Arduino - Contrôle d'un élément chauffant

Dans ce tutoriel, nous allons apprendre à contrôler un élément chauffant à l'aide d'un Arduino. Sur la base de ce tutoriel, vous apprendrez à réaliser un système de chauffage dans un autre tutoriel.

Arduino peut piloter l'élément chauffant avec un relais ou avec un module MOSFET. Le relais ne donne que deux états : pleine chaleur ou aucune chaleur. Le module MOSFET donne aussi ces deux états, mais il peut aussi régler la quantité de chaleur produite par l'élément, de la faible puissance à la pleine puissance. Il est silencieux et ne s'use pas quand il commute souvent. Nous verrons d'abord la façon avec le relais, puis la façon avec le MOSFET.

Préparation du matériel

1	×	Arduino Uno R3
1	×	Câble USB 2.0 type A/B (pour PC USB-A)
1	×	Câble USB 2.0 type C/B (pour PC USB-C)
1	×	Relais
1	×	Alternativement: MOSFET Module (AOD4184, LR7843 or FR120N)
1	×	Élément chauffant
1	×	Adaptateur secteur 12V
1	×	Connecteur d'alimentation DC
1	×	Fils de connexion
1	×	Recommandé: Shield à bornier à vis pour Arduino Uno
1	×	Recommandé: Sensors/Servo Expansion Shield for Arduino Uno
1	×	Recommandé: Shield plaque d'essai pour Arduino Uno
1	×	Recommandé: Boîtier pour Arduino Uno
1	×	Recommandé: Kit plaque de base prototypage et plaque d'essai pour Arduino Uno

Ou vous pouvez acheter les kits suivants:

1	×	Kit de Démarrage DIYables STEM V3 (Arduino inclus)
1	×	Kit de Capteurs DIYables (18 capteurs/écrans)

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À propos de l'élément chauffant

Brochage

L'élément chauffant a généralement deux broches :

Broche positive (+) (rouge) : doit être connectée à 12V de l'alimentation CC
Broche négative (-) (noire) : doit être connectée à la masse de l'alimentation CC

Comment contrôler un élément chauffant

Si un élément chauffant de 12V est alimenté par une alimentation de 12V, il émet de la chaleur. Pour contrôler un élément chauffant, nous devons utiliser un relais entre l'Arduino et l'élément chauffant. L'Arduino peut contrôler l'élément chauffant via le relais. Si vous ne connaissez pas le relais (brochage, fonctionnement, programmation...), apprenez à propos du relais dans le Arduino - Relais.

Pour utiliser plutôt le module MOSFET, il est utile de lire d'abord le tutoriel Arduino - Module MOSFET. Il présente le brochage, le fonctionnement du module et le PWM.

Relais ou module MOSFET pour un élément chauffant

	Relais	Module MOSFET
Contrôle de la chaleur	seulement pleine chaleur ou OFF	pleine chaleur, OFF, ou tout niveau de chaleur entre les deux (PWM)
Bruit à la commutation	des clics	silencieux
Temps de commutation	millisecondes (lent)	très court (rapide)
Durée de vie avec des commutations fréquentes	les contacts s'usent	longue durée de vie, aucune pièce mobile
Type de chauffage	chauffage CA ou CC	chauffage CC uniquement
Alimentation du chauffage	toute, dans les limites du relais	6V ou plus
Côté Arduino isolé	oui (bobine et contacts)	oui (optocoupleur PC817)
À utiliser pour	les chauffages CA, un simple ON/OFF	les chauffages CC 12V, le contrôle du niveau de chaleur, les commutations nombreuses

Un système de chauffage allume et éteint souvent le chauffage encore et encore pour garder une température. Le module MOSFET gère mieux cela, car il n'a pas de contacts qui s'usent. Gardez le relais si votre chauffage fonctionne sur le secteur CA.

Diagramme de câblage

Schéma de câblage d'un élément chauffant Arduino

Cette image a été créée avec Fritzing. Cliquez pour agrandir l'image.

Les fils de connexion peuvent se débrancher quand vous déplacez le projet. Pour cela, montez un Proto Screw Terminal Block Shield ou un Screw Shield V2 sur la carte Arduino. Les broches ne changent pas. Branchez simplement chaque fil sur le bornier à vis correspondant :

Schéma de câblage d'un élément chauffant Arduino (Screw Shield V2)

Cette image a été créée avec Fritzing. Cliquez pour agrandir l'image.

Code Arduino

Le code ci-dessous active l'élément chauffant toutes les cinq secondes et le désactive toutes les cinq secondes.

