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Thema: 230Volt mit Arduino schalten

  1. #1
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    230Volt mit Arduino schalten

    Hallo zusammen,

    kleinere Elektribasteleien etc. bekomme ich problemlos hin, Löten auch kein Problem... Aber: Ich habe keine Ahnung von der "Bauteile"-Welt.

    Ich habe vor, mittels einem kleinen IC(ATMEGA Whatever, also Arduino Basis), Steckdosen, also 230Volt an und aus zu schalten.
    Momentan nutze ich dafür Funksteckdosen und einen 433Mhz Sender.

    Da ich aber kein Freund von Funk bin, möchte ich in meiner nächsten Wohnung folgendes realisieren:
    ICs sind mit Steuerungs"rechner"(vermutlich pi) vernetzt und empfangen Befehle. Bei "an", soll die Steckdose Strom bekommen, bei aus logischerweise diesen nicht mehr bekommen.

    Die gesamte IC, Kommunikationsseite ist für mich kein Problem, aber das Schalten von 230Volt durch einen Impuls des ICs, schon.

    Ich habe 5Volt Ausgangsspannung an den Digitalen Output Pins. Das ganze muss nach meinem Verständnis, durch eine entsprechende "Verstärkerschaltung" und dann ein Relai umschalten welches die 230Volt schaltet.

    Hat hier jemand Tips/Quellen oder Schaltungen für mich?


    Gruß/Danke...

  2. #2
    offizielles GEZ-Haustier Avatar von Pleitgengeier
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    Du nimmst ein normales Relais mit einer Spulenspannung von 5V und hängst eine Seite der Spule auf die 5V mit denen der ATMega läuft.
    Die 2. Seite der Spule kommt an den Drain eines N-Kanal-FETs, dessen Source auf die Masse und das Gate an einen Pin deines Controllers.
    Dann brauchst du noch eine Diode, die du antiparallel (d.h. die 5V Versorgung müssengegen die Flussrichtung anliegen) zur Spule des Relais schaltest, sonst wird der FET von der Induktivität gegrillt.
    Solange der Pin 1 ist, leitet der FET und das Relais zieht an.

    Beim Relais solltest du darauf achten dass es mindestens 16A schalten kann und für mindestens 230V~ geeignet ist.
    Als FET kannst du jeden nehmen der bei UGS=5V den Spulenstrom deines Relais aushält.

    Noch eine Anregung: Wenn du zB Licht so schalten willst, kannst du auch einen Optotriac benutzen und somit sogar einen Phasenanschnittsdimmer realisieren.
    So in der Art:
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    Für alles andere nimmst du aber Relais!

    Falls du noch Fragen hast, immer raus damit.
    Für diesen Beitrag bedanken sich Ungesund, cavin
    Geändert von Pleitgengeier (16.03.15 um 01:00 Uhr)
    Wer Funk kennt nimmt Kabel

  3. #3
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    Nunja, ein normales Relai schaltet nach meinem Verständnis ja nur wenn Spannung anliegt. Das finde ich irgendwie unschön. Habe mal was von "Solidstate" Relais gelesen.
    Btw. ich habe maximal 20mA Strom, aber wenn ich das richtig lese, hast du daran ja gedacht.

  4. #4
    offizielles GEZ-Haustier Avatar von Pleitgengeier
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    @SP4C3: Der FET zieht nur Strom beim Umschalten, danach praktisch nicht mehr - das ist für den ATMega gar kein Problem.

    Dass "normale" (monostabile) Relais Leistung benötigen um eingeschaltet zu bleiben ist richtig.
    Solid State-Relais sind auch nur an solange Spannung anliegt - sie verbrauchen vermutlich etwas weniger Leistung dafür, aber doch. Solid State heißt, dass keine Beweglichen Bauteile drin sind, nicht dass es den Zustand erhält.

    Du könntest ein bistabiles Relais verwenden, das verhält sich genau so: Es bleibt in jedem Zustand hängen bis man es in einen anderen schaltet.

