Arduino (IoT): Simple Tutorial Válvula Solenoide con MOSFET

Solenoide Arduino Santiapps

Arduino Honduras Santiapps Marcio Valenzuela

Tutorial Válvula Solenoide con MOSFET

En este tutorial introducimos otros switch digital basado en transistores, el MOSFET!

Requisitos:

  1. Computadora (mac)
  2. Arduino UNO
  3. Válvula Solenoide de 12V
  4. MOSFET IRLB-8721
  5. Diode
  6. Batería 12VDC Lead-Acid (de algún UPS)
  7. Breadboard
  8. Arduino IDE (https://www.arduino.cc/en/Main/Software)
Arduino IoT: Simple Tutorial Solenoide con MOSFET by Santiapps Marcio Valenzuela
Arduino IoT: Simple Tutorial Solenoide con MOSFET

Una válvula solenoide no es mas que una válvula controlada por un electromagnet, que es esencialmente un motor invertido.  Sabemos entonces que los motores generan contra corrientes.  Como podemos ver en el diagrama de arriba, debemos alimentar la válvula de una fuente y proteger el cerebro (Arduino) de las contra corrientes a través de un diodo.

Entra el MOSFET!  Este dispositivo es muy similar a un transistor BJT como el TIP-120, pero es capaz de operar a mayores voltages.  Y esa es la clave, porque a diferencia de un BJT, el flujo de corriente no se activa por medio de un flujo de corriente a la Base como en el caso del BJT.  En el caso del MOSFET el flujo de corriente se activa con un campo (field) eléctrico en la Base.

Otra diferencia es que donde en un BJT tenemos la Base, en el MOSFET tenemos el Gate.  Y el flujo de corriente que queremos controlar no es entre Emitter y Collector sino entre Source y Drain.

Arduino IoT: Simple Tutorial Valvula Solenoid Santiapps Marcio Valenzuela
Arduino IoT: Simple Tutorial Valvular Solenoid with MOSFET

Aquí vemos como una señal desde el pin 3 hacia el Gate del MOSFET IRLB8721 abre el flujo para que la solenoide complete el circuito a tierra y como el diodo controla dicho flujo en una sola dirección.

Como seleccionar un MOSFET:

Vds

Vgs

RDSon

ROJA

El código:

/* MOSFET IRLB8721
This sketch will blink a LED and at the same time, use the MOSFET to open a 12V solenoid.
Arduino D10 : To LED (Through 330 Ohm Resistor)
Arduino D02 : To MOSFET Gate
*/
int ledPin = 13; // Connect the pin to Arduino pin 13
int mosfetPin = 3; // Connect the MOSFeT Gate (first pin on the left, when writing on the chip is facing you) to Arduino pin 3
void setup(){
pinMode(ledPin, OUTPUT);
pinMode(mosfetPin, OUTPUT);
}
void loop(){
digitalWrite(ledPin, HIGH);
digitalWrite(mosfetPin, HIGH);
delay(5000); // Will turn both the LED and the MOSFET on for 60s, it gives you plenty of time to see if water is flowing as expected!
digitalWrite(ledPin, LOW);
digitalWrite(mosfetPin, LOW);
delay(5000); // Will shut down everything for 5s and restart.
}

Las conexiones finales usando el perf board se pueden ver aquí:

Arduino IoT: Simple Tutorial Solenoide con MOSFET
Arduino IoT: Simple Tutorial Solenoide con MOSFET

y el video final se puede ver aquí:

Controlar el flujo de un liquido puede ser muy util para regar plantas y muchas otras aplicaciones mas.

Arduino (IoT): Simple Tutorial de Transistores BJT, JFET & MOSFET

Diodes, Transistors, BJTs, Mosfets Arduino Santiapps

Arduino Honduras Santiapps Marcio Valenzuela

Tutorial de Transistores BJT, JFET & MOSFET

En este tutorial hacemos un alto en el camino y repasamos un poco de teoría para entender PN-Junctions, Diodes, BJTs, JFETs y MOSFETs.

