I2C – Relaiskarte

I2C Relais Board

Immer wieder kommt es vor das Verbraucher (Motoren, Leuchten, Staubsauger usw.) von einem Controller oder Bastelrechner ein oder ausgeschaltet werden müssen. Da der Strom der Controllerboard-Ausgänge dafür selten ausreichen bieten sich Relais an.
Diese Projekt stellt 5 Relais und 3 FET-Schaltstufen zur Verfügung. Im Gegensatz zu vielen anderen Relaisboards sind auch Umschaltrelais (2xUm) vorhanden. Dadurch können auch komplexere Aufgaben wie zum beispiel Motosteuerung in mehrere Laufrichtungen und vieles andere mehr realisiert werden.
Und das beste: Das Port wird per I2C-Bus angesteuert, also 2 Port´s reichen aus!

Die Leistungsmerkmale auf einen Blick

  • 2 Stück Umschaltrelais (jeweils 2xUM) mit ca. 6A belastbar
  • 1 Stück Umschaltrelais (jeweils 2xUM) mit ca. 2A belastbar
  • 2 Stück Relais mit einem Schließerkontakt ca. 1A belastbar
  • 3 Kontaktlose FET Schaltstufen für Verbraucher mit max 40V / 3A
  • Nahezu an jedem Controller mit I2C Bus verwendbar
  • Stecker und Platinenbohrungen nach Roboternetz-Definition
  • Kann Huckepack mir anderen RN-Boards  verschraubt werden
  • Eigene 6V Spannungsstabilisierung für Relais (alternativ kann Spannung über I2C-Port entnommen werden)
  • Mehrere Relaiskarten kombinierbar da I2C Slave Adresse frei wählbar
  • Alle Relais-Kontakte über Schraubklemmen herausgeführt
  • Nur halbe -Europakartengröße

 

Aufbau des Board

I2C Relais-Board

 Bestückungsplan der Relaiskarte

Relaisboard Bestueckungsplan

Bestell und Bestückungsliste

Anzahl Bezeichnung auf Platine   Beschreibung                 Bezugsquellen-Link/Bestellnummer

1      C1                        Kondensator 100n             Bezugsquelle* Reichelt
2      C2,C3                     Elko 220 uF/35V              Bezugsquelle* Reichelt
7      Fet-Power,FETA,FETB,
       FETC,Power,REL4,REL5      Schraubklemmen 2 polig       Bezugsquelle* Reichelt
1      I2C-Bus                   Wannenbuchse 2x5 gerade      Bezugsquelle* Reichelt
1      IC1                       7806 (6-7V Spannungsregler)  Bezugsquelle* Reichelt
1      IC2                       UDN2981A                     Bezugsquelle* Reichelt
4      JP1, ADR(3x)              Jumper Stiftleiste 1x3       Bezugsquelle* Reichelt
1      JP2                       Jumper Stiftleiste 1x2       Bezugsquelle* Reichelt
2      K1,K3                     6V Relais 2xUM (max. 8A)     Bezugsquelle* Reichelt
1      K2                        6V Relais 2xUM (max. 2A)     Bezugsquelle* Reichelt
2      K4,K5                     5V Relais 1xUM (max. 1A)     Bezugsquelle* Reichelt
1      PCF                       PCF8574 AP                   Bezugsquelle* Reichelt
3      IRF540                    FET Transistor IRF540        Bezugsquelle* Reichelt
6      Relais1A,Relais1B,
       Relais2A,Relais2B,
       Relais3A,Relais3B         Schraubklemmen 3polig        Bezugsquelle*Reichelt
1      RN1                       Widerstandsnetzwerk 8x 10k   Bezugsquelle*Reichelt
1      Platine                   Eagle Dateien frei verfügbar (siehe Downloads)

Alle Angaben ohne Gewähr

 

Erläuterung der Anschlüsse und Kurzschlussbrücken

Zum Lesen der Beschreibung Register durch Klick aufklappen

I2C-Bus

I2C-Bus

Über diesen Bus werden die einzelnen Relais gesteuert. Der I2C-Bus benötig nur 2 Leitungen für alle Funktionen. Entsprechend der Roboternetz-Definition wird hier ein 2×5 poliger Stecker angeschlossen. Die Belegung entspricht exakt der form Roboternetz Board (RNFFRA und RN-Control) und anderen Boards.

