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Les shields ou cartes d’interface Arduino sont des cartes qui s’emboitent sur une carte Arduino de sorte que les connexions soient réalisées sans effort comme un Plug & Play. Ceci va étendre les capacités de la carte Arduino. Au lieu de souder ou de câbler des appareils externes ou des capteurs, vous pouvez simplement accrocher votre carte avec un shield. Cela accélère le temps de développement, même pour les débutants absolus.

Il y a des centaines de shields. Que vous souhaitiez connecter votre carte à Internet, contrôler des moteurs, commuter des appareils à haute tension ou des communications sans fil comme le Wi-Fi ou le Bluetooth, il existe un shield pour cela.

Ceci est un tutoriel pratique, nous allons construire un shield commande de relais, nous allons expliquer toutes les étapes du début à la fin.

Nous allons commencer à partir de zéro en simulant le schéma de circuit avec Proteus, puis nous allons créer une carte de circuit imprimé avec Eagle mais tout logiciel de conception de PCB peut également être utilisé, et puis on va générer les fichiers de fabrication pour fabriquer le PCB avec PCBWay notre entreprise préférée de fabrication de PCB à faible coût et et enfin, on va tester le fonctionnement du shield avec un simple sketch arduino. Les mêmes procédures peuvent être utilisées pour créer un Shield Arduino de votre choix.

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles vous devriez créer vos propres shields Arduino au lieu d’en acheter un. Voici quelques raisons que vous pourriez considérer:

Facile à fabriquer

Les Shields Arduino sont faciles à réaliser, il suffit de penser à ce que vous souhaitez faire avec votre carte Arduino, puis de suivre le même facteur de forme que l’Arduino standard.

Vous n’avez même pas à vous soucier de ce facteur de forme car il existe déjà des librairies Arduino gratuites que vous pouvez utiliser comme modèle dans presque tous les logiciels de conception de circuits imprimés tels que EAGLE, Fritzing, EasyEDA etc.

Moins cher à fabriquer

Fabriquer vos propres shields pourrait être moins cher que d’en acheter un. Le prix des composants électroniques standards est relativement bon marché.

Il existe de nombreux logiciels de PCB professionnels que vous pouvez utiliser gratuitement pour fabriquer vos shields comme EAGLE, Fritzing and EasyEDA Juste pour en nommer quelques-uns. Vous n’aurez pas besoin d’acheter des licences coûteuses, certains de ces logiciels gratuits vous permettront même de fabriquer et de commercialiser vos cartes avec leurs versions gratuites.

L’autre et probablement le plus important est également le coût de fabrication de vos cartes de circuits imprimés. Si vous envisagez de vendre vos cartes ou même votre propre prototype, vous devez toujours faire appel à une société de fabrication de circuits imprimés réputée pour vos circuits imprimés. Vous ne pouvez pas les faire vous-même.

La qualité d’un circuit imprimé peut affecter la qualité globale de tout le dispositif électronique. Vous ne pouvez pas prendre de risques avec n’importe quelle entreprise et vous ne pouvez pas dépenser une fortune à cause de la qualité!

Il existe de nombreuses sociétés de fabrication de PCB dans le monde qui peuvent vous fabriquer des PCB de bonne qualité, mais nous en avons besoin d’une qui puisse produire des circuits imprimés de haute qualité et bon marché pour les petites commandes, car le premier lot d’un projet est probablement de petite quantité. Une de ces entreprises que nous pouvons recommander c’est PCBWay.

PCBWay est un fabricant de circuits imprimés basé en Chine, spécialisé dans le prototypage de circuits imprimés, la production en petit volume et le service d’assemblage de circuits imprimés, le tout sous un même toit et possédant plus de dix ans d’expérience. Vous pouvez obtenir 10 PCB de haute qualité (taille: 100mm x 100mm ou moins) pour seulement 5 USD. Vous pouvez choisir entre ces couleurs de masque de soudure sans frais supplémentaires: vert, rouge, jaune, bleu, blanc et noir.

La figure 1 ci-dessous montre le circuit imprimé du shield relais que nous avons reçu de PCBWay. Nous avons utilisé le masque de soudure de couleur bleue.

Arduino Relay Shield PCB
Figure 1: Circuit imprimé du shield Student Companion Easy Relay 1 fabriqué par PCBWay

Si votre shield utilise des composants SMT, PCBWay fournit également des services d’assemblage de circuits imprimés à un prix compétitif..