Requisitos:

  1. Computadora (mac)
  2. Arduino UNO
  3. Válvula Solenoide de 12V
  4. TIP120 Transistor, Diode N4148, MOSFET IRLB8721
  5. 2 baterias de 9V
  6. Breadboard
  7. Arduino IDE (https://www.arduino.cc/en/Main/Software)

 

Primero entendamos que es un PN-Junction:

pnjunction

Una PN junction se forma al unir 2 semiconductores de distinta composición llamados n-type y p-type.  El n-type tiene mas electrones lo cual atrae hoyos positivos de la p-type.  La p-type tiene mas hoyos positivos lo cual atrae electrones de la n-type.  Esto crea una banda donde no hay flujo eléctrico después de alcanzar este equilibrio debido a que los electrones negativos del n-type quedan bloqueados por la carga positiva de la banda (pn-junction) y vv al otro lado.  Esto es algo muy deseable como veremos.

Arduino IoT PN Junction
Arduino IoT PN Junction

Aquí podemos ver en la izquierda como la banda o pnj creada se llama un Depletion Region a través de la cual no hay flujo eléctrico.  Ahora si conectamos una fuente de poder de forma que le n-type esta conectada a la terminal + de la fuente, los electrones de la n-type son atraídos a la terminal + y vv del otro lado.  Esto agranda la Depletion Zone y el flujo eléctrico se asegura o se restringe aun mas.  Esto se llama Reverse bias y es así como funciona un Diode.

Arduino IoT PN Junction
Arduino IoT PN Junction

En un Diode, si el pnj esta reversed biased, no fluye corriente. Y de que sirve esto!?  Pues en primera instancia, para restringir el flujo de corriente cuando no lo queremos.  Esto es importante para proteger circuitos delicados y caros.  Ahora veamos como hacer que SI fluya la corriente!

Arduino IoT PN Junction
Arduino IoT PN Junction

Si conectamos la bateria con la terminal + al p-type y vv, lo que hacemos es forward bias.  Ahora a pesar que hay una pnj en el centro del pn sandwich a traves de la cual no hay flujo eléctrico, al conectar la bateria los electrones en el n-type son empujados por los electrones negativos de la bateria.  Los hoyos positivos del p-type son empujados por la terminal positiva de la bateria.  Ahora si hay flujo a traves de la pnj.  Aquí tenemos otra representación del pnj que la hacemos Reverse Bias.

Arduino IoT PN Junction
Arduino IoT PN Junction

 

Ahora hagamos algo mas interesante.  En un sandwich de NPN se crean 2 pnj.  No hay flujo eléctrico a menos que apliquemos un pequeño potencial forward bias entre el Emitter y la Base.  Al lograr esto y teniendo otro potencial mas grande conectado entre Emitter y Collector, y debido a que el Emitter es construido con mucho mas electrones que el Collector, los electrones del Emitter viajan a través de las pnj hacia el Collector y los electrones del Collector son atraídos por la terminal + de la fuente de poder.  Voila!  Ahora tenemos un switch digital y esto se llama un BJT!

Arduino IoT PN Junction
Arduino IoT PN Junction

Ahora pasemos a JFETs…

Arduino IoT BJTs JFETs MOSFETs
Arduino IoT BJTs JFETs MOSFETs

Ahora MOSFETs Depletion…

Arduino IoT BJTs JFETs MOSFETs
Arduino IoT BJTs JFETs MOSFETs

Finalmente MOSFETs Depletion/Enhancement…

Arduino IoT BJTs JFETs MOSFETs
Arduino IoT BJTs JFETs MOSFETs

Tratemos de operar una solenoide usando estos componentes.  Pero primero establezcamos los valores de nuestra solenoide usando un multimeter.

  1. Midamos la resistencia de una VDC = 42Ohms = 285mA
  2. Midamos el amperaje = 195mA