اتصال رید سوئیچ به آردوینو (آموزش جامع رید رله Reed)

اگر لپ‌ تاپ یا تلفن همراهی را دیده‌اید که در حالت تاشو باز می‌شود، احتمالاً متوجه شده‌ اید که وقتی آن را باز و بسته می‌ کنید، روشن یا خاموش می‌ شود. اما چگونه؟ اگر فکر می کنید نوعی سوئیچ به لولا متصل است که این حرکت باز و بسته شدن را تشخیص می دهد، حق با شماست!

این دستگاه‌ها از یک سنسور ارزان و بسیار قابل اعتماد به نام «رید سوئیچ» استفاده می‌کنند که وقتی آهن‌ ربا در نزدیکی آن ها است روشن یا خاموش می‌شود.

سوئیچ های Reed در انواع برنامه های خلاقانه مانند سنسور های درب، بادسنج ها (تعیین سرعت باد) و … استفاده می شوند. آنها برای هر پروژه ای که نیاز به کنترل غیر تماسی دارد عالی هستند. پس بیایید نگاهی دقیق‌ تر به آنچه هستند و چگونه کار می‌کنند بیاندازیم!

معرفی رید سوئیچ

مانند بسیاری از اختراعات بزرگ دیگر، رید سوئیچ در آزمایشگاه های توسط والتر بی الوود در اواسط دهه 1930 اختراع شد. درخواست ثبت اختراع او برای سوئیچ الکترومغناطیسی در 27 ژوئن 1940 ثبت شد و در 2 دسامبر 1941 رسماً اعطا شد.

با این حال، طراحی رید سوئیچ اصلی او کمی با چیزی که این روزها استفاده می کنیم متفاوت است.

یک رید سوئیچ معمولی حاوی یک جفت نی فلزی است که از یک ماده فرومغناطیسی ساخته شده است (چیزی که به راحتی مغناطیسی می شود اما وقتی میدان مغناطیسی را ترک می کند مغناطیس خود را از دست می دهد). سطوح کنتاکت های نی با فلزات سخت مانند رودیوم، روتنیوم، پالادیوم یا ایریدیم اندود شده اند تا با میلیون ها بار روشن و خاموش شدن عمر طولانی تری داشته باشند.

نی ها به صورت در داخل یک فضای شیشه ای لوله ای مهر و موم شده اند تا از گرد و غبار و کثیفی محافظت کنند. لوله شیشه ای با یک گاز بی اثر، معمولاً نیتروژن، یا خلاء پر می شود تا از اکسید شدن جلوگیری شود.

به طور معمول، کنتاکت ها از یک آلیاژ نیکل-آهن ساخته می شوند که به راحتی مغناطیسی می شود (نفوذ مغناطیسی بالایی دارد) اما برای مدت طولانی در این حالت باقی نمی ماند (نگهداری مغناطیسی کم). به عنوان یک دستگاه مکانیکی، مدتی طول می کشد تا به تغییرات میدان مغناطیسی پاسخ دهند – به عبارت دیگر، سرعت سوئیچینگ آنها در مقایسه با سوئیچ های الکترونیکی پایین است (معمولاً 0.6 میلی ثانیه زمان روشن شدن، 0.2 میلی ثانیه زمان خاموش شدن).

در حضور یک میدان مغناطیسی، هر دو کنتاکت حرکت می کنند و یک منطقه مسطح و موازی با یکدیگر را تشکیل می دهند. این به افزایش عمر و قابلیت اطمینان رید سوئیچ کمک می کند.

رید سوئیچ فقط وجود میدان مغناطیسی را تشخیص می دهد و قدرت آن را اندازه گیری نمی کند. اگر به اندازه گیری قدرت علاقه مند هستید، سنسور اثر هال آنالوگ گزینه بهتری است.

رید سوئیچ چگونه کار می کند؟

کلید درک نحوه عملکرد Reed سوئیچ این است که متوجه شوید که آنها بخشی از یک مدار مغناطیسی و همچنین یک مدار الکتریکی هستند – مغناطیس و همچنین الکتریسیته از طریق آنها جریان می یابد.