    Dafür benötigst du dann 2 FETs um das Relais umzuschalten.
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  5. #5
    Board Kater Avatar von Cybercat
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    Wenn nur durch einen einzelnen Puls ein und ausgeschaltet werden soll, bietet sich ein Stromstoß-Schalter an. Ist quasi ein Bistabiles Relais.
    Ob eine schwarze Katze Unglück bringt oder nicht, hängt davon ab, ob man ein Mensch ist oder eine Maus.

  6. #6
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    @Cybercat: Stimmt, aber soviel ich weiß gibt es die nur mit 230V~ Eingangsspannung.
    D.h. er braucht wieder einen Optotriac - wobei das ja auch nicht schlimm ist.

    Aber wenn ein Bistabiles Relais ähnlich viel kostet, würde ich das nehmen.

    Edit: Außerdem kann man die Stromstoßschalter nur toggeln, d.h. man muss den Zustand kennen...
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  7. #7
    Board Kater Avatar von Cybercat
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    Dann muß man aber für den ein und auschalt-Vorgang separate Ausgänge haben, weil diese Art von Relais über 2 Spulen angesteuert werden muß.
    Eventuell kann man auch über 2 Dioden das Relais wahlweise mit positiver oder negativer Spannung ansteuern.

    Bei Erstinbetriebnahme kann dann ein definierter Zustand festgelegt werden. "Alles aus"
    Jeder Schaltvorgang wird dann halt in einem EEProm gespeichert.
    Somit ist der Zustand immer bekannt.

    Der ABB E251-12 ist übrigens ein Stromstoß-Schalter der mit 12 Volt angesteuert werden kann.
    Sollte also kein Problem darstellen den über einen FET direkt vom Arduino zu steuern.
    Ob eine schwarze Katze Unglück bringt oder nicht, hängt davon ab, ob man ein Mensch ist oder eine Maus.

  8. #8
    offizielles GEZ-Haustier Avatar von Pleitgengeier
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    @Cybercat: Sofern er 12V hat.
    Ich würde bei solchen Projekten 5V/1-2A-Netzteile nehmen, die es zum Handyaufladen gibt. Kosten fast nichts und haben einen guten Wirkungsgrad.

    Das mit der Spannungsrichtung ist aber auch wieder scheiße, ich würde ein bistabiles mit 2 Spulen nehmen. Dafür braucht man nur 1 zusätzlichen FET...
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  9. #9
    Board Kater Avatar von Cybercat
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    ....Und doppelt so viele Ausgänge wie Relais
    Ob eine schwarze Katze Unglück bringt oder nicht, hängt davon ab, ob man ein Mensch ist oder eine Maus.

  10. #10
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    @Cybercat: Zum "Umdrehen" der Spannung brauchst du dafür Vollbrücken, oder Halbbrücken und eine symmetrische Versorgung.
    Ein ATMega hat mindestens 32 Ausgänge, 16 Relais auf einem Haufen sollten wohl reichen...
    Falls der TS ganze Schaltschränke bauen will, werden zusätzliche ATMega auch nicht weiter ins Gewicht fallen...
    Wer Funk kennt nimmt Kabel

  11. #11
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    Hallo nochmal,
    nur zur Info wegen Spannungsversorung.
    Ich werde wohl auf eine über mehrere ICs geteilte Spannungsversorgung setzen. Da eh alle ICs miteinander verkabelt sein sollen, sollte das ja gehen.

    Ob es nun ein ATMega oder ATTiny oder ... wird ist auch noch nicht ganz klar, tut aber für die grundsätzliche Schaltung von "geringe Spannung und Geringe Leistung" zu "Relai Schalten" glaube ich nicht allzuviel zur Sache.

    Danke erstmal, ich werde mich wohl dann mit einem konkreten Plan inkl. Stückliste melden...

  12. #12
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    @SP4C3: Noch ein Hinweis zur Spannungsversorgung: Wenn dein Bus eine Masse mitführt, spannt dir die mit der Masse der Spannungsversorgung eine riesige Masseschleife auf. Eventuell musst du da mit RS422 o. Ä. arbeiten, Optokoppler wären auch eine Möglichkeit...

