Пока продолжается процесс адаптации контроллеров системы домашней автоматизации для работы со стандартным Modbus RTU, немного поговорим о подключении к Raspberry Pi различных готовых модулей. Начнем с самого простого – подключение к портам GPIO релейного модуля.
В продаже можно найти различные модификации релейных модулей на 1, 2, 4, 8 и более каналов. Все они, как правило, выполнены по одинаковой схеме и имеют «на борту» гальваническую развязку на оптронах,транзисторные ключии электромагнитные реле либо на 5В, либо на 12В.
Оказавшиеся в моем распоряжении два 4-х канальных модуля были выполнены на реле с напряжением 12В (рис.1)
Рис.1
В описании полученных релейных модулей было указано, что для управления реле в качестве активного используется низкий уровень. Т.е. при низком уровне на входе канала модуля соответствующее реле включено, а при высоком – отключено. Для более детального рассмотрения этого вопроса обратимся к принципиальной схеме, которая была составлена по печатной плате модуля (рис. 2). На схеме показан только один канал, остальные каналы идентичные.
Рис.2
При высоком уровне на входе модуля светодиод во входной цепи и светодиод оптрона выключены, на базе транзистора Q1 присутствует низкий уровень, транзистор закрыт и реле отпущено. При подаче на вход низкого уровня светодиоды включаются, транзистор открывается и реле подтягивается. Диод, шунтирующий обмотку реле, служит для подавления самоиндукции, возникающей при коммутационных процессах.
Обратите внимание, что при установленной перемычке JD питание оптрона составляет 12В. Это неприемлемо при работе с ТТЛ уровнями или уровнями 3,3В. Поэтому, для работы рассматриваемого здесь модуля необходимо перемычку снять и подключение к портам GPIO Raspberry Pi выполнить в соответствии с рис.3:
Рис.3
Так как реле включается при низком управляющем уровне на входе, следовательно, на портах GPIO, которые управляют реле, при загрузке Raspberry Pi должны устанавливаться высокие уровни. Для этого достаточно внести изменения в конфигурационный файл – вместо x = OUT 0 указать x = OUT 1, где х – номер порта (рис.4)
Рис.4
Так же хотелось бы остановиться на схемной организации управления нагрузками, потребляющими большой ток, например, мощными электронагревателями или вентиляторами. Обычно для таких нагрузок мощности контактов электромагнитного реле модуля недостаточно и их применяют в качестве промежуточных реле, управляющих пускателями (контакторами), которые в свою очередь уже непосредственно коммутируют нагрузку. Для повышения надежности в таких системах имеет смысл использовать 2-х релейные схемы управления, где одно реле (К1) отвечает за включение нагрузки, а второе (К2) – за отключение. Принципиальная схема 2-х релейной схемы управления приведена на рис.5:
Рис.5
Принцип работы 2-х релейной схемы предельно прост. В исходном состоянии реле К1, К2 и пускатель ПМЛ отпущены, нагрузка отключена. При кратковременном срабатывании реле К1 его нормально-разомкнутые контакты К1.1 подают напряжение на катушку пускателя, пускатель подтягивается, подает питание на нагрузку через контакты ПМЛ-1 и своими блок-контактами ПМЛ-БК становится на «самоподхват». Для отключения нагрузки необходимо кратковременно включить реле К2, его нормально-замкнутые контакты К2.1 разорвут цепь питания катушки пускателя, нагрузка отключится и схема вернется в исходное состояние.
Преимущество управления с помощью 2-х релейной схемы в том, что электромагнитные реле К1 и К2 включаются только на 1-2 секунды во время включения или отключения нагрузки, остальное время они находятся в отпущенном состоянии. Это предотвращает бесполезную нагрузку на блок питания релейного модуля и повышает надежность управления в целом.
Как недостаток следует отменить необходимость использования для управления нагрузкой двух каналов релейного модуля (т.е получается, что 4-х канальный релейный модуль обеспечит управление только двумя нагрузками). Но тут уже в каждом конкретном случае нужно оценивать что важнее – количество каналов или надежность управления.
Так же в системах управления «высокой ответственности» крайне желательно сделать сигнализацию включенного/отключенного состояния нагрузки. Реализовать такую функцию можно с помощью трансформатора тока, включенного в цепь нагрузки, или, что более просто, с помощью ещё одного реле, подключенного параллельно нагрузке. Контакт реле включается на вход Raspberry Pi и позволяет реально идентифицировать включенное или отключенное состояние нагрузки.
И в завершение пример практической реализации рассмотренного сегодня материала.С применением двух 4-х канальных релейных модулей управления и Raspberry Pi2 была разработана небольшая система телемеханики для управления наружным освещением на одном объекте. Скриншот web-страницы системы показан на рис.6:
Рис.6
Интерфейс позволяет управлять четырьмя нагрузками в режиме 2-х релейной схемы или восьмью нагрузками в режиме 1-релейной схемы, а так же получение телесигнализации по восьми входам. В режиме 2-х релейной схемы при клике кнопки web-интерфейса низкий уровень появляется на соответствующем выходе порта GPIO на время 2 секунды.