Veuillez lire cet article pour en savoir plus sur PCBWay:

Circuit imprimé et Assemblage à Faible Coût avec PCBWay.

Et si vous êtes étudiant ou éducateur, vous pouvez obtenir gratuitement des cartes de circuit imprimé pour votre projet, lisez cet article pour savoir comment:

Circuits imprimés gratuits et réductions pour les étudiants et les enseignants avec le programme de parrainage de PCBWay.

Sinon, vous pouvez les contacter depuis leur site web, cliquez sur le logo en bas:

Site Web PCBWay

Schéma de circuit

La figure 2 ci-dessous montre le schéma électrique du Shield Arduino Relais..

Arduino-Relay-Shield-Circuit-Diagram

Figure 2: Schéma du circuit Student Companion Easy Relay1 Shield

Nous aurions pu choisir presque toutes les broches numériques de l’Arduino pour contrôler le relais ou utiliser certains cavaliers pour permettre à l’utilisateur de sélectionner une broche de son choix, pour simplifier les choses, nous allons utiliser la broche D7 pour contrôler l’Arduino..

Les bobines de relais nécessitant généralement plus de 40 mA qu’une broche Arduino peut fournir, c’est pourquoi nous ne pouvons pas les connecter directement, nous pouvons utiliser n’importe quel transistor de faible puissance pour faire le travail. Dans cet exemple, nous allons utiliser le BC547, un transistor à jonction bipolaire NPN polyvalent et économique. Son courant nominal permanent de collecteur est de 100 mA, ce qui est supérieur aux 79,4 mA requis par la bobine du relais que nous utilisons.

La diode D2 est utilisée pour supprimer le retour de la tension induite par la bobine du relais, ce qui pourrait endommager le transistor. Une diode connectée à la bobine du relais en polarisation inverse peut faire l’affaire.

La LED D1 s’allume lorsque le relais est activé.

Les caractéristiques des relais dépendent des applications que vous souhaitez utiliser. Nous utilisons ici un relais 5 V CC, 10 A à 250 V courant alternatif.

Conception Schématique à l’aide du Logiciel EAGLE

N’importe quel logiciel de conception de schéma de circuit imprimé peut être utilisé. Dans ce projet, nous avons utilisé EAGLE pour sa simplicité et sa gratuité (la version gratuite a ses limites, mais pour les cartes simples à 2 couches comme celle-ci, ces limitations ne nous concernent pas). 

La conception de PCB dans EAGLE est un processus en deux étapes. Nous allons d’abord concevoir le schéma, puis créér le circuit imprimé.

Commencez avec un nouveau projet EAGLE. Dans le panneau de configuration, sous «Projets», cliquez avec le bouton droit sur le répertoire dans lequel vous voulez enregistrer votre projet, nous préférons utiliser le répertoire EAGLE par défaut. Sélectionnez «Nouveau projet». Nommer votre projet avec un nom significatif.

Pour ajouter un schéma à un dossier de projet, cliquez avec le bouton droit de la souris sur votre dossier de projet, passez la souris sur «Nouveau» et sélectionnez «Schéma». Ajoutez les composants à l’aide de l’outil ADD et créez un schéma similaire à celui de la figure 3 ci-dessous.

Student Companion Easy Relay 1 Shield Schematic

Figure 3: Schéma de Student Companion Easy Relay 1 Shield

Nous avons utilisé les bibliothèques Sparkfun EAGLE, vous pouvez obtenir la carte Arduino sous Boards – SparkFun.

Créé le circuit imprimé à l’aide du logiciel EAGLE

Dans l’éditeur de schéma, cliquez sur le bouton Generate/Switch to Board dans la barre d’outils ou Passer à la carte dans le menu Fichier. Cela vous invitera à créer un nouveau tableau basé sur le schéma. Tous les composants que vous avez ajoutés depuis le schéma doivent être empilés les uns sur les autres, prêts à être placés et les router.

Placez tous les composants à l’aide de l’outil MOVE sur le plateau vide et router tous les liaisons équipotentielles. La carte est petite peut être facilement routée manuellement en utilisant l’outil ROUTE.

