて、回路のONOFFをコントロールできる電子部品です。

リレーの種類によってピンの場所や動きが様々ですが、今回使用する「a接点」のリレーのしくみを図にしました。

(他には、b接点、c接点があります。)

リレー

a接点のリレーはコイル側のピンに電流が流れると接点がコイルの磁界で引き寄せられて、接点がONするタイプになります。

通常時は常に接点がOFFで導通がありません。

コイル側へ流れる電流を制御する事により、様々なものをON、OFFする事ができます。

 

2-3.トランジスター

電流を増幅させる為に回路内に設置する電子部品です。

IMG_0682r

トランジスターの平らな面を見て(写真と同じ向き)、左からE:エミッタ、C:コレクタ、B:ベースというピン名になります。

学校では暗記する為に、頭文字をとって「エクボ」と覚えたりします。

回路図の記号では↓のように表現します。

トランジスタ

 

2-4.ダイオード

電流を一定方向にのみ流すよう作用する電子部品です。

IMG_0680r

ラインが引いてある方(写真の上方向)をK:カソード、反対側をA:アノードと言います。

ダイオードの種類が違うと、ラインの見た目が少し違いますが、必ず引いてあります。

回路図の記号では↓のように表現します。

ダイオード

 

2-4.抵抗

電流を制限する為に回路内に設置する電子部品です。

抵抗はどちら向きでもOKです。

抵抗値は抵抗本体の帯の色で読むことができるのですが、今回は分からなくなったら、テスターで抵抗値を測りましょう!

※帯の色で抵抗値を読む場合には↓のサイトを参考にしてください。

抵抗のカラーコード(抵抗値)の読み方

抵抗カラーコード

 

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3.Arduino(アルディーノ)入門編。トランジスターを使ってリレー回路を創ってみよう!

リレー回路をブレッドボード上に作ってみましょう!

↓のサイトを参考にさせていただきました。

NPNオープンコレクタドライバ

NPNオープンコレクタドライバ-c

 
pdfのデータシート、回路図、部品配置図を参考にブレッドボード上に組み立ててみましょう!

 

3-1.データシート

リレーのデータシート(.pdf)

トランジスタのデータシート(.pdf)

ダイオードのデータシート(.pdf)

 
リレーのピン配置ですが、データシートには下から見た時の位置でピンが書いてあるので、実際にブレッドボードに置いて上から見た時にはその事を考慮して作業してください。
(データシートのピン配置は、上から見た場合の左右反転するようなカタチで書かれています。)

 

3-2.回路図

NPNオープンコレクタドライバ(リレー駆動回路図)-c

 

3-3.部品配置図

ブレッドボード上に各電子部品を配置し、ジャンパー線でどのように配線していくのかを示した図になります。

同じ部品を使っている前提ならば、データシートや回路図が読めなくても、この図の通りに配置すれば上手く動くと思います。

※↓信号入力端の抵抗と電源にプルアップしている抵抗の値を間違って表記してました。。。すみません。修正させて頂きました!(入力端1kΩ⇒22kΩ、プルアップ22kΩ⇒1kΩ)

部品配置図3

※坂本さん、ご指摘ありがとうございます!<(_ _)>

4.回路動作確認

動作確認の方法ですが、いきなり電源を入れることは絶対にしないで下さい。
もし回路が上手くできていない場合、回路がショートし、素子から煙が出てきたり、最悪の場合、火災につながってしまう恐れがあります。

必ず回路の電源ラインの導通確認後、電源を投入することを厳守してください。

 

4-1.回路の電源ラインの導通確認

回路の電源ラインの導通確認時は必ず電源の入ってない状態で行ってください。

電源が入っている状態で導通確認するとテスターや回路が壊れます。

回路を全て組んだ状態(電源以外)で導通があるかどうかテスターで計測します。

↓の写真のように導通があるとピーッと鳴るモードにして、回路のプラスとマイナス間(回路の電源ライン)の導通を確認します。

IMG_0688r

 
↓回路電源のプラス(回路電源+5V)とマイナス(回路電源GND)の部分に、それぞれテスターのプラス(赤)、マイナス(黒)をワニ口クリップでつなぎます。

IMG_0687r

この時、導通がなければOKですが、導通がある場合、回路内のどこかでショートしている可能性があるので、もう一度配線を見直して下さい。

ショートが解決するまでは、絶対に電源をつながないこと。電子機器が壊れるだけです。煙がでてきます。

導通確認で回路がショートしてないことが確認できたら、いよいよ電源を投入して動作確認しましょう。

 