Pin 1 SCL (Taktleitung)
Pin 3 SDA (Datenleitung)Anschlussbez
Pin 5 +5V
Pin 7 +5V
Pin 9 Batteriespannung max. +12V
Pin 2,4,6,8 GND
Pin 10 INT *

* Pin 10: Diese Leitung kann von allen I2C-Bus Erweiterungen genutzt werden um den Hauptcontroller darüber zu informieren das sich Daten (z.B. von Sensoren) verändert haben. In diesem Fall wird die Leitung solange auf Masse gelegt bis der entsprechende I2C-Baustein ausgelesen wird.

Die Controller muss also immer alle I2C-Bausteine auslesen solange diese Leitung auf Masse liegt. Diese Leitung ist mit der INT-Leitung des PCF verbunden.

JP1

Spannungsversorgung

Die Relaisplatine und Relais können wahlweise komplett über den oben genannten I2C-Stecker mit der 5V Logikspannung versorgt werden.

Da auf der Relaisplatine jedoch 6V Relais eingesetzt werden und auch beim Treiber IC Spannungsverluste entstehen, reicht diese Spannung manchmal bei Relais nicht vollständig aus. Daher ist es empfehlenswert diese Kurzschlussbrücke zwischen mittleren Kontakt und EXT zu setzen- Dadurch kann die komplette Relaisplatine über den integrierten Spannungsregler (6V) versorgt werden. In diesem Fall muß jedoch am Power Regler eine Spannung zwischen ca. 8 und 15 V angelegt werden.

Power

Externe Spannungsversorgung

Wenn die Relaisplatine nicht über den I2C Port mit Spannung versorgt werden soll, dann muß hier eine Spannung von ca. 8 – 15V angelegt werden (siehe Beschreibung zu JP1)

JP2

Über diese 2 polige Stiftleiste kann die stabilisierte 6V Spannung für andere Erweiterungen genutzt werden.

RELAIS1A

Diese Schraubklemmen führen die Umschaltkontakte A ,von Relais 1 nach außen (siehe Diagramm) – 2 A belastbar

RELAIS1B

Diese Schraubklemmen führen die Umschaltkontakte B ,von Relais 1 nach außen (siehe Diagramm) – 2 A belastbar

RELAIS2A

Diese Schraubklemmen führen die Umschaltkontakte A ,von Relais 2 nach außen (siehe Diagramm) – 6 A belastbar

RELAIS2B

Diese Schraubklemmen führen die Umschaltkontakte B ,von Relais 2 nach außen (siehe Diagramm) – 6 A belastbar

RELAIS3A

Diese Schraubklemmen führen die Umschaltkontakte A ,von Relais 3 nach außen (siehe Diagramm) – 6 A belastbar

RELAIS3B

Diese Schraubklemmen führen die Umschaltkontakte B ,von Relais 3 nach außen (siehe Diagramm) – 6 A belastbar

RELAIS4

Diese Schraubklemmen führen den Schließerkontakt von Relais 4 nach außen (siehe Diagramm) – 1 A belastbar

RELAIS5

Diese Schraubklemmen führen den Schließerkontakt von Relais 5 nach außen (siehe Diagramm) – 1 A belastbar

FET Power

Eingangspannung für FET-Ausgänge

Das Relaisboard verfügt über drei Ausgänge die kontaktlos durchgeschaltet werden. Über diese Schraubklemme wird die Eingangsspannung (bis ca. 40V), die später auf den FET-Ausgängen durchgeschaltet wird, eingespeist. Unbedingt die Markierungen + und – beachten! Masse ist mit der Masse des Boards verbunden.