Relay 1 Shield Board Layout

Figure 4: Circuit imprimé de Student Companion Easy Relay 1 Shield

Nous avons router les traces sur la couche supérieure (couleur rouge) et la couche inférieure (couleur bleue). Nous avons augmenté la largeur de la section haute tension / courant du relais à 2,54 mm..

Generating The Gerber Files

Maintenant que nous avons atteint le stade final de la conception du PCB, il est temps de générer les fichiers Gerber que nous pouvons envoyer à notre usine de fabrication pour construire nos cartes.
Les fichiers Gerber contiennent les données sur le PCB, où les traces, les pads, les trous sont placés, leur largeur, etc.
Cliquez sur l’icône du processeur CAM dans la barre d’outils.

Eagle est livré avec des fichiers * .cam par défaut. Nous allons utiliser le modèle de travail de SparkFun sfe-gerb274x.cam que nous avons déjà installé.
Sous les travaux CAM locaux, sélectionnez le sfe-gerb274x.cam

Pour générer, cliquez sur Process Job, puis spécifiez le dossier.

Figure 5: Processeur CAM EAGLE

Il existe un autre moyen plus simple de générer des fichiers Gerber à partir de PCBWay, la société que nous utilisons pour fabriquer notre carte de circuit imprimé. Il vous suffit de télécharger votre fichier Eagle Board * .brd sur ce lien: https://www.pcbway.com/member/brdtogerber.aspx, leur convertisseur en ligne prend en charge les cartes Eagle de 1 à 10 couches.

Fabriquer le circuit imprimé

La dernière étape de la conception de circuits imprimés consiste à fabriquer le circuit imprimé lui-même. Même si vous pouvez le faire vous-même, il s’agit ici d’une carte simple, mais pour le prototypage rapide ou pour les produits commerciaux, il est toujours indispensable de faire appel à des fabricants de circuits imprimés réputés et réputés, au lieu de le faire vous-même.

Les fabricants de circuits imprimés facturent généralement moins cher à l’unité si vous commandez de nombreuse cartes de circuits imprimés. Pour le prototypage, vous préféreriez en commander quelques-uns pour vous assurer que vous êtes satisfait de tout. Nous recommandons PCBWay, ils produisent des circuits imprimés bon marché de haute qualité pour les petites commandes. Vous pouvez compléter votre commande en ligne à ce lien:

PCBWay: https://www.pcbway.com/

La figure 6 ci-dessous représente le Student Student Easy Relay 1 Shield complet avec ses composants.

Student Companion Easy Relay 1 Shield

Figure 6: Student Companion Easy Relay 1 Shield

Vous pouvez télécharger les fichiers Gerber de ce projet gratuitement ou vous pouvez simplement commander la carte de circuit imprimé de ce projet à partir de ce lien: https://www.pcbway.com/project/shareproject/Student_Companion_Easy_Relay_1_Shield.html

Chaque fois qu’une personne commande cette carte de  circuit imprimé, nous obtiendrons une commission de 10% du coût total. C’est ainsi que vous pouvez également nous soutenir pour plus de tutoriels.

Test du Shield Relais

Nous allons connecter une ampoule au shield relais, casser juste une ligne du cable électrique (la ligne sous tension) et la connecter aux bornes normalement ouverte et com du relais, comme illustré à la figure 7 ci-dessous..

Connected a light bulb to the Relay ShieldFigure 7: Connexion d’une ampoule au shield relais

ATTENTION: RISQUE D’ELECTROCUTION! Pour des raisons de sécurité, ne pas dépasser:
48 V / 5A Courant Alternatif
24 V / 5A Courant Continu
Pour des tensions plus élevées telles que 110V ou 220V, veuillez consulter un électricien professionnel pour éviter tout choc électrique!

Contrôler un relais de l’arduino est très simple, c’est comme allumer et éteindre une led.
Le relais est connecté à D7, pour l’activer, il suffit d’envoyer une logique HIGH à cette broche et une logique LOW pour l’éteindre.
Dans cet exemple, nous allons l’allumer pendant 5 secondes et l’éteindre pendant 3 secondes.

Testing Relay ShieldFigure 8: Test du Shield Relais

Vous pouvez télécharger le schéma Proteus ci-dessous. Le fichier est compressé, vous devrez le décompresser (Téléchargez une version gratuite de l’utilitaire Winzip pour décompresser les fichiers).

Arduino sketch: Arduino Shield Sketch

Schéma Proteus: Relay1 Shield