في هذا الدرس التعليمي، سنناقش وحدات المرحل أحادية القناة 5 فولت وميزاتها المهمة مثل المخرج pinout، وتفاصيل اعدادات كل طرف (دبوس)، الميزات، آلية العمل، والتفاعل مع المتحكمات الدقيقة والتطبيقات. المرحل هو جهاز كهربائي ميكانيكي يعمل كمفتاح. يستخدم التيار الكهربائي المستمر لتنشيط ملف الترحيل الذي يفتح أو يغلق مفاتيح الاتصال. تتكون الدائرة الداخلية لمرحل أحادي القناة 5 فولت من جهات اتصال مفتوحة بشكل طبيعي (NO) وجهات اتصال مغلقة عادةً (NC) وملف كهربائي Coil.
مخارج وحدة المرحل أحادية
القناة 5V Single
Channel Relay Module
دعنا نناقش أولاً تفاصيل إعدادات تكوين
المخارج Pinout لوحدة
الترحيل أحادية القناة ذات الـ 5 فولت.
يوضح الرسم التالي مخطط المخارج pinout الخاص
بوحدة المرحل 5V.
كما وتُعرف هذه الوحدة باسم قناة واحدة Single
Channel لأنه يتم استخدام مرحل
واحد فقط ويعمل على 5 فولت.
تفاصيل مخارج وحدة المرحل
تتكون وحدة المرحل من ستة أطراف توصيل (دبابيس) وهي: طرف التوصيل NO، طرف التوصيل NC، المشترك Common، الإشارة Signal، وطرف التغذية Vcc والأرضي Ground.
طرف الإشارة Signal Pin: يستخدم للتحكم في المرحل. يمكن أن يكون هذا الطرف نشطاً منخفضاً Active Low أو نشطاً
عالياً Active High.
في حالة الانخفاض النشط (أي Active Low)، سيتم تنشيط المرحل عندما نطبق إشارة منخفضة نشطة على دبوس
الإشارة Signal.
وعلى العكس من ذلك، في حالة وجود ارتفاع نشط Active High، سيتم تنشيط المرحل عندما
نطبق إشارة عالية نشطة على دبوس الإشارة Signal. لكن عادةً ما تعمل هذه الوحدات على إشارة عالية نشطة. ستعمل هذه
الإشارة على تنشيط ملف الترحيل للاتصال بالطرف المشترك Common مع الطرف
المفتوح عادةً NO،
واغلاق المرحل.
طرف التغذية Vcc: كما يوحي اسم المرحل 5V،
فهذا يعني أنه يتطلب تياراً مباشراً DC بفرق جهد 5 فولت للعمل. وعليه، قم بتوصيل مصدر طاقة، بفرق جهد 5
فولت وتيار مستمر بهذا الطرف / الدبوس.
الدبوس الأرضي: قم بتوصيله بالطرف
السالب، لإمداد الطاقة بجهد 5 فولت. علاوة على ذلك، إذا كنت توصل وحدة المرحل مع
متحكم دقيق، فقم أيضاً بتوصيل هذا الدبوس مع الطرف الأرضي للمتحكم الدقيق (أي بشكل
مشترك).
طرف المشترك Common: هذه المحطة متصلة بالحمل الذي نريد تبديله بوحدة المرحل.
طرف التوصيل NC: ويرمز الاختصار الى الكلمتين Normally Closed أي المغلقة عادة، فهي متصلة عادة بدبوس COM ما لم يعمل المرحل، وتشكل دائرة مغلقة. لكن هذا الاتصال المغلق
عادةً ينقطع عند تنشيط المرحل من خلال تطبيق إشارة نشطة عالية أو نشطة منخفضة على
دبوس الإشارة Signal
الخاص بوحدة المرحل والقادمة من متحكم دقيق (مايكروكونترولر) Microcontroller.
طرف التوصيل NO: ويرمز الاختصار الى الكلمتين Normally Open أي المفتوحة عادة. حيث إن هذا الدبوس مفتوح عادة، ما لم نطبق إشارة تنشيط على دبوس
الإشارة Signal في وحدة
الترحيل أحادية القناة 5V.
وفي هذه الحالة، يقطع دبوس COM اتصاله بالطرف NC، ويقوم بإجراء اتصال مع
الطرف NO.
مكونات وحدة المرحل أحادية القناة 5 فولت
يوضح الشكل التالي جميع مكونات وحدة
الترحيل أحادية القناة 5 فولت (5V Single-Channel Relay
Module)
المرحل (ريلي) Relay
في قلب الوحدة، يوجد مرحل يعمل على
فرق جهد مقداره 5 فوات، مغطى بالبلاستيك ذات اللون الأزرق. يتم ذكر وتحديد الحد
الأقصى لتيار التشغيل والجهد لكل من حمل التيار المتردد والتيار المستمر في الجزء
العلوي من غطاء المرحل. فالعبارة المطبوعة على أعلى المرحل SRD-05VDC-SL-C
هي رقم المرحل المستخدم وطرازه، ويظهر جهد التشغيل. ويعرف هذا
النوع من الوحدات الترحيلية باسم مرحلات الـ 5V
لأن المرحل يعمل بجهد 5 فولت ذات التيار المستمر DC. بعبارة أخرى، تعمل
الإشارة العالية Active High
أو المنخفضة النشطة Active Low بجهد 5
فولت على تنشيط المرحل عن طريق تنشيط الملف الخاص به. كما ذكرنا سابقاً، يتكون
مرحل الـ 5 فولت داخلياً من محطات NC، NO،
COM والملف
الكهربائي المغناطيسي.
