【Arduino】リレーシールドを作って100Vを制御する!

Arduinoでできることが増えてきたのでAC100Vで動くものも制御したいと思うようになりました。そこで手持ちのフォトカプラとリレーを使ってリレーシールドを作ってみました。

普段だったら市販品のリレーシールドを購入してスケッチを書いて終わりにするところですが、主要なArduino用リレーシールドが販売停止(2016年6月現在)となっており、めぼしいリレーシールドがありません。

ちょうど手持ちにリレーとフォトカプラもあったので、拡張性も考えてリレーシールドを作ることにしました。

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リレーシールドとは?

リレーシールドとはArduinoより高い電圧(といっても100Vくらいまで)や大電流のON/OFFをおこなえるようにするシールドです。

Arduino単体ではせいぜいLEDをチカチカさせるくらい(10mAほど)の電気しか制御することができませんが、リレーシールドを使うことによって何百倍もの電力を制御することができます。と言っても、リレーシールドではON/OFFの制御しかできないので、家電のAC100VのON/OFFをさせるとか、モーターのON/OFFに使うとかそういう使い方がメインになります。

 

バニラシールドとピンヘッダを用意

Arduinoのシールドを自作する場合、Arduino専用のバニラシールドとピンヘッダを使用します。通常のユニバーサル基板でも代用できそうですが、ピンヘッダの部分のピッチが違うためArduinoに取り付けることができません。

バニラシールドとArduino用ピンヘッダ。ピンヘッダは長くて曲がりやすいので何本か予備を購入しておいたほうがいい。

バニラシールドとArduino用ピンヘッダ。ピンヘッダは長くて曲がりやすいので何本か予備を購入しておいたほうがいい。

 

 

リレーとArduinoは電気的に分離させる

リレーの中に入っているコイルの影響(逆起電力)を考えると、リレーシールドの信号ラインはフォトカプラを使ってアイソレーション(分離)したほうがよさそうです。市販品もだいたいフォトカプラが入っているのでそれに準じて回路を構成したいと思います、リレーコイルに加わる5VもArduinoも共通にするのはちょっと不安なのでこれも分離させてしまいます。

正直なところ共通にしても問題ないとは思いますが、Arduinoの5Vレギュレータは電流量に余裕がなさそう(というか加える手持ちのDC電源が12Vなので熱が怖い)なので、やはりArduinoとリレー部分の電源は完全に分離させます。

回路図

回路図エディタを使うまでもない簡単な回路なのでブギーボードに手書きで済ませます。

簡単な回路なのでブギーボード上に回路図を手書きして配線の確認と必要な抵抗値を計算します。フォトカプラの入力部のところのArduinoの出力端子の代わりとしてタクトスイッチで代用します。

 

ブレッドボードで動作確認

抵抗値の計算が終わったらブレッドボードで動作を確認します。

トランジスタ(2SC1815)やフォトカプラは飽和領域で動作するようにしていますが、万が一(10年くらい前に買ったパーツボックスに眠ってたやつ)のこともありますので発熱量や電圧をブレッドボード上で確認しておきます。

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ブレッドボードに必要な電子部品を実装して動作を確認する。真ん中のタクトスイッチを押すとフォトカプラに5Vが供給されてトランジスタをスイッチングさせてリレーがON状態になる。

シールドの作成

ブレッドボード上での動作確認ができたのでバニラシールドにはんだ付けを行います。

一番大きい電子部品の置き場所を決めてしまえばあとは詰めていくようにレイアウトしておけばOKです。これくらいの回路規模だとパーツレイアウトに悩まなくていいですよね。

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パーツレイアウト、右下に密集して配置させたので左側はまだまだ拡張するスペースがある。

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配線にはジュンフロン線を使用。適当にパーツを配置したので配線が重なることをジュンフロン線にしたのに綺麗に収まってしまいました、これならスズメッキ線でよかったです(^^;

 

まとめ

探せば秋月のDFrobot製のリレーシールドとかSainSmartのリレーモジュールとか売ってるんですけど、ACコンセントの制御に海外製のよくわからないメーカーのなんて使うのが恐ろしいので、信頼性の面からもリレーだけは絶対に日本ブランドのものを使うことにしています。

あとバニラシールドにはんだ付けした後に気づいたんですがこのDCジャックって秋月のブレッドボード用DCジャックDIP化キットなんですよね…。基板取り付け用のDCジャックつければよかったのにもったいない。。。

さて今回作ったリレーシールドはまだまだスペースがあるので、今後もさらなる拡張を予定しています。次はBluetoothを乗せて無線で制御させるとか面白そうですよね。