Bild: Bistabiles Relais ausgepackt

Experimente mit dem „3V to 5V Bistable Latching relay kit“ und dem Raspberry Pi

Nach langem Stöbern im Internet hatte ich mich zum Kauf des bistabile Relais Kit von „Ciseco“ entschieden. In diesem Beitrag beschreibe ich das Kit, den Aufbau, den Anschluss an den Raspberry Pi und die ersten Experimente.

Disclaimer:

Trotz größter Sorgfalt kann für die 100 % tige Funktionalität der Bauanleitungen, Software und Schaltpläne nicht garantiert werden. Sie sollen nur eine Anregung zum Bau darstellen.
Daher gilt:
  • Jeder ist für den richtigen Aufbau, Programmierung etc. selbst verantwortlich.
  • Ich übernehme keine Haftung für Schäden aller Art.
Warnung:
Sollte bei den Schaltungen mit Spannungen größer 25V AC oder 60V DC gearbeitet werden, so besteht hier Lebensgefahr. Vom Nachbau und Betrieb dieser Schaltungen wird jeder nicht elektrotechnisch ausgebildeten Person abgeraten.

Beschreibung

Der Vorteil eines bistabilen Relais ist, dass nur ein Stromimpuls benötigt wird um die Arbeitskontakte dauerhaft zu schalten. Dauerverbraucher können hierdurch wesentlich energiesparender geschalten werden.  Möchte man z.B. ein Licht einschalten, würde bei einem normalen Relais, solange das Licht eingeschalten ist, ein Strom durch die Spule fließen. Bei einem bistabilen Relais fließt dieser nur während des Schaltimpulses.

Das bistabile Relais von „Ciseco“ kann laut Datenblatt mit 3-5V DC betrieben werden und ist hierdurch für den Raspberry Pi gut geeignet. Bei der Benutzung von 5V ist jedoch darauf zu achten einen kurzen Schaltimpuls zu nutzen um die Spule nicht zu beschädigen. An den Arbeitskontakten können 250V AC bei 16A geschalten werden.

Auspacken und Löten

Das Set kommt als Bausatz mit „fast“ allen benötigten Bauteilen. Leider wird keine Stiftleiste mitgeliefert. Diese erleichtert einem jedoch ungemein das Experimentieren bzw. dann die spätere Verdrahtung in einem Projekt. In meinem Fall hatte ich die entsprechende 4-polige Stiftleiste auf Lager und so konnte es dann auch ans Verlöten gehen.

Bild: Bistabiles Relais Verpackung
Bild: Bistabiles Relais Verpackung
Bild: Bistabiles Relais ausgepackt
Bild: Bistabiles Relais ausgepackt

 

Das Löten geht bei diesem Bausatz recht schnell und aufgrund der geringen Bauteilanzahl sowie deren vorgezeichneten Konturen auf der Platine war die fehlende Beschreibung/Schaltplan kein Hindernis.
Hier vielleicht der Hinweis an unerfahrene Bastler, dass man bei den Dioden auf die Sperrrichtung achten muss. Korrekt eingesetzt ist die Diode, wenn die Markierung (weißes umlaufendes Band) auf dem Bauteil mit dem weißen Strich innerhalb der, auf der Platine aufgezeichneten, Bauteilkontur übereinstimmt.

Bild: Bistabiles Relais fertig aufgebaut
Bild: Bistabiles Relais fertig aufgebaut

Erste Schritte

So, aber nun zum Experimentieren.
Da ich leider keine Daten gefunden habe, wie hoch die Stromaufnahme ist, musste erst einmal ein Testaufbau her um die entsprechenden Größen zu messen. Schließlich möchte ich nicht den Raspberry mit einem zu hohen Stromfluss ins Nirvana schicken. Zur Erinnerung der Raspberry verträgt über den internen 3,3V-Spannungsregler einen maximalen Strom von 50mA.