طرف الإخراج Output Terminal
على الجانب الأيسر من هذا الشكل، توجد
محطة خرج تُستخدم لتوصيل حمل أو أحمال التيار المتردد أو المباشر AC / DC ومصدر
طاقة الإدخال Input Source
سواء كانت AC
أم DC. سنناقش مخطط الأسلاك
لتوصيل الحمل الكهربائي (LOAD) ومصدر الطاقة بهذه المحطة في أقسام لاحقة من هذا الشرح التعليمي.
يتم توصيل كل طرف لموصل الخرج بموصلات أطراف
NO و NC و COM من مرحل الـ 5 فولت. تحتوي كل
نقطة في الوحدة على براغي تسهل توصيل الكابلات والأسلاك بوحدة المرحل. تدعم وحدة المرحل
5V هذه
أقصى تيار خرج بقيمة 10 أمبير وأقصى فرق جهد بقيمة 250 فولت للتيار المتردد AC و 30 فولت للتيار المستمر
DC. إذا كنت تستخدم جهد تيار
متردد عالي وحمل تيار مرتفع مع هذه الوحدة، فيجب عليك استخدام كابلات رئيسية سميكة
نسبياً.
ثنائي الليد لوصف حالة المرحل Led Status
(مؤشر الـ
LED للحالة) هو ثنائي ضوئي من الفئة SMD LED والذي يتم
توصيله من خلال مقاومة محددة القيمة لتمرير التيار من خلالها. يتواجد هذا الثنائي
في الزاوية اليمنى العليا من الوحدة النمطية للمرحل. يظهر حالة المرحل. بمعنى آخر،
يتم تشغيل مؤشر ثنائي الليد لوصف حالة المرحل عندما يكون المرحل نشطاً، ويتم تنشيط
الملف من خلال دبوس إدخال إشارة. حيث يمر هذا التيار المستمر عبر ملف المرحل.
ثنائي ليد الطاقة Power LED
يعد ثنائي الطاقة أيضاً نوع من أنواع
الثنائيات SMD الضوئية،
ويظهر حالة مصدر الطاقة المغذية لوحدة المرحل النمطية أحادية القناة 5V. لا تقم بتوصيل فرق جهد أكثر
من 5 فولت كمصدر طاقة بدبابيس Vcc و GND للوحدة. خلاف ذلك، قد يؤدي الجهد العالي إلى إتلاف ثنائي الحالة والثنائي
الخاص بالطاقة.
ثنائي فريوهيلينغ Freewheeling Diode
يتم توصيل ثنائي عبر أقطاب الملف
الخارجية لتجنب تأثير صدمة التيار الحثي العكسي أو الخلفي والمسمى EMF. يعرف هذا الصمام الثنائي
أيضاً باسم ثنائي الـ flyback.
الملف المستخدم في المرحل هو من النوع الحثي. عندما يمر التيار عبر حمل حثي، فإنه
ينتج جهد ممانعة عكسي (EMF)
أو خلفي. قد يؤدي تأثير الـ EMF هذا إلى إتلاف الدائرة بفعل ارتداد التيار بشكل مكثف وعكسي عبر
أطراف الدارة وعناصرها. لذلك، يتم استخدام الصمام الثنائي Freewheeling لتجنب هذا التأثير.
موصلات الإدخال Input Connectors
على الجانب الأيمن من وحدة المرحل، توجد
ثلاث موصلات إدخال. يتم استخدامها لتوفير إشارة الإدخال ومصدر طاقة 5 فولت. علاوة
على ذلك، فإنه يوفر أيضاً الطاقة لمصباح ال LED الخاص
بالحالة Status
وثنائي الطاقة Power LED
وملف المرحل Coil.
ترانزستور التبديل
(الترانزستور كمفتاح تشغيل) Switching
Transistor
عادةً ما نوفر إشارة إدخال إلى المرحل
من دبابيس الإدخال والإخراج لأهداف وأغراض عامة عن طريق الميكروكونترولر مثل Arduino و TM4C123 و ESP32 وما إلى ذلك.
ومن ثم، يتم استخدام ترانزستور تبديل في وحدة الترحيل هذه لتضخيم التيار إلى مستوى
الحد الأدنى من المتطلبات الحالية لملف المرحل. باستخدام ترانزستور التبديل هذا،
يمكننا التحكم في المرحل من طرف دبوس الـ GPIO
الخاص بالمتحكم الدقيق.