در زمان حضور آهن ربا، دو کنتاکت یک رید سوئیچ تبدیل به قطب های مغناطیسی مخالف هم می شوند، به همین دلیل است که آنها یکدیگر را جذب می کنند و به هم می چسبند. فرقی نمی کند کدام انتهای آهنربا را نزدیک کنید: کنتاکت ها همچنان مخالف قطبی می شوند و یکدیگر را جذب می کنند.

هنگامی که آهنربا را بردارید، کنتاکت ها جدا شده و به موقعیت اصلی خود باز می گردند.

یک رید سوئیچ مانند این معمولاً باز است (NO). این به این معنی است که “به طور معمول” هنگامی که کلید تحت تأثیر میدان مغناطیسی قرار نگیرد، کلید باز است و جریان الکتریکی را هدایت نمی کند. هنگامی که یک آهنربا به اندازه کافی نزدیک می شود تا کلید را فعال کند، کنتاکت ها بسته می شوند و جریان از آن عبور می کند.

در گیف بالا، حرکت کنتاکت ها تا حد زیادی اغراق آمیز است. رید سوئیچ های واقعی دارای کنتاکت هایی هستند که تنها چند میکرون از هم فاصله دارند (حدود ده برابر نازکتر از موی انسان). بنابراین حرکت با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیست.

مدار اتصال رید رله به آردوینو

این مدار راه اندازی رید سوئیچ با برد آردوینو بسیار ساده است. ابتدا هر دو پایه سوئیچ را خم کنید تا به صورت عمودی وارد برد بورد شود. سپس از سیم های جامپر برای اتصال یک سر سوئیچ به زمین و سر دیگر آن به پایه D2 آردوینو استفاده کنید.

اگر سوئیچ را از این طریق وصل کنید، باید مقاومت کششی داخلی آردوینو را برای پین ورودی فعال کنید. در غیر این صورت، باید از یک مقاومت پول آپ 10K خارجی در مدار خود استفاده کنید.

احتیاط: شیشه رید سوئیچ خیلی شکننده است بنابراین در هنگام خم کردن پایه ها احتیاط کنید.

کد راه اندازی رید سوئیچ با آردوینو

در اینجا یک کد ساده آردوینو بر اساس مدار بالا آورده شده است که وقتی آهنربا را به سوئیچ نزدیک می کنید LED داخلی (که به پین ​​13 متصل است) روشن می شود و وقتی آن را دور می کنید خاموش می شود. کد کامل در فایل دانلودی انتهای صفحه قرار گرفته است. در اینجا قسمت های مختلف کد را بررسی میکنیم.

در ابتدا دو ثابت تعریف می شود که پین ​​های آردوینو را که سوئیچ رید و LED داخلی به آن وصل شده اند، مشخص می کنند.

const int REED_PIN = 2;
const int LED_PIN = 13;

در setup()، پین رید سوئیچ به عنوان ورودی پیکربندی می شود در حالی که پین ​​LED به عنوان یک خروجی پیکربندی می شود. همچنین کشش داخلی برای پین رید سوئیچ فعال میشود.

void setup() {
	Serial.begin(9600);
	pinMode(REED_PIN, INPUT_PULLUP);
	pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

در loop()، اگر پین ضعیت LOW را داشته باشد (یعنی آهنربا تشخیص داده شده باشد)، LED داخلی روشن می شود، در غیر این صورت خاموش می شود.

void loop() {
	int proximity = digitalRead(REED_PIN);

	if (proximity == LOW) {
		Serial.println("Switch closed");
		digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
	}
	else {
		Serial.println("Switch opened");
		digitalWrite(LED_PIN, LOW);
	}
}

بعد از آپلود کد، آهنربای خود را به سوییچ نزدیک‌ تر کنید. هنگامی که آهنربا به فاصله 1 سانتی متری از بدنه رید سوئیچ می رسد باید فعال شود و پیام بسته شدن سوئیچ (switch close) را در سریال مانیتور مشاهده میکنید.

برای دانلود فایل ها باید حساب کاربری داشته باشید ثبت نام / ورود