Управление соленоидным клапаном (Solenoid Valve) с помощью Arduino

Соленоиды в настоящее время находят широкое применение в качестве исполнительных механизмов в различных системах автоматизации. Существует много типов соленоидов, в частности, широко распространены соленоидные клапаны (Solenoid Valve – их еще называют электромагнитными клапанами), которые используются для управления потоками воды или газа в трубопроводах. Также соленоиды часто используются в таких привычных для нас устройствах как дверной звонок. В дверных звонках присутствует соленоидная обмотка, которая возбуждается переменным током из сети и тем самым заставляет небольшой стержень внутри звонка двигаться вверх и вниз. Этот стержень в процессе своего движения ударяет по металлической пластине и тем самым формируется звук звонка. Еще соленоиды широко используются в качестве стартеров в автомобилях и в качестве клапанов в системах обратного осмоса и противопожарных системах.

Внешний вид подключения соленоидного клапана к Arduino Uno

Ранее мы уже использовали соленоидный клапан в проекте автоматического дозатора воды на Arduino, в этой же статье мы рассмотрим подключение соленоидного клапана к плате Arduino более детально.

Как работает соленоидный клапан

Соленоид представляет собой устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую. Он имеет обмотку, намотанную на проводящий материал – эта система работает как электромагнит. Преимуществом электромагнита по сравнению с естественным магнитом является то, что его можно включить и выключить в любой момент при помощи подачи/отключения питания на обмотку. Поэтому, когда на обмотку подается питание, то в соответствии с законом Фарадея, проводник, по которому протекает электрический ток, формирует вокруг себя магнитное поле. В соленоиде формируется достаточно сильное магнитное поле, достаточное для того, чтобы намагнитить материалы и создать линейное движение.

Внешний вид соленоидного клапана

В целом, принцип действия соленоида достаточно сильно похож на принцип действия реле. Когда на катушку соленоида подается питание она притягивает к себе проводящий материал (поршень), что позволяет течь потоку воды. Когда питание отключается, поршень возвращается в исходное положение и тем самым перекрывает поток воды.

Во время этих процессов катушка потребляет достаточно много тока, что приводит к проблемам гистерезиса (запаздывание фаз), характерным для подобных систем. В связи с этим невозможно управлять соленоидным клапаном непосредственно с помощью логической схемы. В нашем проекте мы будем использовать соленоидный клапан с питанием от 12V, который часто используется для управления потоками воды. При подаче питания соленоид потребляет около 700mA тока, а пиковое энергопотребление может достигать 1.2A – этот момент мы должны учитывать в нашей схеме.

Необходимые компоненты

  1. Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
  2. Соленоидный клапан (Solenoid Valve) (купить на AliExpress).
  3. IRF540 MOSFET (купить на AliExpress).
  4. Кнопка – 2 шт.
  5. Резисторы 100 кОм и 10 кОм (купить на AliExpress).
  6. Диод 1N4007 (купить на AliExpress).
  7. Макетная плата.
  8. Соединительные провода.

Схема проекта

Схема подключения соленоидного клапана к плате Arduino Uno представлена на следующем рисунке.

Схема подключения соленоидного клапана к плате Arduino Uno

Как видите, схема достаточно проста – в ней мы для управлением соленоидным клапаном использовали MOSFET транзистор.

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

В программе нам необходимо установить режим работы для контакта 9 на вывод данных (с него осуществляется управление соленоидным клапаном), а для контактов 2 и 3 установить режим работы на ввод данных – с них считываются состояния кнопок.

Затем в функции void loop мы будем включать и выключать соленоид в зависимости от состояния цифровых контактов 2 и 3.

Тестирование работы проекта

После сборки аппаратной части схемы и загрузки кода программы в Arduino вы сможете включать и выключать соленоидный клапан при помощи двух кнопок в схеме. Также для индикации включения соленоидного клапана в схеме используется светодиод. Более подробно все эти процессы показаны в видео, приведенном в конце статьи.

Тестирование работы соленоидного клапана

Когда нажата кнопка 1, Arduino подает сигнал высокого уровня (HIGH) на вывод затвора транзистора MOSFET IRF540, подключенного к контакту 9 платы Arduino. IRF540 представляет собой MOSFET транзистор с каналом N-типа, поэтому когда на его затвор подается напряжение высокого уровня, он открывается и включает соленоид.

Аналогичным образом, когда мы нажимаем кнопку 2, Arduino подает сигнал низкого уровня (LOW) на вывод затвора транзистора MOSFET IRF540, что приводит к выключению соленоида.

Исходный код программы (скетча)

Видео, демонстрирующее работу схемы

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
436 просмотров


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *