Relais 5V

Le relais 5 V est l’interrupteur que l’Arduino ne peut pas être lui-même : une bobine qui, sous 5 volts, vient coller un contact mécanique capable de couper une lampe, un moteur ou un appareil du secteur. C’est le composant qui sépare le monde du microcontrôleur — quelques milliampères en basse tension — du monde de la puissance.

Le modèle que nous livrons est un SONGLE SRD-05VDC-SL-C, le relais le plus utilisé de l’électronique amateur, logé dans son boîtier bleu et marqué 10 A / 250 V AC. Il se soude sur une carte ou sur une plaque à souder : c’est le relais nu, à vous de l’entourer de sa commande.

À quoi sert un relais ?

Une broche d’Arduino ne délivre que quelques milliampères et reste en 5 V continu. Une ampoule, une pompe, un volet roulant ou un radiateur fonctionnent en 230 V alternatif et demandent plusieurs ampères. Le relais fait le pont : la partie commande est totalement séparée de la partie puissance, aucun fil électrique ne relie les deux.

• Éclairage — allumer et éteindre une ampoule sur horaire, sur détection de mouvement ou depuis une page web.
• Moteurs et pompes — commander une pompe d’arrosage sur mesure d’humidité du sol.
• Volets et portails — donner une impulsion de commande à un moteur d’ouverture.
• Chauffage — piloter une résistance ou un ventilateur selon une consigne de température.
• Automatisation industrielle — commuter un contact sec lu ensuite par un automate ou une carte d’entrées.

Caractéristiques techniques

Brochage : deux broches pour la bobine, trois pour le contact

Le boîtier porte cinq broches, réparties en deux rangées opposées, et c’est la seule chose à ne pas se tromper : la commande d’un côté, la puissance de l’autre.

Aucun numéro n’est imprimé sur le boîtier, donc un doute se lève en dix secondes au multimètre, hors tension :

• Mode ohmmètre — les deux broches de la bobine affichent environ 70 Ω. Les trois autres sont soit coupées, soit en continuité selon la position du contact : c’est la paire qui indique le contact, jamais la bobine.
• Mode continuité — la paire de contacts qui sonne au repos est COM et NC. Les deux broches du contact qui ne sonnent pas sont COM et NO.

Le point qui décide du succès : la commande de la bobine

La bobine demande 71,4 mA. Une broche d’Arduino en fournit 20 mA sans risque et 40 mA au maximum absolu : la brancher directement grillerait le microcontrôleur à plus ou moins brève échéance. Deux solutions, et une seule est acceptable :

• Un transistor en commande — c’est le montage de cette page. Un 2N2222 laisse passer le courant de la bobine, la broche d’Arduino ne fournit plus que le courant de base, quelques milliampères.
• Un module relais tout fait — si vous ne voulez pas souder, le Module 1 relais 5v embarque déjà le transistor, la diode et le bornier à vis.

La diode de roue libre n’est pas une option non plus. À l’instant où le transistor se bloque, la bobine restitue son énergie sous forme d’une pointe de tension de plusieurs centaines de volts qui détruit le transistor au bout de quelques manœuvres. Une diode classique (type 1N4007) montée en parallèle sur la bobine, cathode vers le +5 V, absorbe cette pointe. Si vous utilisez un module, elle y est déjà.

Mini-projet : commander une lampe depuis l’Arduino

Un montage complet en une vingtaine de minutes. Le relais colle deux secondes, retombe deux secondes, et le cycle recommence.

Ce qu’il faut

Le relais nu a des broches droites trop courtes et trop fines pour une plaque d’essai : soudez-y quelques fils ou un petit morceau de barrette, ou montez-le sur une plaque à souder dédiée, le temps de la mise au point.

Le câblage

Le programme

À copier dans l’IDE Arduino, puis à téléverser sur la carte :

/*
 * Commander un relais 5V depuis un Arduino
 * Carte : Arduino Uno R3
 * Montage : transistor 2N2222 en commande, diode de roue libre sur la bobine
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */

const byte PIN_RELAIS      = 7;      // base du transistor, via la resistance de 1 kohm
const unsigned long DUREE  = 2000;   // deux secondes dans chaque position

void setup() {
  pinMode(PIN_RELAIS, OUTPUT);
  digitalWrite(PIN_RELAIS, LOW);     // bobine au repos des la mise sous tension

  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Commande du relais prete");
}

void loop() {
  digitalWrite(PIN_RELAIS, HIGH);    // le transistor conduit : la bobine colle
  Serial.println("Relais colle");
  delay(DUREE);

  digitalWrite(PIN_RELAIS, LOW);     // le transistor se bloque : le relais retombe
  Serial.println("Relais relache");
  delay(DUREE);
}

Comment ça marche

• La broche D7 ne pilote pas le relais : elle pilote la base du transistor. C’est lui qui absorbe les 71,4 mA de la bobine. La résistance de 1 kΩ limite le courant de base à environ 4 mA, largement dans les possibilités de la broche.
• Le relais est un composant mécanique, lent : 10 ms pour coller, 5 ms pour retomber. Inutile de vouloir le commander plus vite que cela, et c’est cette inertie qui produit le petit clic caractéristique.
• Le contact reste totalement isolé de la commande. C’est ce qui autorise l’Arduino à commander du 230 V sans qu’aucun fil du secteur n’arrive sur la carte.

