In diesem Tutorial zeige ich dir, wie du ein Relais mit Arduino verwendest und wie Relais funktionieren. Am Ende dieses Tutorials hast du das nötige Wissen, um Relais mit Arduino zu steuern. Damit kannst du Motoren, Leistungsschalter und andere Anwendungen mit hoher Leistung kontrollieren.
Der erste Teil des Artikels behandelt die Grundlagen von Relais und den Anschluss von Relaismodulen. Anschließend zeige ich dir ein Arduino-Projekt, bei dem du ein Relais steuerst, um einen Gleichstromkreis zu kontrollieren.
Am Ende des Artikels findest du alle Details, um mit Arduino einen Wechselstromkreis (230 V Lampe, Dimmer etc.) zu steuern.
Lass uns loslegen!
1: Benötigte Komponenten zur Steuerung eines Relais mit Arduino
Hardware-Komponenten
- Arduino Uno Rev3 x 1
- Relay Module x 1
- Dupont wire x 3
- Arduino USB cable x 1
- Batteries (oder DC-Stromversorgung)
- Battery connector
Werkzeuge
- Screwdriver (zum Verbinden der Kabel mit dem Relaismodul) x 1
- DC motor (Last) x 1
Software
Makerguides is a participant in affiliate advertising programs designed to provide a means for sites to earn advertising fees by linking to Amazon, AliExpress, Elecrow, and other sites. As an Affiliate we may earn from qualifying purchases.
Mit den oben aufgeführten Komponenten kannst du das Projekt abschließen. Ich empfehle dir, zuerst den gesamten Artikel durchzugehen, um die Verbindungen, Sicherheitstipps und weitere nützliche Hinweise zu verstehen.
Du wirst den Arduino programmieren, um das Relaismodul zu steuern. Das Relaismodul schaltet dann die Last EIN oder AUS.
Grundlagen zu Relais
Relais sind nützlich, wenn du einen Stromkreis mit einem Niedrigleistungs-Signal (z. B. Arduino Digitalpin) steuern möchtest.
Es gibt verschiedene Arten von Relais für unterschiedliche Anwendungen. Ein mechanisches Relais besteht aus einer Spule, die beim Aktivieren den Schalter schließt oder öffnet (aufgrund der magnetischen Eigenschaften der Spule).
Solid-State-Relais (SSR) sind kompakter und haben keine beweglichen Teile.
Hier ist ein Beispiel für ein 5 V Relais.
Beispiel-Datenblatt – OMIH-SH-112L,394
Das Bild habe ich aus dem oben genannten Datenblatt entnommen. Wenn du eine Gleichstromlast betreiben möchtest, beträgt der maximale Strom, den das Relais unterstützen kann, 16 A.
Je nach Art der Last musst du es auch abmildern (wähle ein Relais mit einer deutlich höheren Strombelastbarkeit als der Laststrom).
Wichtige Parameter
Ich erläutere dir die wichtigsten Parameter, auf die du vor dem Kauf eines Relais für deine Anwendung achten solltest.
- Schaltspannung – Jedes Relais hat eine Nennspannung getrennt für Wechsel- und Gleichstrom. Du musst sicherstellen, dass die Last, die du schalten möchtest, eine Spannung unterhalb der Schaltspannung des Relais benötigt.
Beispiel: Wenn ich einen 9 V Gleichstrommotor mit dem Relais steuern möchte, wähle ich ein Relais mit einer Schaltspannung von 12 V oder höher.
- Kontaktstrombelastbarkeit – Diese Angabe sollte höher sein als der maximal erwartete Laststrom.
- Spulenspannung – Dies ist die Spannung, die das Relais zum Einschalten benötigt. Arduino kann nicht mehr als 5 V liefern. Daher kannst du eine Schaltung wie unten verwenden, um die 12 V für das Relais bereitzustellen.