    Welchen Bus willst du den einsetzen?
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  13. #13
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    Bussystem ist noch nicht entschieden...
    Hier muss ich tatsächlich auch noch schauen, was sich da am besten eignet...

  14. #14
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    Hm, in den Bereich evtl. eine blöde Frage... warum willst du das selber bauen?
    Ich bastle auch gerne mal was (zuletzt einen 22zoll Bilderrahmen für mein Wohnzimmer ^^) - aber meißt dann wenn die selberbau-lösung erheblich billiger und schöner ist als das was man kaufen kann.

    Aber für über das Netzwerk schaltbare Dosen gibt es doch sehr günstig schöne Lösungen?

    mit W-lan (gut ist auch Funk... aber hast ja nicht definiert was dich an Funk stört ;D)
    Über Ethernet - zwar etwas teurer aber dafür gleich 4 Steckdosen, getrennt schaltbar.
    |_|D *`~{ Ich kenne deine Zukunft }~´* |_|D

  15. #15
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    @drfuture: Deine billigste Lösung kostet 15€/Steckdose, das geht im Eigenbau wesentlich billiger...
    Wer Funk kennt nimmt Kabel

  16. #16

    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    Zitat Zitat von Pleitgengeier Beitrag anzeigen
    @drfuture: Deine billigste Lösung kostet 15€/Steckdose, das geht im Eigenbau wesentlich billiger...
    Bei den Preisen für Steckdosengehäuse und wenn man auch nur 10€ in der Stunde verdient wohl kaum. Vom Sicherheitsaspekt ganz zu schweigen.

    Und den sehe ich als durchaus relevant an bei der Treiberschaltung mit dem FET die du produziert hast, die ist so Murks. Zum einen hast du den Ladestrom für das Gate nicht begrenzt (bzw. sichergestellt, dass dieser ausreichend hoch ist), genausowenig sichergestellt, dass das Gate wieder entladen (und das schnell) wird bzw. sauber definiert ist - in deinem Fall kann es dazu kommen, dass der FET nicht ganz durchgesteuert ist und dir dann abraucht...

    Der Haltestrom bei Relais ist relativ gering im Verhältnis zum Anzugsstrom. Zudem ist es ein Irrglaube, dass ein SSR weniger Energie verbraucht - hier wird nämlich oft das Schaltelement im Lastkreis vergessen und das ist der Knackpunkt - hier ist bei dem Schalten von Leistungs nichts effektiver als ein Schütz.

  17. #17
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    Zitat Zitat von carlos Beitrag anzeigen
    Zum einen hast du den Ladestrom für das Gate nicht begrenzt (bzw. sichergestellt, dass dieser ausreichend hoch ist), genausowenig sichergestellt, dass das Gate wieder entladen (und das schnell) wird bzw. sauber definiert ist - in deinem Fall kann es dazu kommen, dass der FET nicht ganz durchgesteuert ist und dir dann abraucht...
    Du weißt aber schon dass aktuelle Mikrocontroller Tristate-Ausgänge haben und nicht mehr Open Collector wie die Dinosaurier der Bauteilklasse (zB der 8051)
    Wer Funk kennt nimmt Kabel

  18. #18

    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    Dann schau dir mal wie ein derartiger Ausgang aufgebaut ist. Wenn du ein Gate darüber schnell lädst bzw. entlädst kannst du durchaus Probleme mit deiner Versorgungsspannung bekommen. Mag zwar sein dass das bei dir "immer so ging", aber sauber angesteuert ist etwas anderes. Zudem hast du während der Initialisierung deines Mikrocontrollers zum Teil undefinierte Zustände am Pin. Wenn der dann deinen angesprochenen Tri State Modus hat und in der Luft schwebt, dann bekommst du ein Problem. Denn dann ist dein FET nicht sicher in der Sättigung.