ملحوظة: بعض من وحدات المرحل تأتي
أيضاً مع optoisolator كجهاز
تبديل لتوفير عزل بصري بين دوائر الجهد المنخفض والعالي.
ولكن إذا كنت تستخدم مرحل مستقل، بدون
وحدة نمطية، وتريد استخدام مرحلات متعددة في مشروعاتك؛ فيمكنك استخدام دارة تشغيل
المرحل relay driver IC لقيادة
وتشغيل المصفوفات المتعددة من دبابيس
GPIO الخاصة بالمتحكم الدقيق مثل ULN2003.
طريقة استخدام وحدة المرحل أحادية القناة 5V Single Channel Relay Module؟
بعد إجراء مناقشة حول مداخل ومخارج وحدة
المرحل أحادية القناة 5 فولت وعملها، دعنا الآن ننتقل إلى عملها ونرى كيفية تنشيط
وحدة الترحيل وإلغاء تنشيطها من خلال تطبيق إشارة رقمية للتحكم في دبوس وحدة المرحل
أحادية القناة.
توضح الدائرة التالية مخطط الدائرة
الداخلية لوحدة الترحيل أحادية القناة 5 فولت
كما ترى في الرسم البياني للدائرة،
تتكون الدائرة الداخلية لوحدة الترحيل أحادية القناة 5 فولت من ترانزستورات ومقاومتين
واثنين من الصمامات الثنائية الباعثة للضوء ومرحل واحد 5 فولت.
هناك نوعان من وحدات الترحيل وفقاً
لنوع إشارة التحكم المستخدمة لتنشيط المرحل. يأتي أحدهما مع ترانزستور NPN والآخر مزود بترانزستور PNP. إذا تم استخدام
ترانزستور NPN،
فسيصبح المرحل نشطاً عندما نطبق إشارة عالية نشطة على دبوس التحكم. من ناحية أخرى،
إذا تم استخدام ترانزستور PNP، فسيصبح المرحل نشطاً على إشارة منخفضة نشطة على دبوس التحكم.
المحاكاة الالكترونية عبر برنامج Proteus
الآن دعونا نرى العمل مع برنامج
محاكاة الالكترونيات بروتيوس Proteus. في محاكاة برنامج البروتس، بإمكانك تطبيق الدارة التي في الأعلى.
استخدم وحدة مرحل أحادية القناة من النوع 5 فولت من النوع الذي يعمل على ترانزستور
ذات الفئة NPN.
الآن بمجرد أن نطبق إشارة عالية نشطة على دبوس التحكم الخاص بالمرحل، يتم تنشيط
الملف ويصبح المرحل نشطاً عن طريق توصيل دبوس الـ COM بطرف الدبوس NO. وبالمثل، عندما نطبق
إشارة منخفضة نشطة على دبوس التحكم الخاص بالمرحل، يتم إلغاء تنشيط الملف من خلال
الصمام الثنائي freewheeling
ويتم إلغاء تنشيط المرحل.
وبالمثل بالنسبة لوحدات الترحيل من
نوع PNP، فإن الإشارة المنخفضة
النشطة تنشط المرحل وتؤدي الإشارة العالية النشطة إلى إلغاء تنشيط المرحل.
وحدة المرحل أحادية القناة 5 فولت مع متحكم دقيق
للتحكم في وحدة ترحيل أحادية القناة 5
فولت مع أي متحكم دقيق، نحتاج إلى استخدام دبوس
GPIO كدبوس إخراج رقمي. يوفر طرف دبوس
الإخراج الرقمي إشارة منخفضة نشطة Active Low
وعالية نشطة Active High
للتحكم في دبوس وحدة الترحيل. عندما يتم تشغيل المرحل، يمكننا
سماع صوت نقر مسموع قادم من وحدة الترحيل.
لذلك، يمكنك استكشاف المزيد من خلال
قراءة الموضوعات المتعددة في موقع الكترونيات للجميع حول استخدام وحدة المرحل مع الميكروكنترولرات.
تطبيقات استخدام وحدة المرحل أحادية القناة 5 فولت
- مشاريع أتمتة المنزل.
- تبديل حمل جهد التيار المتردد AC من تيار مستمر منخفض
الجهد DC.
- عزل كهربائي بين مصادر الطاقة المنخفضة والعالية والتنسيق بينهما.
- التحكم في سرعة المحركات مع محولات بدء دلتا start-delta Convertor
- أنظمة الحماية من ارتفاع الجهد أو انخفاضه.
ورقة البيانات الخاصة باستخدام وحدة المرحل أحادية القناة 5 فولت
في
الرابط التالي يوجد داتاشيت DataSheet المرحل 5V Single Channel Relay Module
لتحميل
ورقة البيانات اضغط هنا
المراجع والمصادر References
|
Vladimir Gurevich, Electric Relays Principles and Applications, 1st
Edition, 2005. |
1 |
|
I͡A. Z. T͡Sypkin, Relay Control Systems, Cambridge University
Bridge, 1984. |
2 |