Funktion
Der Transistor fungiert als Schalter. Du kannst einen Arduino-Digitalpin verwenden, um den Transistor zu steuern. Diese Schaltung benötigst du, wenn du ein Relais und nicht ein Relaismodul ansteuern möchtest.
Am Ende des Artikels erfährst du die Vorteile der Verwendung von Relais und Relaismodulen.
Wenn du am digitalen Ausgangspin des Arduino ein Logik 1 sendest, schaltet der Transistor ein. Sobald der Transistor eingeschaltet ist, erhält das Relais die benötigte Spulenspannung (VCC) und schaltet ein.
Um das Relais auszuschalten, musst du ein Logik 0 an den Transistor senden. Sobald der Transistor aus ist, fällt die Spulenspannung des Relais auf null. Die Last wird nun getrennt.
Du musst eine Diode parallel zur Relaisspule verwenden. Diese schützt sowohl den Transistor als auch den Arduino.
Wenn das Relais eingeschaltet ist, speichert die Spule Energie in Form eines Magnetfelds. Sobald das Relais ausgeschaltet wird, wird die Energie des Magnetfelds in Form einer hohen Spannung freigesetzt. Die Freilaufdiode wirkt als Klemme und bietet einen sicheren Entladeweg für die gespeicherte Energie.
Für verschiedene Arten von Relaisansteuerschaltungen empfehle ich dir, the relay switch circuit tutorials.
2: Schritt-für-Schritt-Anleitung
Ich werde zuerst die wichtigsten Pin-Details und Verbindungen hervorheben. Die folgenden Schritte führen dich durch eine Schritt-für-Schritt-Anleitung, um dieses Projekt abzuschließen.
Pinbelegung
| Arduino UNO | Relaismodul |
| 5 V | (+) Positive Stromversorgung |
| GND | (-) Negative Stromversorgung |
| PIN 7 | S-Pin (Eingangspin) |
Die Pinbeschreibung auf der Lastseite des Relaismoduls findest du in der folgenden Tabelle.
| Relaismodul-Pin | Beschreibung |
| NO | Normally Open (normalerweise offen) – Dieser Pin wird mit dem COM-Pin verbunden, wenn das Relais eingeschaltet ist. |
| COM | Common (gemeinsam) |
| NC | Normally Closed (normalerweise geschlossen) – Dieser Pin ist mit dem COM-Pin verbunden, wenn das Relais ausgeschaltet ist. |
Schritt 1: Verkabelung von Arduino und Relaismodul
In diesem Schritt zeige ich dir die Verkabelung zwischen Arduino und Relais.
1) Nimm ein Jumperkabel (Dupont-Kabel) und verbinde ein Ende mit PIN 7 des Arduino
2) Verbinde das andere Ende des Jumperkabels mit dem S-PIN am Relaismodul. Die Verbindung sieht wie im Bild unten aus.
3) Verbinde den 5 V Pin des Arduino mit dem (+) PIN am Relaismodul
4) Verbinde den GND Pin des Arduino mit dem (-) PIN am Relaismodul
Du findest drei GND-Pins am Arduino UNO. Du kannst den GND-Pin verwenden, der am leichtesten zugänglich ist.
Jetzt hast du die Verbindungen zwischen Arduino UNO und dem Relaismodul abgeschlossen.
In den nächsten Schritten verbinden wir das Relaismodul mit der Last.
Schritt 2: Verkabelung des Relaismoduls mit der Stromversorgung und der Last
In diesem Schritt zeige ich dir, wie du eine 9 V Stromversorgung und die Last mit dem Relaismodul verbindest. Als Beispiel verwende ich einen Gleichstrommotor.
1) Verbinde den Pluspol der 9 V Batterie mit dem NO-PIN des Relaismoduls
Der Schaltteil des Relais ist elektrisch vom Treiberbereich (wo du die Verbindung zum Arduino hergestellt hast) isoliert.
Diese Isolation schützt den Arduino vor hoher Spannung und Lasten, die am Relais angeschlossen sind.
