Guía para los principiantes sobre los módulos relé en proyectos Arduino

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¿Planeas usar un módulo de retransmisión en tu próximo proyecto de Arduino pero no sabes cómo hacerlo? ¡No te preocupes! Esta entrada del blog te llevará a través del proceso de uso de un módulo de relés en los proyectos de Arduino, paso a paso, para que no tengas que depender de nadie más cuando trabajes con los relés.  

Los relés se utilizan a menudo en circuitos eléctricos y electrónicos porque juegan un papel importante en los circuitos de conmutación y protección. Echemos un vistazo a la estructura interna de un relé y su principio de funcionamiento, junto con los diferentes tipos de relés disponibles en el mercado.

¿Qué es un relé?

Un relé es un interruptor, más frecuentamente electromagnético, que utiliza una pequeña corriente para accionar un circuito mayor. Básicamente, se aplica una señal en la entrada que enciende otro circuito conectado en la salida, sin necesidad de supervisión humana.

Los relés funcionan según el principio de inducción electromagnética, lo que implica que si la corriente pasa a través de una bobina que se enrolla alrededor de un trozo de metal, entonces se producirá un campo magnético por la corriente, convirtiendo el núcleo de metal en un electroimán.

Si miramos dentro de un relé, encontraremos un electroimán que tiene una armadura conectada a los contactos que conectan el terminal de entrada y salida cuando la corriente eléctrica pasa a través de la bobina. El embalaje exterior de un relé tiene cinco clavijas, dos de las cuales se conectan a cada lado de la bobina y al aplicar un voltaje a estas clavijas se energiza la bobina. Los tres pines restantes son - Normalmente Abierto (NO), Normalmente Cerrado (NC) y Común (COM).

Originalmente, la armadura conecta los contactos COM y NC pero cuando la corriente pasa a través del electroimán y carga la bobina, crea un campo magnético que atrae a la armadura y, por lo tanto, la armadura pasa de la posición normalmente cerrada a la posición normalmente abierta, impulsando el circuito más grande conectado en el pin NO. Este es el principio básico de funcionamiento de un relé. Ahora entendamos qué es un módulo de relé.

Un módulo de relé es una pequeña placa incrustada con uno o dos relés y una combinación de resistencias, diodos, transistores y terminales de tornillo. Puede conectar los circuitos de entrada y salida a través de los terminales de tornillo y suministrar energía usando los pines presentes en el módulo. La característica especial de un módulo de relés es que es compatible con Arduino porque funciona con 5 voltios que una placa Arduino puede soportar.    

¿Cuáles son los tipos de relés?

Hay muchos tipos diferentes de relés utilizados en los sistemas eléctricos que se diferencian en función de sus polos y lanzamientos o de su principio de funcionamiento.

Tipos de relés basados en polos y lanzamientos

El número de polos y el número de lanzamientos en un relevo puede variar de la siguiente manera:

SPST

SPST son las siglas de Single Pole Single Throw relay, lo que significa que sólo hay un contacto además de COM, por lo que sólo un circuito puede ser conectado a este relé y puede tener sólo dos posiciones - cerrado o abierto. El relé SPST es similar a un interruptor que tiene dos estados - ON y OFF.

SPDT

Los relés de un solo polo y doble tiro (SPDT) se han descrito en la sección anterior. Pueden controlar un circuito debido a un solo polo, pero el relé puede tener dos posiciones: normalmente abierto (NO) o normalmente cerrado (NC).

DPST

DPST son las siglas de Double Pole Single Throw. Doble polo indica que este relé puede controlar dos circuitos separados, cada uno con un solo tiro. Si necesitas controlar dos circuitos simultáneamente encendiéndolos y apagándolos, entonces el DPST es tu mejor opción.

DPDT

El relé de doble polo y doble tiro (DPDT) es más parecido a dos relés SPDT empaquetados dentro de un relé donde se pueden conmutar los dos relés SPDT simultáneamente para controlar dos circuitos aislados. El DPDT consiste en dos polos de doble lanzamiento cada uno. 

Tipos de relés basados en el principio de funcionamiento

No todos los relés funcionan con el principio de inducción electromagnética. También hay otros principios que controlan los relés. Aquí están los tipos de relés basados en su principio de funcionamiento:

Relés electromecánicos

Los relés electromecánicos utilizan un electroimán para controlar un interruptor mecánico, como se explicó en la sección anterior. Cuando la bobina se energiza, atrae a la armadura y cambia el estado del relé de normalmente cerrado a normalmente abierto. Estos relés se utilizan tanto para aplicaciones de CA como de CC.

Relés de estado sólido

A diferencia del relé anterior, estos relés no tienen partes mecánicas como una armadura y un electroimán. Estos relés están hechos de material semiconductor y se utiliza un optoacoplador para aislar el circuito de alta corriente del voltaje de baja corriente.

