Domotique : montage d'un relais

04/11/2015

Dans diverses installations domotiques ou tout simplement des expériences électroniques, on est souvent amené à vouloir contrôler une prise secteur (220 V). Il n’est pas toujours évident de comprendre comment un Arduino ou un Raspberry Pi, qui traitent globalement en 5 V, peuvent prendre contrôle d’une telle source de courant.

On utilisera très simplement un relais. Le principe est assez simple, et je vais l’expliquer dans son aspect général.

Imaginez un interrupteur des plus standards, sur votre lampe de chevet par exemple. Il permet de laisser passer ou non le courant jusqu’à l’ampoule, et c’est votre pouce qui gère la transition. Votre plate-forme électronique va jouer le même rôle que ce pouce en délivrant une certaine tension (ou non) sur un pin (GPIO sur Raspberry). Le but du relais est donc d’être un interrupteur qui s’active lorsqu’une certaine tension arrive à ses bornes.

Techniquement : un relais est un petit boîtier composé d’un bobinage ; quand celui-ci est parcouru par une certaine tension, il devient un électroaimant. Il attire alors une petite plaque métallique qui, dans cette position, permet au courant de passer. Vous le comprendrez plus facilement sur la figure 1 : il s’agit donc bien de deux circuits distincts. L’un en 5 V, l’autre en 220 V, et c’est tout l’intérêt d’utiliser des relais.
Relais ouvert et relais fermé
Relais ouvert et relais fermé.
Cette petite pièce ressemble à ceci dans la vie courante :
Relais électronique
Relais électronique.
Il coûte en moyenne 40 cents à l’unité en Asie, mais il se trouve pour des prix un peu plus élevés dans tout bon magasin d’électronique.

Note : je parle ici de relais 5-220 V, mais il en existe pour d’autres tensions, par exemple 12-220 V.

Oui, mais… ? Vous allez me dire que votre Raspberry ou Arduino délivre un signal de 3 V et que le relais nécessite une tension de 5 V pour se déclencher. Vous avez totalement raison, et c’est pourquoi un relais ne se monte pas tout seul. On va l’accompagner d’un transistor et d’une diode, mais surtout d’une alimentation secteur qui évitera à votre plate-forme de « pomper » trop de courant et de griller. Vous constaterez qu’on peut acheter le petit circuit tout fait ; il ressemble à ceci :
Circuit relais compatible Arduino et Rapsberry Pi du commerce
Circuit relais compatible Arduino et Rapsberry Pi du commerce.
Pour vous faire part de mon expérience, j’ai déjà acheté quelques circuits tout faits en Asie, et je me suis rendu compte qu’ils étaient mal faits. Ils n’avaient pas une sensibilité suffisante et ne se déclenchaient que de manière aléatoire. La solution que j’ai trouvée a été de tout démonter et de ressouder les éléments moi-même. Vous apprendrez quelque chose, et en plus c’est finalement beaucoup moins cher.

Le circuit en gros

Dans un langage familier dépourvu d’explications parfaitement scientifiques, on peut dire que votre plate-forme va venir alimenter la base du transistor et ainsi le faire changer de mode. Ce changement permet de laisser passer le courant entre le collecteur et l’émetteur. De ce fait le relais est alimenté en 5 V selon le signal à la base (0 ou 1).

Matériel

Figure 4 : composants électroniques
Figure 4 : composants électroniques.
  1. PCB Prototyping
  2. Mini 5 V DC Power Relay
  3. Diode 1N400
  4. Résistance 10 kΩ
  5. Bornier screw terminal
  6. Source d’alimentation 220 vers 5 V DC (vieux chargeur par exemple)
  7. Fer à souder, étain et fil électrique

Schéma du circuit

Schéma du circuit
Schéma du circuit.
Cet article étant destiné à un public débutant, je vous propose tout de suite un schéma pour enfant :
Schéma simplifié et visuel
Schéma simplifié et visuel.
Vous vous doutez que le PIN se connecte directement sur la sortie de votre plate-forme et que vous devez aussi relier les masses (GND) entre elles. Vous vous interrogez peut-être sur les connexions au niveau du relais. Tout dépend du modèle que vous avez. Ci-joint une sheet d’exemple :
Sheet du relais
Sheet du relais.
Il s’agit en fait d’une vue de dessus du relais. Les différents rectangles sont les pins physiques qui sortent du composant. Le circuit 220 V est exclusivement sur le COM, NO et NC. L’appellation COM est pour common, tandis que NO et NC sont pour normally open et normally closed. Sous- entendu : quand le circuit ne fait rien, le COM est relié au NC. Quand le relais est activé, le COM est relié au NO. On branchera donc notre circuit 220 V sur le COM et le NO.

Soudure

J’espère que vous avez déjà utilisé des plaques d’essai. C’est tout simple quand on maîtrise un peu la soudure. Le circuit est vraiment très facilement transposable à ce genre de plaque. En voici un exemple :
Soudure rapide
Soudure rapide.
Grossier passage sur PCB
Grossier passage sur PCB.

Connexions

Un schéma valant toujours mieux qu’un long discours, voici comment se font les connexions sur un de mes modules relais :
Connexions du module
Connexions du module.
Concernant la masse, il est évident qu’il faut connecter celle de l’alimentation 5 V et celle du Raspberry (ou Arduino). Le signal se branchera directement sur un pin de cette plate-forme. Le circuit 220 V se fait assez simplement. Je vous conseille toutefois d’éviter de sectionner les câbles de vos différentes lampes. Il m’est déjà arrivé de ne plus avoir aucune lampe fonctionnelle parce qu’un câble s’était simplement déconnecté. Ressouder le tout dans le noir n’est pas forcément un plaisir ! Pour le moment, j’ai monté des petites allonges (1 mètre) qui sont sectionnées, et le relais est directement monté dessus. L’appareil se branche sur l’allonge, mais il peut toujours être utilisé comme avant.

Note : n’oubliez pas que vous traitez avec du 220 V ! Ne manipulez jamais des câbles dénudés avec possibilités de court-circuit et d’électrocution ! Protégez vos modules dans une boîte, ou bien coulez de la colle chaude dessus. Nous ne sommes jamais à l’abri d’un verre d’eau qui chute.

Prochainement je publierai un article concernant les différentes façons de contrôler les GPIO sur Rapsberry Pi !
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