FETA

An dieser Schraubklemme kann ein Verbraucher direkt angeschlossen werden. Wird die FET-Schaltstufe per I2C durchgeschaltet, dann wird die Eingangsspannung von FET-POWER hier durchgeschaltet. Belastbarkeit ohne Kühlkörper ca. 3A.

FETB

An dieser Schraubklemme kann ein Verbraucher direkt angeschlossen werden. Wird die FET-Schaltstufe per I2C durchgeschaltet, dann wird die Eingangsspannung von FET-POWER hier durchgeschaltet. Belastbarkeit ohne Kühlkörper ca. 3A.

FETC

An dieser Schraubklemme kann ein Verbraucher direkt angeschlossen werden. Wird die FET-Schaltstufe per I2C durchgeschaltet, dann wird die Eingangsspannung von FET-POWER hier durchgeschaltet. Belastbarkeit ohne Kühlkörper ca. 3A.

ADR

Adresse des I2C Ausgabeportes

Hier müssen drei Jumper auf eine 3×3 Stiftleiste aufgesteckt werden.
Die drei mal 3 Stiftleiste kann man sich übrigens durch drei einzelne 3er Stiftleisten bauen!

Über die Jumper (Kurzschlussbrücken) kann man die Ansprechadresse des PCF-Bausteins (wir nennen es RelaisPort frei wählen. Dadurch lassen sich mehrere Bords und PCF-Bausteine an einem I2C-Bus nutzen. Die Nachfolgende Skizze zeigt übliche Standardbelegung Hex 76!

I2C ID des Relaisboard

Als Standard wird hier PCF-Adr. Hex 76 empfohlen (letzte Skizze)

 

Wie werden die Relais angesteuert?

Die Relais werden über den I2C-Port von beliebigen Controllern angesteuert. Auf der Relaiplatine befindet sich der bekannte I2C Porterweiterungsbaustein PCF 8574AP.

Jedes Bit dieses Portbausteines steht für 1 Relais. Durch einfaches setzen oder Löschen eines Bit´s, wird das entsprechende Relais ein- oder ausgeschaltet.

Folgende Bit´s stehen für folgendes Relais:

Bit Relais
0  Relais K2 (2A belastbar) 2xUM
1  Relais K1 (6A belastbar) 2xUM
2  Relais K3 (6A belastbar) 2xUM
3  FET Schaltstufe FET C
4  FET Schaltstufe FET B
5  FET Schaltstufe FET A
6  Relais K4 (1A)
7  Relais K5 (1A)

Der I2C-Port kann von nahezu allen Controllern (z.B. C-Control, Atmel AVR usw.) recht einfach per Befehl in den verfügbaren Sprachen wie Basic, Bascom-Basic, C, Pascal, Assembler usw. angesprochen werden. Als Beispiel hier nur ein kleines Bascom-Programm für das RoboterNetz-Board RNBFRA. Andere Beispiele können gerne im Roboternetz oder als Kommentar gepostet werden.

Empfohlen wird als Slave Adresse für das Board Hex 76. Damit verträgt sich das ganze auch optimal zum RNBFRA Roboterboard.

Beispielprogramm zur Ansteuerung

'###################################################
'relaiskarte.bas
'für 'RoboterNetz Standard-Roboter Board RBNFRA ab 1.1 
'oder anderes Board mit Atmel AVR Controller
'
'Aufgabe:
'Relaiskarte wird getestet
'Alle 8 Relais bzw. Fet Schaltstufen werden nacheinander
'für 2 Sekunden eingeschaltet
'
'Autor: Frank
'Weitere Beispiele und Beschreibung der Hardware
'unter http://www.Roboternetz.de + www.mikrocontroller-elektronik.de/
'###################################################