Pour aller plus loin

• Commander depuis le téléphone — remplacez l’Arduino par une Carte WeMos avec WiFi : le même programme, plus une page web pour piloter la sortie.
• Un état visible — ajoutez une LED 5mm Rouge avec sa résistance de 220 Ω en parallèle de la sortie, pour voir le relais coller sans l’entendre.
• Une alimentation séparée — si votre montage comporte plusieurs relais, alimentez les bobines par une Alimentation 5v 2A plutôt que par la carte, et reliez les masses.

Variante : quand le relais n’est pas le bon choix

Le relais convient au secteur alternatif et aux charges lentes. Il devient un mauvais choix si vous devez commuter très souvent : ses 100 000 manœuvres en charge sont atteintes en quelques semaines dans un cycle rapide.

• Commutation fréquente ou charge continue — un Relais statique SSR 40A commute sans pièce mobile, sans clic et sans usure, mais il chauffe et demande un dissipateur.
• Plusieurs circuits à piloter — les modules 2, 4, 8 et 16 relais regroupent les mêmes relais, déjà câblés avec leurs transistors, leurs diodes et leurs borniers.
• Signaux de faible puissance uniquement — pour quelques centaines de milliampères en basse tension, un transistor seul suffit et coûte moins qu’un relais.

Questions fréquentes

Puis-je brancher la bobine directement sur une broche de l’Arduino ?

Non. La bobine réclame 71,4 mA, trois fois et demie le courant qu’une broche peut fournir sans dommage, et la pointe de tension au relâchement s’y ajoute. Une broche branchée en direct finit par lâcher, souvent en emportant d’autres broches. Passez par un transistor, ou par un module relais qui l’incorpore.

Le relais ne colle pas, ou colle alors que je n’ai rien demandé

Vérifiez d’abord la masse commune entre l’Arduino et l’alimentation des bobines : sans elle, la commande n’a aucune référence et devient erratique. Ensuite la tension réelle : le relais colle dès 3,75 V mais pas en dessous, et une alimentation fatiguée ou un câble USB médiocre y suffisent parfois. Enfin la base du transistor : sans la résistance de 1 kΩ, ou avec un 2N2222 dans le mauvais sens, rien ne se passe.

Le relais fonctionne-t-il en 3,3 V ?

Sa bobine se contente de 3,75 V pour coller, donc l’ordre de commande peut venir d’un microcontrôleur en 3,3 V. En revanche, ni le relais ni sa bobine ne peuvent être alimentés par une broche : il faut une alimentation de 5 V et un transistor. La commande en 3,3 V passe alors très bien sur la base.

Puis-je couper du 230 V avec ce relais ?

Oui, ses contacts sont donnés pour 10 A sous 250 V AC en charge résistive. Trois précautions, non négociables : coupez le disjoncteur avant toute intervention, ne travaillez jamais sur le circuit de puissance sous tension, et enfermez le relais et ses soudures dans un boîtier isolant — les broches de contact sont nues. Pour une charge inductive, comme un moteur ou un transformateur, comptez la moitié de ce pouvoir de coupure, soit 5 A.

Quelle est la différence avec le module relais ?

C’est le même relais, entouré de ce qui manque ici : un transistor de commande, une diode de roue libre, une LED témoin, une résistance et un bornier à vis pour la puissance. Le module est prêt à brancher sur trois fils, le relais nu s’adresse à ceux qui soudent et maîtrisent la commande. Le boîtier du relais, lui, est identique.

Comment savoir si le relais est mort ?

Deux mesures suffisent, hors tension. Au ohmmètre, une bobine ouverte (aucune continuité entre les deux broches de bobine) signe un relais mort. Ensuite, alimentez la bobine en 5 V seule et écoutez : un relais sain produit un clic franc, et la continuité passe du NC au NO. Un relais dont les contacts restent collés en permanence a vu ses contacts se souder, ce qui arrive après une surcharge.

À combiner avec

Pour débuter sans rien souder, le KIT Starter fournit la carte Uno R3, la plaque d’essai, les fils, les résistances et les LED — il ne manque que le relais et son transistor. Si votre projet est d’éclairer une pièce ou de commander un appareil du secteur, le Module 1 relais 5v vous fera gagner l’étape du câblage de la commande, avec le même relais à l’intérieur.