Étapes rapides

Connectez Arduino à l'ordinateur via le câble USB
Ouvrez Arduino IDE, sélectionnez la carte et le port appropriés
Copiez le code ci-dessus et ouvrez-le avec Arduino IDE
Cliquez sur le bouton Upload dans Arduino IDE pour téléverser le code sur Arduino
Vérifiez la température de l'élément chauffant

Soyez prudent. Cela peut vous brûler vous et votre maison. C'est un sujet sérieux, et nous voulons que vous soyez en sécurité. Si vous n'êtes pas sûr à 100% de ce que vous faites, rendez-vous service et ne touchez à rien. Demandez à quelqu'un qui s'y connaît ! Nous ne prenons aucune responsabilité pour votre sécurité.

Explication du code

Vous trouverez l'explication dans la ligne de commentaires du code Arduino ci-dessus.

Code Arduino - Contrôler la puissance de l'élément chauffant avec un module MOSFET

Dans cette partie, un module MOSFET remplace le relais. Avec le PWM, Arduino peut donner seulement une partie de la puissance à l'élément chauffant, qui chauffe alors moins.

Diagramme de câblage

Schéma de câblage Arduino, élément chauffant et module MOSFET

Cette image a été créée avec Fritzing. Cliquez pour agrandir l'image.

Faites ces connexions :

Broche 9 d'Arduino → broche PWM du module
GND d'Arduino → broche GND du module
Adaptateur secteur 12V + → borne +
Fil rouge (+) de l'élément chauffant → borne + (il partage la borne avec le + de l'adaptateur)
Fil noir (−) de l'élément chauffant → borne LOAD
Adaptateur secteur 12V − → borne −

Un élément chauffant n'a pas de bobine, donc aucune diode de roue libre (flyback) n'est nécessaire.

Code Arduino

Nous utilisons le code du tutoriel sur le module MOSFET. Il donne la pleine puissance à l'élément chauffant pendant 2 secondes, l'éteint pendant 2 secondes, puis augmente la puissance de 10% à 100% et la baisse de nouveau jusqu'à 0%. Un chauffage change de température lentement, donc vous sentez la différence seulement après un certain temps. Pour un vrai test, gardez la puissance à un niveau pendant quelques minutes.

/* * Ce code Arduino a été développé par newbiely.fr * Ce code Arduino est mis à disposition du public sans aucune restriction. * Pour des instructions complètes et des schémas de câblage, veuillez visiter: * https://newbiely.fr/tutorials/arduino/arduino-controls-heating-element */ const int MOSFET_PIN = 9; // Arduino pin connected to the PWM pin of the MOSFET module void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(MOSFET_PIN, OUTPUT); analogWrite(MOSFET_PIN, 0); // start with the load OFF } void setLoad(int percent) { int duty = map(percent, 0, 100, 0, 255); // convert 0-100% to 0-255 analogWrite(MOSFET_PIN, duty); Serial.print("Load power: "); Serial.print(percent); Serial.println("%"); } void loop() { // turn the load fully ON, then fully OFF Serial.println("Load: ON"); setLoad(100); delay(2000); Serial.println("Load: OFF"); setLoad(0); delay(2000); // increase the power step by step (PWM) for (int percent = 10; percent <= 100; percent += 10) { setLoad(percent); delay(500); } // decrease the power step by step (PWM) for (int percent = 90; percent >= 0; percent -= 10) { setLoad(percent); delay(500); } delay(1000); }

Étapes rapides

Câblez tout comme indiqué dans le schéma ci-dessus.
Téléversez le code de la même façon que dans les Étapes rapides du relais ci-dessus.
Branchez l'adaptateur secteur 12V sur la prise d'alimentation DC.
Ouvrez le Moniteur Série (vitesse de transmission 9600) et regardez le niveau de puissance.
Vérifiez avec précaution à quel point l'élément chauffant est chaud. Ne le touchez pas avec les doigts.

Newbiely | Arduino IDE 2.3.8

──

☐

Newbiely.ino

···

8 Serial.println("Hello World!");

Output

Serial Monitor

Message (Enter to send message to 'Arduino Uno' on 'COM15')

New Line

9600 baud

Load: ON Load power: 100% Load: OFF Load power: 0% Load power: 10% Load power: 20% Load power: 30% Load power: 40% Load power: 50% Load power: 60% Load power: 70% Load power: 80% Load power: 90% Load power: 100% Load power: 90% Load power: 80% Load power: 70% Load power: 60% Load power: 50% Load power: 40% Load power: 30% Load power: 20% Load power: 10% Load power: 0%

Ln 11, Col 1

Arduino Uno on COM15

Remarque : le module MOSFET commute uniquement du CC, et l'alimentation de sa charge doit être d'environ 6V ou plus. Un chauffage CA doit rester sur le relais.

Vidéo

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