Anschlüsse des Bistabilen Relais Moduls:

Folgende Anschlüsse hat das Relais Modul.
Pin 1: Setzen (Set)
Pin 2: Rücksetzen (Reset)
Pin 3: Masse (Gnd)
Pin 4: Versorgungsspannung (+3 – +5V)
Relais:
Anschluss 1 (oben): Schließer
Anschluss 2 (mitte): Mittelkontakt
Anschluss 3 (unten): Öffner 

Messaufbau:

Die Spannung aus dem Labornetzteil beträgt 3,37V +/- 0,02V. Bei den Messungen wurde immer nur an einer Messstelle gemessen, die anderen wurden überbrückt. Um den Stromfluss bei angezogener Spule zu messen wurde dann der jeweilige Schalter bzw. für die Gesamtmessung am Pin4 ein beliebiger Schalter geschlossen.

Bild: Stromstossrelais Messungen
Bild: Stromstossrelais Messungen
Messung 1: I (Gesamt) = 113mA +/-1,44mA
Messung 2: I (Pin1) = 2,52mA +/- 0,014mA
Messung 3: I (Pin2) = 2,55mA +/- 0,014mA
Messung 4: I (Pin4) = 112mA +/-1,44mA 

Wie man sieht, ist der Stromfluss der gesamten Schaltung zu groß für die interne 3,3V-Versorgung. Daher habe ich den Pin4 mit dem 5V Anschluss des Raspberry verbunden, da hier ein höherer Stromfluss erlaubt ist. Pin1 und Pin2 können hingegen ohne Bedenken an die GPIO’s angebunden werden. Pin3 logischerweise mit GND.

Anschluss an den Raspberry Pi

Das Schaltbild für die weiteren Experimente sieht dann folgendermaßen aus:

Bild: Stromstossrelais Schaltbild Experimente
Bild: Stromstossrelais Schaltbild Experimente

Anzeige


Python-Programm

Mit dem folgenden Python-Programm bekommt das Relais nun alle 5 Sekunden einen einsekündigen Schaltimpuls.

import RPI.GPIO as GPIO
import time
#GPIO23 ist Pin16 und GPIO24 is Pin18
Set = 16
Reset = 18
#Setzen der Zeiten in Sek.
Delay = 5
Trigger = 1
#GPIO’s als Ausgang setzen
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(Set, GPIO.OUT)
GPIO.setup(Reset, GPIO.OUT)
#Beide Ausgänge auf 0 setzen
GPIO.output(Set, GPIO.LOW)
GPIO.output(Reset, GPIO.LOW)
#Endlosschleife für Setzen und Rücksetzen des Relais
while True:
     GPIO.output(Set, GPIO.HIGH)
     time.sleep(Trigger)
     GPIO.output(Set, GPIO.LOW)
     time.sleep(Delay)
     GPIO.output(Reset, GPIO.HIGH)
     time.sleep(Trigger)
     GPIO.output(Reset, GPIO.LOW)
     time.sleep(Delay)

 

Beim Ausführen des Programmes wird das Relais nun abwechselnd gesetzt und zurückgesetzt. Außer einem Klacken des Relais bekommt man hier jedoch optisch nichts mit.

Anzeige des Schaltzustandes mit LED’s

Daher werden nun die Arbeitskontakte des Relais mit zwei LED’s beschaltet um auch visuell den Schaltzustand darzustellen. In dieser Schaltung zeigt nun die gelbe LED an wenn das Relais gesetzt wurde und die rote LED leuchtet sobald das Relais zurückgesetzt wird.

Bild Stromstossrelais Anschluss LED
Bild Stromstossrelais Anschluss LED

Mangels einer gelben LED habe ich im Aufbau dann eine Grüne genommen.

Bild: Versuchsaufbau bistabiles Relais grüne LED
Bild: Versuchsaufbau bistabiles Relais grüne LED
Bild: Versuchsaufbau bistabiles Relais rote LED
Bild: Versuchsaufbau bistabiles Relais rote LED