  19. #19
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    @carlos: Ich weiß ja nicht mit welchen Mikrocontrollern du arbeitest, bei allen mit denen ich bisher zu tun hatte trifft das nicht zu.
    Der Ausgangszustand ist sehr wohl definiert - auch während dem initialisieren, der Strom ist im Push-Pull-Betrieb auf 20mA begrenzt weshalb man das Gate sehr schnell laden/entladen kann ohne die Versorgung zu gefährden - solange diese halbwegs vernünftig ausgeführt ist.

    Benutzt du an jedem einzelnen FET einen FET-Treiber?
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  20. #20

    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    Zitat Zitat von Pleitgengeier Beitrag anzeigen
    Benutzt du an jedem einzelnen FET einen FET-Treiber?
    Nö. Aber ich dimensioniere jede Ansteuerung sauber. Dazu gehört, dass ich mir erst mal einen Mikrocontroller (Familie reicht hier jedoch in der Regel) raussuche, dessen Daten aus dem Datenblatt entnehme und anschließend auch noch den passenden Leistungsschalter auswähle und nicht einfach "nen FET". Aber ich geh nicht mehr und sag, dass ich einen Feldeffekttransistor für diese Anwendung direkt an den Ausgang von irgendeinem Mikrocontrollter häng. SO entwickelt man keine Schaltungen. Das ist nämlich Pfusch. Klar, funktioniert in 99% der Fälle weil im Basterbereich gnadenlos überdimensionierte FET benutzt werden. Aber wenn der Threadstarter 10 Steckdosen hat und so einen FET für 1,50€ nimmt obwohl einer für 50ct reichen würde, dann hat er hier schon 10€ zu viel ausgegeben und sowas merkt auch ein Bastler hinsichtlich des Budgets.

    Ein möglicher Ansatz wäre übrigens der, dass man einen Optotriac nimmt und mit diesem die Spule des Schütz direkt mit 230V ansteuert, dadurch spart man sich einige Bauteile und hat selbst bei hohen Lasten an einer Steckdose keine Probleme mit der Verlustleistung. Hier muss man natürlich schauen welches Schütz man nimmt und welche Bauform (ggf. hoher Haltestrom).

  21. #21
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    Warum sollten FETs überdimensioniert sein müssen für sowas? Der FET wird mit fast konstantem Strom sauber und schnell von einem in den anderen Zustand geführt.
    Ich habe auch schon Argumente gebracht warum das verlässlich funktioniert, von dir kam bisher nur "das ist Pfusch".
    Also wo ist das Problem?

    Bei meinen Mikrocontrollern ist der Zustand der IOs während dem hochfahren sehr wohl definiert: Als hochohmig.
    Erst nach dem hochfahren können diese Pins per Software auf PP umgeschaltet werden, vorher kann man gleich noch den gewünschten Zustand setzen.
    Das ganze steht auch exakt so im Datenblatt.
    Wer Funk kennt nimmt Kabel

  22. #22

    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    Zitat Zitat von Pleitgengeier Beitrag anzeigen
    Warum sollten FETs überdimensioniert sein müssen für sowas?
    Es geht um deine pauschale Behandlung von Transistoren, insbesondere Feldeffektransistoren. Du schreibst einfach FET als ob damit genau definiert sei, welchen FET du meinst und welches Modell. Ist es aber nicht.

    Zitat Zitat von Pleitgengeier Beitrag anzeigen
    Bei meinen Mikrocontrollern ist der Zustand der IOs während dem hochfahren sehr wohl definiert: Als hochohmig.
    Und hiermit schießt du dir selbst ins eigene Bein. Du bestätigst eben genau das, was ich bemängelt habe. Während dem Start wäre der Zustand deines Pins zwar als hochohmig definiert, das nützt dir aber nix, wenn dein FET ein undefiniertes Verhalten bei einem hochohmigen Zustand des Pins hat. Der kann halb durchgesteuert sein, gar nicht oder voll. Aber was genau? Keine Ahnung. Du stellst ja nicht mal sicher, dass das Gate entladen wird (darüber wäre übrigens der Zustand definiert). Du prüfst auch nicht ob dein FET das aushalten würde für die Zeit bis zur Initialisierung undefiniert zu sein. Oder die daran angeschlossene Last. Und damit hilfst du keinem.