Declare Sub Rnb_relaisschalten(byval Relaisnr As Byte , Byval Status As Byte)

Const Relaisport_adr = &H76 'I2C Adr PCF 2
Dim Relaisstatus As Byte
Dim I As Byte

$crystal = 8000000 'Quarzfrequenz
$baud = 9600
Config Scl = Portc.0 'Ports fuer IIC-Bus
Config Sda = Portc.1

I2cinit
Wiederhole:
For I = 0 To 7
 Call Rnb_relaisschalten(i , 1) 'Relais i so anziehen
 Wait 2 'Warte 2 Sekundne
 Call Rnb_relaisschalten(i , 0) 'Relais i soll abfallen
 Wait 2 'Warte 2 Sekundne
Next I

Goto Wiederhole

'Die Hilfsfunktion erleichtert das ein und Ausschalten bestimmter Relais
'Variable: Relaisnr ( 0 bis 7) steht für ein bestimmtes Relais
'Variable: status (1 oder 0) schaltet Relais ein oder aus
'Bei Status 1 wird die entsprechende Relais anziehen, bei 0 abfallen

Sub Rnb_relaisschalten(byval Relaisnr As Byte , Byval Status As Byte)
 Relaisstatus.relaisnr = Status
 I2cstart
 I2cwbyte Relaisport_adr 'Schreibbefehl an PCF schicken
 I2cwbyte Relaisstatus 'Datenbyte an PCF
 I2cstop
End Sub

End

 

 Schaltplan der Relaiskarte

I2C Relais-Board Schaltplan

Projekt-Downloads

  Eagle Dateien (Zip)

Empfohlene Leiterplatten Hersteller

 

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Weitere Hinweise

Vor dem Aufbau bitte nachfolgende Hinweise lesen:

Das Projekt unterliegt einer CC-Lizenz - Lizenzhinweis (zum Aufklappen anklicken)

Um ihnen weitgehende Möglichkeiten zum Nutzen der Schaltung einzuräumen, wurde dieses Projekt jetzt unter die CC-Lizenz gestellt. Sie haben So die Möglichkeit die Schaltung beliebig zu verändern oder weiterzugeben. Lediglich die kommerzielle Weitergaben ist nur mit Genehmigung möglich! Genauere Hinweise finden Sie im Lizenztext.

Bei einer Veröffentlichung oder Weitergabe ist nachfolgender Text sichtbar zu übernehmen:


cc_logo310

Projekt (Schaltung & Projektdateien) von Frank ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz.
Über diese Lizenz hinausgehende Erlaubnisse können Sie unter http://www.mikrocontroller-elektronik.de/ erhalten.

Lizenziert wurde das Projekt von: 
www.Roboternetz.de & www.Mikrocontroller-Elektronik.de  -  Autor/User Frank

Dieser Name und diese Webseiten sind bei der Weitergabe stets deutlich sichtbar zu nennen!



Achtung: Es kann keinerlei Garantie für die Fehlerfreiheit der Schaltung oder anderer Projektdateien übernommen werden! Der Nachbau und Betrieb geschieht auf eigene Gefahr! Jegliche Haftung für Schäden oder Verletzungen wird ausgeschlossen! Schadensersatzansprüche, gleich aus welchem Rechtsgrund, sind ausgeschlossen.

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Dieses Projekt dient vornehmlich für Lehrzwecke und zum Experimentieren. Für den Aufbau sollten ausreichend Elektronik Grundkenntnisse und Kenntnisse bezüglich der Sicherheit (Experimentieren mit Strom und Handhabung gängiger Werkzeuge wie Lötkolben etc.) vorhanden sein. Unter dem Menüpunkt Buchvorstellungen als auch auf der Seite RN-Wissen.de empfehle ich diesbezüglich noch interessante Literatur mit der man sich dies erarbeiten kann. Für Fragen bezüglich Elektronik und Mikrocontroller empfehle ich das Forum: Roboternetz.de

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