Czterokanałowy moduł przekaźnikowy sterowany I2C

Środa, 01 Kwiecień 2020

Minimoduł z czterema przekaźnikami sterowanymi poprzez magistralę I2C dla Raspberry Pi, Arduino, STM32 i nie tylko...

Podstawowe parametry:

cztery przekaźniki jako elementy wykonawcze,
sterowanie poprzez interfejs I2C,
zasilanie napięciem 3…5 V,
przystosowany do obciążeń niskonapięciowych 24 V/8 A.

Podczas budowy prototypów urządzeń sterujących, czy to dla IoT czy domowej automatyki, jednym z podstawowych bloków funkcjonalnych są wyjścia przekaźnikowe. Jeżeli używamy kilku platform uruchomieniowych, warto mieć moduł który pracuje nie tylko w szerszym zakresie napięć zasilania 3...5 V, ale wyposażony jest w kilka najpopularniejszych rodzajów złącz dla magistrali I2C dla szybkiego prototypowania.

Budowa i działanie

Moduł bazuje na układzie PCA9536D, który jest ekspanderem 4×I/O magistrali I2C o ustalanym programowo kierunku działania. Schemat układu pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Schemat ideowy układu

Oprócz układu U1 typu PCA9536D zawiera przetwornicę obniżającą U2 typu AP3417, odpowiedzialną za dostarczanie napięcia ok. 2,8 V do zasilania cewek przekaźników RL1...4. Zastosowano przekaźniki miniaturowe typu RM50 z cewką 3,3 V, która posiada roboczy zakres napięć zasilania 2,25...3,9 V, dzięki czemu moduł pracuje stabilnie w zakresie zasilania 3,3...5 V, bez przeciążania cewek przekaźników.

Jako drivery sterujące zastosowano tranzystory Q1...4 typu BCR521, które posiadają wbudowany dzielnik w obwodzie bazy, zmniejszający liczbę niezbędnych elementów. Wysterowanie przekaźnika sygnalizowane jest świeceniem odpowiedniej LED1...4.

Przełączne styki RL1...4 doprowadzone są do złącz śrubowych OUT1...4 typu ARK. Moduł przystosowany jest do obciążeń niskonapięciowych 24 V/8 A. Obecność zasilania sygnalizuje dioda LD.

Złącza I2CA...D, służą do podłączenia magistrali I2C w standardzie Qwiic, Grove, JST 2 mm oraz przy pomocy złącza SIP4 zgodnego z Arduino Brick.

Montaż i uruchomienie

Układ zmontowany jest na dwustronnej płytce drukowanej. Rozmieszczenie elementów pokazano na rysunkach 2 i 3. Sposób montażu jest klasyczny i nie wymaga opisu, zmontowany moduł pokazuje fotografia tytułowa.

Rysunek 2. Schemat i rozmieszczenie elementów na płytce PCB, strona TOP

Rysunek 3. Schemat i rozmieszczenie elementów na płytce PCB, strona BOTTOM

Przed podłączeniem modułu należy sprawdzić czy system zasilania współpracującego układu dysponuje mocą ok. 1,5 W tyle wynosi maksymalna moc pobierana przez cztery załączone przekaźniki. W samym module należy sprawdzić czy pracuje przetwornica U2 dostarczając napięcia 2,7...2,9 V dla cewek przekaźników.

Do obsługi układu PCA9536 wystarczą zapisy do dwóch z czterech rejestrów układu. Adres bazowy PCA9536D to 0x41, układ posiada cztery rejestry (producent nazywa je poleceniami):

0x00 – odczyt stanu wyprowadzeń,
0x01 – zapis stanu wyprowadzeń,
0x02 – rejestr polaryzacji wejść,
0x03 – rejestr kierunku wyprowadzeń.

Rejestr pod adresem 0x03 określa konfigurację wyprowadzeń, ustawienie wartości 0x00 konfiguruje wyprowadzenia jako wyjścia, pod adresem 0x01 mamy dostęp do portów wyjściowych, ustawienie wartości 1 ustawia stan wysoki, wartość 0 stan niski wyprowadzenia. Bit 0 w rejestrach odpowiada wyprowadzeniu IO0, bit 3 wyprowadzeniu IO3, bity 4...7 są niewykorzystane.

Listing 1. Skrypt testowy

#!/bin/bash
echo ‘I2C_RLY4 - test’
i2cset -y 1 0x41 0x03 0x00
i2cset -y 1 0x41 0x01 0x00

echo ‘Relay test’
x=1;
while [ $x -le 3 ] ; do

echo ‘OUT1’
i2cset -y 1 0x41 0x01 0x01
sleep 1.0

echo ‘OUT2’
i2cset -y 1 0x41 0x01 0x02
sleep 1.0

echo ‘OUT3’
i2cset -y 1 0x41 0x01 0x04
sleep 1.0

echo ‘OUT4’
i2cset -y 1 0x41 0x01 0x08
sleep 1.0

x=$[x + 1]
done

echo ‘OUT OFF’
i2cset -y 1 0x41 0x01 0x00

Prosty skrypt testowy dla Raspberry Pi pokazano na listingu 1. Po ustawieniu skryptu jako wykonywalnego poleceniem:

sudo chmod +x ./PCA9536.sh

i uruchomieniu:

./PCA9536.sh

należy sprawdzić czy przekaźniki załączą się kolejno w cyklu od OUT1 do OUT4 trzykrotnie i wyłączą się wszystkie na zakończenie skryptu. Jeżeli wszystko działa, można moduł zastosować w we własnej aplikacji.

Adam Tatuś
adam.tatus@ep.com.pl

Wykaz elementów:

Rezystory: (SMD0805)