  23. #23
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    @carlos: Da gibt's so ne neue Erfindung, die nennt sich Widerstand - sogar schon älter als der FET. Wenn man es wirklich drauf anlegt, schaltet man einen sehr hochohmigen zwischen Masse und Gate.
    Ich wusste nicht dass man hier seit neuestem alles so genau definieren muss, dass man es auch nicht falsch verstehen kann wenn man es darauf anlegt.

    Du darfst dir aber gerne ausrechnen welche Energie im blödesten Fall an einem Transistor umgesetzt wird in den paar µs die der Controller zum hochfahren braucht - aber nicht die induktivität und den Serienwiderstand des Relais vergessen
    Wer Funk kennt nimmt Kabel

  24. #24
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    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    @drfuture
    Warum selber bauen:
    1. Ethernetsteckdosen o.ä. sind recht teuer.
    2. Die meisten "Home-Automation"-"Standards" sind fucking unsicher, beschränkt und teuer.
    3. Ja ich bastel gerne
    ...

    Im Prinzip ist das ganze ein entscheidendes "Bauteil" für eine anständige Heimautomatisierung, welche über ein (relativ) sicheres und einfaches Gateway gesteuert werden soll und gegenüber Störungen von außen recht unempfindlich ist. Im Moment habe ich eine Lösung mit billigen Funksteckdosen und nem Pi.Allerdings will ich, in der nächsten Wohnung(also in den nächsten Monaten, studiumsende und so) direkt eine ordentliche Lösung einbauen.
    Die Funksteckdosen sind im vollen 433mhz band einfach unzuverlässig und störanfällig.

    An Funk im allgemeinen störrt mich tatsächlich die Fehleranfälligkeit und die Tatsache, dass Funknetze recht offen sind(ja wpa2 etc. pp. aber die Angriffsfläche ist groß) .

  25. #25

    Re: 230Volt mit Arduino schalten

    Moin,

    ist ja jetzt ne ziemlich lange Diskussion geworden.

    Paar Sachen sind mir noch eingefallen:
    (1) Der TS will ja die Ansteuerung für seine Steckdosen über ATMEGA uCs und dabei ne LATCH-Ftn. realisieren.
    Ehrlich gesagt würde ich mir da keine Gedanken drüber machen, ob die Steuerkreis-Spule vom Relais da immer unter Strom stehen muss oder nicht.
    Die 5V-Schiene muss dann einfach dafür ausgelegt sein, dass sie die paar 1mA - 10mA Schaltstrom (mehr wirds sicher nicht sein) bei allen Relais dauerhaft liefern kann.
    Die Latch-Ftn. würde ich dann einfach in der uC Firmware hinterlegen.

    (2) Ich würde für L und N jeweils ein Relais vorsehen. Dann ist die Steckdose wirlich sauber getrennt.

    (3) Bei Bau der Platine auf jeden Fall schöne, dicke Schraubklemmen zum Zuführen der Phase / des Neutralleisters verwenden:
    http://www.conrad.de/ce/de/overview/...b-Klemmbloecke
    Und natürlich an die Kabelschuhe usw. denken. Sind immerhin 230V AC. Da ist die Fehlertoleranz bissel geringer als bei 5V DC .

    (4) Als Feldbus einfach RS-485 nehmen. Das Hardware-Layer ist komplett differentiell und schreibt soweit ich weiss keinen Software-Stack vor. Da kann man also drauf schreiben, was man will und einfach an die UART anschließen:
    http://www.linear.com/parametric/RS485|422_Transceivers
    Eine Beziehung ist kein Debattierclub. (BurnerR)
    Es ist immer das Fällige, was einem zufällt. (jomsn)
    Das Wort ist der Schatten der Tat. (Demokrit; grich. Philosoph; ca. 400 v. Chr.)

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