2) Verbinde den C (Common) PIN des Relaismoduls mit dem Pluspol des Gleichstrommotors
Du kannst den Plus- und Minuspol des Gleichstrommotors anhand der Kabelfarben erkennen.
Der rote Draht ist der Pluspol und der schwarze Draht der Minuspol des Gleichstrommotors.
3) Verbinde den Minuspol der Batterie mit dem Gleichstrommotor
Schritt 3: Komplettes Schaltbild für die Verwendung eines Relais mit Arduino
Du kannst das Schaltbild verwenden, um deine Verbindungen noch einmal zu überprüfen! Wenn nichts passiert, stelle sicher, dass du dem Arduino gesagt hast, den PIN 7 zu schalten, damit das Relais zwischen EIN- und AUS-Zustand wechselt.
Den Code für den Arduino findest du im nächsten Schritt!
Die gleichen Schritte gelten sowohl für eine 12 V als auch für eine 9 V Stromversorgung! Achte immer darauf, dass die Relais-Nennspannung höher ist als die Versorgungsspannung.
Wenn du mit Wechselstrom arbeitest, musst du besonders vorsichtig sein. Stelle immer sicher, dass die Wechselstromversorgung getrennt ist, bevor du Verbindungen herstellst. Hohe Spannung ist sehr gefährlich, Sicherheit hat immer oberste Priorität!
Du solltest immer die offenen Kabelenden isolieren und eine Abdeckung anbringen, um andere vor versehentlichem Berühren des Relaisbereichs zu schützen.
Schritt 4: Arduino-Sketch für die Verwendung eines Relais mit Arduino
Der Sketch schaltet das Relais alle eine Sekunde EIN und AUS. Dies ist ein einfacher Demo-Sketch.
In realen Anwendungen kannst du das Relais verwenden, um z. B. ein Licht einzuschalten, wenn eine Bewegung erkannt wird, oder einen Motor einzuschalten, wenn der Wasserstand unter einen bestimmten Wert fällt!
Relais finden überall um dich herum Anwendung!
- Öffne die Arduino IDE
- Kopiere und füge den folgenden Code in den Arduino-Editor ein
- Verbinde den Arduino mit dem PC über das USB-Kabel
- Programmiere den Arduino
#define RELAY_PIN 7
void setup() {
// initialize digital pin RELAY_PIN as an output.
pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
}
// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH); // turn the RELAY on
delay(1000); // wait for a second
digitalWrite(RELAY_PIN, LOW); // turn the RELAY off
delay(1000); // wait for a second
}
3: Relais versus Relaismodul? Welches solltest du wählen?
Relaismodule kommen mit zusätzlicher Schaltung und Bauteilen auf einer Platine. Für schnelle Prototypen würde ich aus folgenden Gründen das Relaismodul wählen.
- Kommt mit einfach zu verwendenden Steckverbindern
- Enthält alle notwendigen Treiberschaltungen
- Einige Module haben eine LED-Anzeige, die den Relaisstatus zeigt
- Einfach auf einer Vorrichtung zu montieren (Montagelöcher sind vorhanden)
- Spart Zeit beim Prototyping
Ich erkläre dir auch, warum ich manchmal ein einzelnes Relais bevorzuge.
- Spart viel Platz
- Nicht alle benötigten Relais sind als Modul erhältlich
- Ich kann meine eigene Treiberschaltung entwerfen und kenne sie genau
Daher bieten sowohl die Verbindung von Arduino mit einem Relais als auch mit Relaismodulen jeweils eigene Vorteile!
Fazit
In diesem Artikel habe ich die Grundlagen eines Relais und wichtige Parameter erläutert, auf die du achten solltest. Außerdem habe ich gezeigt, wie du die Verbindung zwischen Arduino und Relaismodul mit einem Gleichstrommotor als Beispiel herstellst.
Hinterlasse gerne Fragen im Kommentarbereich.
