Commander un relais avec un arduino

L’arduino ou le raspberry, bien que très utile, sont limités sur le courant pouvant être généré par leurs sorties. Dans un usage domotique, la commande d’un éclairage (sous 220 volts) ou d’un moteur plus puissant nécessite un petit montage afin d’éviter de faire exploser son matériel.

Afin de bénéficier de la commande créée par l’arduino ou le raspberry, il est possible d’utiliser des shields de relais, il existe des monocanaux et des multicanaux. Leur coût est généralement élevé et des relais peuvent être inutilisés. J’ai donc choisi d’utiliser un simple transistor (NPN ou PNP) et un relais.

Pour ce tutoriel, voici le matériel que j’ai utilisé :

Dans cette liste, vous verrez que les quantités commandées sont importantes, il s’agit simplement d’un exemple et vous vous apercevez qu’en dépensant très peut, vous pouvez faire beaucoup (mais vraiment beaucoup) de montage et vous aurez certainement d’autres occasions d’utiliser le reste.

Les transistors bipolaires

Sans entrer dans les détails, il existe plusieurs familles de transistor :

  • les transistors bipolaires (utilisés dans ce guide)
  • les transistors à effets de champs
  • les transistors à uni-jonction
  • les transistors hybrides (mixte entre les bipolaires et les effets de champs)

Les transistors bipolaires

Un transistor bipolaire est un dispositif électronique à base de semi-conducteur dont le principe de fonctionnement est basé sur deux jonctions PN, l’une en direct et l’autre en inverse.

Les transistors bipolaires sont disponibles en deux technologies :

  • les transistors NPN
  • les transistors PNP

En vulgarisant, nous allons appliquer une tension à une des pinoches des transistors (la base), en fonction de la différence de potentiel (la tension) entre la base et l’émetteur, les jonctions vont être passantes ou non. Nous allons utiliser le transistor en mode saturé, c’est à dire tout ou rien (un interrupteur)

Transistor NPN
Transistor NPN
Transistor PNP
Transistor PNP

Dans un fonctionnement normal, le courant passe de l’émetteur au collecteur pour un PNP et inversement pour un NPN. Le courant de base est un courant de faible intensité.

Pour le transistor NPN, nous devons appliquer une tension positif (potentiel haut) entre la base et et l’émetteur pour le rendre passant.

A l’inverse, pour le transistor PNP, nous devons appliquer un potentiel bas (zéo ou négatif) entre la base et l’émetteur pour le rendre passant.

Cas du transistor NPN, 2N2222

Lorsque l’on prend la documentation technique du documentation technique 2N2222. La tension Vbe doit être supérieure à 0.6V pour le polariser, Vce = 0.4V. Le gain est de 300. On parle du gain pour déterminer le courant de la base nécessaire (Ic = Ib * gain)

Schéma

Voici le montage à réaliser (il y aura que peu de différence lorsque l’arduino sera intégré)

montage transistor relais
montage transistor relais

Nous allons déterminer R1 afin de limiter le courant qui traversera le transistor et R2 pour limiter le courant qui passera par la base.

 

Détermination de la résistance R2

Nous allons procéder par étape, le calcul du courant du collecteur, le courant de la base et la résistance. Je ne détaille pas la méthode.

Nous allons avoir besoin de données :

  • Vce_sat = 0.4 V (selon la documentation)
  • Vbe_sat = 0.6 V (selon la documentation)
  • Gain = β = 300 (selon la documentation)
  • Vcc = 5 V (l’alimentation de mon circuit)
  • Rrelais = 600 Ω (la résistance du relais, peut être mesurée directement)
  • Ve = Vcc (tension d’alimentation alignée sur la base)
Calcul d’Ic (courant collecteur)

Ic = (Vcc – Vce_sat)/Rrelais = (5 – 0.4)/600 = 7.66 mA

Calcul d’Ib (courant base minimum et sat)

Ib_min = Ic / β = 0.00766 / 300 = 25.5 µA

Nous prenons une sécurité de 1.5 donc :

Ib_sat = Ib_min * 1.5 = 0.0000255 * 1.5 = 38.33 µA

Calcul de R2 (résistance sur la base)

R2 = (Ve – Vbe_sat)/Ib_sat = (5 – 0.6)/0.00003833 = 114792.6 Ω

Voilà la résistance maximale à mettre en place.

Lorsque l’interrupteur est actionné, le transistor devient saturé, le courant traverse le relais qui est commandé, la lumière s’allume.

Le code arduino

Le câblage

Une fois cette partie assimilée, la mise en place avec un arduino se fera très facilement, l’interrupteur sera simplement notre arduino.

Alimentez votre arduino avec le 5 V, sur une sortie numérique (la 2 par exemple) connecter la résistance R2.

Le câblage est fini.

Code arduino

Pour le code, je fais quelquechose de très simple, simplement faire clignoter la lampe 3 secondes.

int relais = 2

void setup
{
pinMode(relais,OUTPUT);
digitalWrite(relais,LOW);
}

void loop
{
digitalWrite(relais,LOW);
delay(3000);
digitalWrite(relais,HIGH);
delay(3000);
}

Pas très impressionnant comme démonstration, après libre à vous de programmer l’arduino comme bon semble avec des interrupteurs ou des capteurs.

Laisser un commentaire