4-2.電源投入確認

電源はショートしても被害が広がらないように、電池を使います。

今回購入した電池ボックスはArduino基板を駆動する為に単三6本を直列につなげられるもので、6本直列だと7.2V程度になります。

Arduinoのデジタル出力は0Vか5Vの出力になることと、今回の回路設計が電源5Vで設計されていますので、7.2Vでは電圧が高すぎてしまいます。

※Arduino基板のDCジャックへの電源入力は7~9Vが定格になりますので、全体確認時や本格稼働の際のDCジャックへの電源入力には単三6本で問題ないです。

そこで、電池ボックス内をワニ口クリップでバイパスさせて、単三電池4本の4.8Vとし、この電圧を疑似的なArduino出力、回路電源として、リレー回路に投入し、作動の確認を行います。

↓電池はこんな感じにつなぎます。

IMG_0689r

先ほどの、部品配置図の「回路電源+5V」の部分に電池ボックスのプラス側、「回路電源GND」の部分に電池ボックスのマイナス側を接続しましょう!

 
↓テスターは先ほどと同じく導通モードで確認します。

IMG_0688r

 
リレーの作動の確認をしますので、リレーの接点側(開閉する側)の端子(接点側1、接点側2)にテスターのプラス(赤)、マイナス(黒)をワニ口クリップでつなぎます。(↓の写真では、ブレッドボード上側の黄色と緑のワニ口クリップの部分)

※この場合、テスターのプラスとマイナスはどちらに繋いでも問題ありません。

※電源投入中に他の配線に導通確認モードで接続すると、回路やテスターが壊れてしまいますので、配線はよく確認してから接続してください。

IMG_0690r

初めて電源投入する回路の動作確認する際には、必ずゴーグル(保護メガネ)を着用してください。

予期せぬショートで部品が破損して飛んでくるかもしれません。

動かないと焦ってしまって、あれこれやっているうちに何が起こるかわからないので。

自分の意図した動きをしてない場合は、まずリレーや電源線を軽く触って、熱いかどうか確認してください。

ショートしていると、IC、リレー、電源線がすぐに熱くなって、しばらくすると煙がでてきます。

異常な発熱と判断した場合は、即座に電源を切るようにしてください。

(今回の場合は、電池ボックスから回路に繋がっているワニ口クリップを外せば、電源が切れます。)

 

4-3.リレーONOFF確認

 
電源を投入して、しばらく様子をみて熱い部分や煙がでてこなければ、異常はありませんので、疑似信号をリレーに入力して作動を確認してみましょう!

IMG_0690r

↑写真のブレッドボード手前の緑のジャンパー線がリレーのコイル側につながっています。
(もう一方のコイル側の線はGNDにつなげています。)

この緑のジャンパー線(信号入力端)をブレッドボードの+5Vのラインに触れさせると、触れている間だけリレーがONして、テスターから導通したときに鳴る音がでていることを確認してください。

緑のジャンパー線(信号入力端)を+5Vラインから離すと、リレーがOFFし、テスターの導通音も止まります。

正常に作動している場合には、リレーからもON、OFFに伴って、カチカチ音がしますので、それも一緒に確認しておいてください。

↓動作確認の様子です。(動画になってます。)

 
この回路をつかえば、ArduinoでリレーをONOFFさせることができます!上手く動きましたでしょうか?^^

Arduinoで作動させる場合は、疑似信号の代わりにLチカのプログラムでLEDを光らせる信号を入力すれば、作動するハズですっ!^^

 

まとめ

Arduino(アルディーノ、アルドゥイーノ?、アルデュイーノ?)入門編。トランジスターを使ってリレー回路を創ってみよう!という内容で書かせていただきましたが、いかがでしたでしょうか?

 
トランジスターや抵抗、ダイオードをブレッドボード上にキチンと配置し、ジャンパー線で正しく繋がないと動かないので、少し難易度は高めだったのかなと思います。

掲載させて頂いた、写真や部品配置図などをよく見てチャレンジしてみてくださいねっ!

どうしても分からないと言う場合は、コメントやお問い合わせからご質問頂ければ、分かる範囲でアドバイスいたしますので、遠慮なく質問してくださいねっ!

 
出来上がったら、身近なもの(電池が電源のものが安全)の電源を、今回創ったリレーでONOFFしてみてくださいっ!

自分が創った回路とプログラムでコントロールできると、ちょっと感動すると思います。^^

リレーをコントロールできたら、次はモーターを動かしたいところですねっ!^^

そのあたりについては、また次回以降で記事にしていきたいと思っていますので、お楽しみに!

 
じゃあ、今回はここまでっ!!

ではではっ!(´∀`*)ノシ

 

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