A KY‑019 relémodul olcsó, könnyen beszerezhető és ideális választás Arduino projektekhez, főként külső fogyasztók vezérlésére – például lámpa, ventilátor vagy szivattyú. Az ilyen típusú modulok nagy előnye, hogy egyszerűen használhatók, és kezdőkísérletekben is gyakran alkalmazzák őket. A KY‑019 különösen elterjedt ezek közül, mivel kis méretű, jól dokumentált, és a legtöbb →kezdőkészletben megtalálható.

Gyakran feltételezik, hogy elegendő egy digitális kimenetet HIGH szintre állítani, és máris működik a relé. Ez az egyszerűsített elképzelés azonban nem veszi figyelembe azokat a tényezőket, amelyek elengedhetetlenek a biztonságos és megbízható működéshez.

A valóságban azonban a működés biztonságához és megbízhatóságához több tényezőt is figyelembe kell venni. Például a relé tekercsének viszonylag nagy áramigénye van, amelyet az Arduino saját tápellátása nem minden esetben digitális kimenete nem tud közvetlenül kiszolgálni. Egy hibás relévezérlés a kapcsolt oldalon is kárt okozhat – különösen, ha érzékeny vagy nagy teljesítményű eszközöket irányítunk vele.

A cikk célja a KY‑019 relémodul működésének részletes bemutatása. amelyek révén a modul nemcsak kezdetben működik, hanem hosszú távon is megbízható marad.

Problémafelvetés

Kezdőként engem is könnyen elcsábított az ötlet, hogy a KY‑019 relémodult egyszerűen, közvetlenül egy Arduino kimenetről vezéreljem. Hiszen a modul három pinje – IN, VCC, GND – első ránézésre azt a benyomást keltheti, hogy közvetlenül összeköthető az Arduinoval. Ez a látszólagos egyszerűség azonban könnyen félrevezethet – például azt hihetném, hogy elegendő csak a három pin összekötése és minden rendben is lesz – pedig ez hibás bekötéshez, túlterheléshez vagy akár az Arduino meghibásodásához is vezethet.

Valóban, a KY‑019 esetében nem kell külön tranzisztort és diódaáramkört építenem, mert ezek már be vannak építve a modulra. A relé vezérlését egy NPN típusú tranzisztor végzi, amely az IN bemenetre adott magas jelszint hatására nyit, és így áramot enged a relé tekercsén keresztül. A flyback dióda is ott van a panelon, ami a relé kikapcsolásakor keletkező feszültséglökést hivatott elnyelni.

Fontos, hogy a KY‑019 modul nem rendelkezik optikai leválasztással, azaz a vezérlő és a kapcsolóáramkör nincs galvanikusan elválasztva. Ez normál esetben nem gond, de ha a reléoldalon hálózati feszültséget, motort vagy bármilyen induktív terhelést kapcsolunk, akkor az áthallások, zavarjelek, feszültségugrások visszajuthatnak a vezérlő oldali áramkörbe.

A kapcsolandó terhelés előzetes vizsgálata minden esetben javasolt, és ennek megfelelően dönteni arról, hogy a KY‑019 modult közvetlenül hajtható meg egy Arduino lábról, vagy be kell iktatni egy plusz optocsatolós áramkört, és külön tápot használni a relémodul meghajtására. Így nemcsak a mikrokontroller védhető meg, hanem az egész rendszer megbízhatósága is növelhető: például csökken a zavarérzékenység, stabilabbá válik a kapcsolási logika, és kisebb az esély a véletlen újraindulásokra vagy adatvesztésre.

A KY‑019 relémodul felépítése és bekötése

A KY‑019 relémodul egy 1 csatornás, 5 V vezérlésű reléegység, amely kifejezetten kezdőbarát megoldás, hiszen nemcsak a relét tartalmazza, hanem a vezérléshez szükséges tranzisztoros áramkört is integráltan kínálja. Így nincs szükség külön meghajtó tranzisztorra, bázisellenállásra vagy visszarúgás elleni védődiódára – ezek mind megtalálhatók a modulon. Ez jelentősen leegyszerűsíti a vezérlést például Arduino alapú áramkörökben, és csökkenti a hibázás lehetőségét is.

A modul főbb komponensei:

• Relé (SRD-05VDC-SL-C) – 10 A áramerősség kapcsolására alkalmas, akár 250 VAC vagy 30 VDC feszültségszintig
• NPN tranzisztor (pl. S8050 vagy ekvivalens) – a relé tekercsének meghúzását végzi az Arduino digitális jele alapján
• Flyback dióda (1N4007) – a tekercsben keletkező visszarúgó feszültség elnyelésére szolgál, védi a tranzisztort
• Bázisellenállás (~1 kΩ) – a tranzisztor bázisáramát korlátozza, így megakadályozza a túláramot
• Állapotjelző LED – zöld vagy vörös színű, a relé aktív állapotát jelzi vissza vizuálisan

Csatlakozók:

