Platforma Raspberry Pi od swojej premiery doczekała się szerokiego wyboru płytek rozszerzających i nakładek. Stało się tak z powodu dużej popularności urządzeń oraz otwartego standardu złącza, co pozwala każdemu producentowi elektroniki na zaprojektowanie i produkcję własnego modułu do malinki. Nakładki dostępne na rynku mają rozmaite zastosowania. Rosnącą popularnością cieszą się moduły z przekaźnikami, umożliwiające zastosowanie malinki w systemach przemysłowych, jako niewielki sterownik PLC.

Jednym z takich modułów jest KAmodRPi PwrRELAY4 z oferty Kamami.pl. Jest to nakładka wyposażona w 4 przekaźniki elektromagnetyczne typu SPDT (pojedynczy, dwa styki). Przekaźniki mogą przenosić napięcie zmienne do 250 V, a także napięcie stałe do 30 V. W obu przypadkach dopuszczalny prąd wynosi 3 A. Napięcie cewki konieczne do przełączenia przekaźnika wynosi 5 V.

Rys. 1. Nakładka KAmodRPi PwrRELAY4

KAmodRPi PwrRELAY4

Styki przekaźnika wyprowadzono na duże złącza śrubowe. Pod każdym złączem na płytce znajduje się symbol sugerujący które styki są zwarte przy „wyłączonym” przekaźniku. Od strony sterowania użyto kluczy tranzystorowych, które pozwalają dostosować napięcie 3,3 V do 5 V wymaganego do sterowania przekaźnikiem, a także dostarczyć do cewki odpowiednio wysoki prąd. Dodatkowo wyjście złącza Raspberry Pi odizolowano galwanicznie od wejścia cewki za pomocą transoptora LTV-356T. Element ten zapewnia izolację na poziomie 3,75 kVrms. Cały układ kondycjonujący działa w ten sposób, że przekaźnik włącza się jeśli na wyprowadzeniu Raspberry Pi jest stan logiczny niski.

Cewkami przekaźników można sterować za pomocą sygnału na wyprowadzeniach złącza rozszerzeniowego malinki. Każdy z czterech przekaźników ma przypisane wyprowadzenie, za pomocą którego można włączyć, a także wyłączyć przekaźnik. Odpowiednie piny przedstawiono w poniższej tabeli.

Wyprowadzenia są połączone z obwodem sterującym przez zworkę, co pozwala w razie potrzeby rozłączyć odpowiednie wyprowadzenia. Dodatkowo włączenie przekaźnika sygnalizowane jest zapaleniem się diody LED na odpowiednim kanale.

Rys. 2. Zworki łączące wyprowadzenia Raspberry Pi z obwodami włączającymi przekaźnik.

Do zestawu dołączono zestaw dystansów i śrubek, dzięki któremu można stabilnie podłączyć nakładkę do komputera.

Rys. 3. Nakładka KAmodRPi PwrRELAY4 nałożona na Raspberry Pi i przymocowana za pomocą dystansów i śrubek

Sterowanie przekaźnikami za pomocą Raspberry Pi

Przekaźnikami na płytce można sterować za pomocą odpowiednich wyprowadzeń komputera w modelu GPIO. Oznacza to, że sterujemy stanem wyprowadzenia cyfrowo i w ten sposób włączamy lub wyłączamy przekaźnik. W różnych komputerach tego procesu można dokonać w różny sposób. My będziemy korzystać z Raspberry Pi 4 B i zastosujemy sposób polecany przez producenta w języku Python. Przykładowy kod po uruchomieniu włączy przekaźnik numer 1, a następnie co 2 sekundy będzie wyłączał aktualnie włączone wejście i włączał kolejne, i tak w kółko.

Skorzystamy z biblioteki pythonowej GPIO Zero. To biblioteka do sterowania wyprowadzeniami instalowana domyślnie w systemie Raspberry Pi OS. Pełna dokumentacja znajduje się na stronie https://gpiozero.readthedocs.io/en/stable/

Poniżej znajduje się przykładowy kod do sterowania przekaźnikami na Raspberry Pi

from gpiozero
from time import sleep 

out1=gpiozero.OutputDevice(23, active_high=False, initial_value=False)
out2=gpiozero.OutputDevice(22, active_high=False, initial_value=False)
out3=gpiozero.OutputDevice(27, active_high=False, initial_value=False)
out4=gpiozero.OutputDevice(17, active_high=False, initial_value=False)

while True:
  out4.off()
  out1.on()
  sleep(2)

  out1.off()
  out2.on()
  sleep(2)

  out2.off()
  out3.on()
  sleep(2)

  out3.off()
  out1.on()
  sleep(4)

Warto zwrócić uwagę na sposób inicjalizacji wyjścia. Funkcja OutputDevice to ogólna procedura umożliwiająca inicjalizację. Aby zdefiniować wyjście przystosowane do sterowania przekaźnikiem, należy w pierwszym argumencie podać numer pinu, a następnie ustawić flagę Active_High na False. Oznacza to, że podczas włączania przekaźnika w kodzie, tak naprawdę stan wyjścia ustawi się na poziom niski, co z kolei włączy przekaźnik. W prostszych słowach – funkcje wykonywane w kodzie będą tożsame ze stanem przekaźnika.

Ostatnią flagą jest initial_value, a ustawienie jej w tryb False oznacza, że wyprowadzenie będzie inicjalizowane w taki sposób, że przekaźnik będzie wyłączony.

Aby uruchomić kod należy wykonać komendę:

python3 KAmodRPi_PwrRELAY4_test.py

lub uruchomić kod ze środowiska IDE, np. Thonny.

Moduł KAmodRPi PwrRELAY4 jest dostępny w ofercie sklepu Kamami.pl, który jest także oficjalnym dystrybutorem Raspberry Pi w Polsce