ラズパイとリレーモジュール
この記事では、リレーモジュールをRaspberry Piで制御する方法を解説します。リレーモジュールが使えるようになれば、家電製品のIoT化ができたり既存の製品を有効活用できます。ただし、初めてのリレーモジュールでいきなりコンセントのAC100Vを扱うのは大変危険です。ここではまず、豆電球のような事故のない電子部品を使って、リレーモジュールを扱ってみたいと思います。
はじめに
リレーモジュールはこちらのWayinTopの「JQC-3FF-S-Z」リレーを搭載したものを使用しました。
▼ また、もっと複数チャンネル使いたい場合は、このようなリレーアレイが便利かもしれません。本記事の内容が理解できれば、これらの製品を扱うのも問題ないと思います。
これらのリレーモジュールは、フォトカプラをドライブすることでリレーのスイッチが切り替わる仕組みとなっています。フォトカプラを使うと、制御対象のデバイスとマイコンを絶縁できるメリットがあります。また、フォトカプラの使い方はSonyのデジイチをM5StickC PLUSでリモート操作できるようにしてみたをご参考になさってみてください。
▼ なお、本記事ではRaspberry Pi zero WHを使用しましたが、みなさんはお好きなラズパイをお使いください。
▼ また、1から作るのが面倒な方や、100V電源を扱うのに自信がない方は、「スマートプラグ」を使うと良いと思います。
リレーモジュールの使い方
はじめに、リレモジュールの使い方を確認していきましょう。ここでは、ラズパイを使わずにリレーモジュールを動かしていきます。リレーモジュールが動作する仕組みをしっかりつかみましょう。
リレーを動かしてみよう
図のように配線を組んで、実際にリレーを動かしてみました。皆さんも回路を組んで実際に遊んでみることをおすすめします。
リレーモジュールの配線図
- スイッチを通じてプラス5Vを、リレーモジュールのINへ繋ぐ
- DCマイナスは電源のマイナス端子へ繋ぐ
- DCプラスは直接プラス5Vを繋ぐ
上記のように配線したら、スイッチのオンオフを切り替えてみましょう。スイッチを切り替えるたびに、ウィンカーみたいなカチカチ音が聞こえたでしょうか？これはリレーのスイッチが切り替わる音です。この音が聞こえればリレーは正しく動作できています。次はこの回路に豆電球を取り付けて光らせてみましょう。
豆電球をリレーで光らせよう
次に豆電球を用意して、リレー制御で光らせてみましょう。図のように電池と豆電球をリレーモジュールに繋ぎました。
豆電球とリレーモジュールの配線図
COMとNOに豆電球を繋いだ場合、スイッチをオンにすると豆電球が光り、スイッチをオフにすると消灯します。つまり、スイッチをオンにすることでリレーモジュールのCOMとNOが導通します。
それでは、COMとNCに豆電球を繋ぎ変えてみましょう。今度はスイッチをオンにすると豆電球は消灯し、スイッチをオフにすると光るようになりました。
ここまでの動作から次のことが理解できると思います。
- COM（コモン）共通の端子
- NO（ノーマリーオープン）は、リレーコイルに電流が流れていない時にCOMとの間が開いている
- NC（ノーマリークローズ）は、リレーコイルに電流が流れていない時にCOMとの間が閉じている
ラズパイでリレーモジュールを動かす
それではこれからラズパイを使ってリレーモジュールを動かしていきます。なお、ラズパイのセットアップはRaspberry Pi OSのインストール - モニター・キーボードなし、SSH接続するまでをご参考になさってみてください。
トリガーの仕様
今回使用したリレーモジュールのトリガー（IN）へ流す電流は、5mA程度あれば十分です。また電圧は3〜5Vの範囲で入力が可能です。
ラズパイのGPIOは1つあたり10mA程度まで電流を出力できます。そして全体で30mA程度までとなります。また、GPIOの出力電圧は3.3Vです。
たくさんのリレーを繋ぐときは消費電流に気をつけましょう。今回はひとつだけの実験ですので、GPIOを直接リレーモジュールのトリガーへ繋ぎました。
ちなみに今回使用したリレーモジュールはジャンパピンが存在し、Low側にするとトリガー電圧を0〜1.5Vに変更できるようになっていました。
ラズパイとリレーモジュールの配線
こちらがラズパイとリレーモジュールの配線図になります。GPIO17をリレーモジュールのトリガーへ繋ぎました。
ラズパイとリレーモジュールの配線図
豆電球をリレーモジュールで点滅させるPythonプログラム
リレーモジュールで豆電球を点滅させるプログラムをPythonで書いてみました。車のウインカーと同じような速さでスイッチがオンオフする演出をしてみました。
import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep
RELAY_PIN = 17
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(RELAY_PIN, GPIO.OUT)
while True:
GPIO.output(RELAY_PIN, True)
sleep(0.35)
GPIO.output(RELAY_PIN, False)
sleep(0.35)
いかがだったでしょうか？うまくリレモジュールは動きましたでしょうか？
リレーモジュールの仕組みが分かれば動かすのはとても簡単です。また、豆電球を光らすことができればAC100Vのコンセントも同じ要領で制御できるはずです。ただし、くれぐれも事故がないよう配線などに十分注意してくださいね。