• IN – digitális vezérlőjel bemenet (pl. D13 pin), 5 V TTL jelszint
• VCC – +5 V tápellátás a relé és az aktív alkatrészek számára
• GND – közös föld az Arduino és a modul között

Kapcsolóoldali csatlakozók:

• COM – közös érintkező
• NO (Normally Open) – alapállapotban nyitott, csak relé meghúzásakor záródik
• NC (Normally Closed) – alaphelyzetben zárt, relé meghúzásakor nyílik

A relé modul LED-je segít ellenőrizni, hogy a relé ténylegesen aktív állapotba került-e. Ha az Arduino lap tápellátása a határon mozog, célszerű külön tápról meghajtani a relét, hogy el lehesasen kerülni az Arduino tápellátásának túlterhelését. Ha pedig biztonságkritikus rendszerrel kell dolgozni – például 230 V-os hálózattal vagy induktív eszközzel – erősen ajánlott optikai leválasztás alkalmazása is. Ez segít megelőzni a zavarjelek visszajutását és a lehetséges meghibásodásokat, és növeli a rendszer elektromos biztonságát is.

Programkód – 5 mp ON / 5 mp OFF (blink)

A következő példa bemutatja, hogyan lehet egy relét vezérelni az Arduino segítségével időzítetten. A program öt másodpercenként be- és kikapcsolja a relét, ami jól demonstrálja a működését.

Amikor a D12-es Arduino kimenetet magas szintre állítjuk, a KY-019 relémodul IN bemenetén megjelenik az 5 V-os vezérlőjel. Ez a jel egy előtétellenálláson keresztül jut el az NPN tranzisztor bázisára, amely így előfeszítést kap, és vezető állapotba kerül. A tranzisztor ekkor lehetővé teszi, hogy az 5 V-os tápról áram induljon meg a relé tekercsén keresztül a GND felé. Ez az áram – jellemzően 70-90 mA – mágneses teret hoz létre a tekercs körül, amely mechanikusan behúzza a relé belső érintkezőjét, így a COM és NO kivezetések összezárnak. Ez a fizikai kapcsolás lehetővé teszi külső eszközök – például ventilátor, lámpa, szivattyú vagy akár mágnesszelep – kapcsolását.

Ez a működés addig áll fenn, amíg a D12 magas szinten van. Amikor azonban LOW szintre vált, a tranzisztor lezár, és a tekercsben megszűnik az áram. A mágneses tér összeomlása viszont nem megy végbe veszteség nélkül – a tekercs saját induktivitása miatt feszültségcsúcs alakul ki a korábbi áramirány ellenében. Ez a visszarúgó feszültség akár több tíz voltos lökést is okozhatna. A modul erre a célra tartalmaz egy 1N4007 típusú flyback diódát, amely a tekercsel párhuzamosan van kötve, és záráskor magára veszi ezt a feszültségcsúcsot – így megvédi a tranzisztort és a vezérlő elektronikát.

A relémodulon található LED akkor világít, amikor a relé aktív, azaz amikor a tekercs áram alatt van. Ez a vizuális visszajelzés különösen hasznos lehet hibakeresés vagy tesztelés közben. Fontos megemlíteni, hogy a relé kapcsolóoldala teljesen független a vezérlőáramtól: akár hálózati feszültség is kapcsolható rajta. Éppen ezért ezen az oldalon csak megfelelő szigetelésű, méretezett vezetékeket és terhelést szabad alkalmazni. A kapcsolások során mindig ügyelni kell a biztonságra, különösen ha induktív vagy 230 V-os terhelést vezérlek – ilyen esetekben további védelem, például snubber hálózat vagy biztosíték beépítése is indokolt lehet.

Ha a hálózati áram kapcsolása fordul meg a fejedben, akkor olvasdd el →Az élet nevében! cikk a relékről.

Záró gondolatok

A KY‑019 relémodul működése elsőre egyszerűnek látszik: csupán néhány bemeneti tű és egy relé kivezetés található rajta, ami könnyen áttekinthető kialakításra utal. De ha mélyebben megvizsgálom a működését, gyorsan kiderül: a megbízható, hosszú távon stabil használat feltétele a megfelelő körültekintés. A beépített tranzisztoros meghajtás, a visszarúgás elleni védelem (flyback dióda) és a külön tápellátás nem csupán kényelmi funkciók – ezek alapvető feltételei a zavartalan működésnek.

Érdemes kerülni az Arduino 5 V-jának túlterhelését. Helyette célszerű külön tápról meghajtani a relémodult.

Volt már hasonló tapasztalatod relémodullal? Hogyan oldottad meg a problémát? Írd meg kommentben, vagy javasolj új témát a következő ZsebTipphez – például optocsatolós illesztésről vagy többcsatornás vezérlésről is szívesen készítek összefoglalót.

Források

– KY-019 relémodul részletes leírás [arduinomodules.info]
– KF-301 relé dokumentáció [Cirkit Designer]
– Biztonsági kérdések relémoduloknál [Arduino Fórum]
– KY-019 modul összefoglaló [The Geek Pub]
– Az élet nevében! [TavIR]