Cuando se detecta una corriente en la entrada, se enciende un LED. La luz viaja desde el LED hasta el detector fotosensible del otro extremo que enciende el circuito en la salida. Estos relés son mucho más rápidos porque utilizan luz infrarroja como medio de desplazamiento.

Relés híbridos

Como su nombre indica, estos relés se fabrican utilizando principios de relés electromecánicos y de estado sólido. Utiliza las ventajas de ambos tipos de relés para funcionar mejor. Estos relés tienen un optoacoplador presente en el lado de entrada y un electroimán en el de salida. Reduce la pérdida de energía y elimina el calentamiento excesivo.

Relés electrotérmicos

El principio de funcionamiento de estos relés es como los termostatos. Consiste en una tira compuesta por dos metales diferentes con propiedades térmicas distintas, llamada tira bimetálica, que se coloca cerca de una bobina calefactora por la que pasa la corriente. Cuando la bobina se calienta, transfiere calor a la tira bimetálica y como los metales tienen diferentes propiedades de expansión térmica, se expanden a diferentes velocidades, haciendo que la tira se doble. Cuando la tira se dobla, enciende el relé. Estos relés se usan más comúnmente en los circuitos de protección de los motores.

¿Cómo elegir un módulo de relé?

La elección de un módulo de retransmisión depende del tipo de proyecto que se planee llevar a cabo. Hay ciertos factores que debes tener en cuenta al tomar esta decisión.

Requisitos de voltaje y corriente

Al elegir un módulo de relé, debe conocer los requisitos de corriente y voltaje de su proyecto. Si elijes un relé que no soporta los requisitos de energía de tu proyecto, entonces podrías terminar arruinando el relé y posiblemente también los circuitos de tu proyecto.

Número de los circuitos de control

Dado que hay cuatro opciones de relés disponibles con respecto al número de polos y lanzamientos, debes saber cuántos circuitos necesitas controlar en tu proyecto para poder elegir entre estos cuatro tipos de relés. Por ejemplo, si deseas controlar dos circuitos simultáneamente con una configuración NO y NC, entonces debes optar por un relé DPDT.

Velocidad

Si la velocidad es algo que te preocupa en tu proyecto, entonces deberías optar por un relé de estado sólido porque utiliza un optoacoplador que funciona más rápido que el relé electromecánico. Sin embargo, los relés de estado sólido no son buenos en términos de pérdidas de calor.

¿Cómo conectar y programar su relé?

Ahora que sabes cómo funciona un relé y cuáles son los diferentes tipos de relés, pasemos a aprender cómo conectar y programar un relé con un Arduino.

Consideraremos el ejemplo de un proyecto muy simple: encender una bombilla de CA usando un relé. Para ello, se necesita un módulo de relé, un Arduino (estamos usando una placa UNO aquí), una bombilla de CA y un cable de alimentación con un enchufe de 2 pines. Primero, coge el cable de alimentación y separa los cables vivos y neutros presentes en su interior. Conecta el cable vivo (rojo) con la bombilla y conecta el cable neutro (negro o azul) al conector normalmente abierto (NO) del módulo de relé. Luego, conecte el segundo cable de la bombilla al conector COM del módulo de relé. Así es como se conecta un relé con una bombilla de CA para fines de conmutación.

Ahora, necesitamos suministrar energía al módulo de relé y darle una señal del Arduino que le dice al relé que encienda y apague la bombilla. Para esto, necesitas conectar el pin con un signo menos (-) en el módulo de relé a la tierra (GND) en Arduino y el pin positivo (+) del módulo de relé al suministro de 5V en tu placa de Arduino. La tercera clavija que queda en el módulo de relé es la clavija de mando, que debe ser conectada a una clavija de E/S en Arduino. Estamos considerando el pin 7 para este propósito. Puedes elegir cualquier pin de E/S digital que desee, pero asegúrate de programar tu Arduino en consecuencia. 

Después de conectar el hardware como se describe, necesitas escribir un código simple que establece el pin 7 como un pin de salida y envía una señal para encender y apagar la bombilla a través del módulo de relé. Así es como puedes escribir el código para el circuito que se muestra en la imagen de arriba.

void setup() {

  // initialize the digital pin as an output.

  pinMode(7, OUTPUT);

}

void loop() {

  digitalWrite(7, HIGH);   // turn the BULB on (HIGH is the voltage level)

  delay(1000);               // wait for a second

  digitalWrite(7, LOW);    // turn the BULB off by making the voltage LOW

  delay(1000);               // wait for a second

}

Después de cargar el código en su placa de Arduino y conectar el circuito como se muestra arriba, notarás que el relé enciende y apaga automáticamente la bombilla después de cada segundo, ya que recibe la orden de Arduino.

Este es un enfoque muy simple sólo para darte una idea de cómo funciona un módulo de relé. Puedes incorporar un módulo de relé en tu proyecto de Arduino utilizando esta idea como base e improvisarla según tus necesidades.

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